李 夢，陳 磊，鮑文輝，申金偉，趙 健，孫厚臺，許田鵬

（中海油田服務股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459）

渤海海域L油田儲層埋深1 500～2 000 m，儲層溫度55～65 ℃，儲層滲透率（50～2 000）×10-3μm2，儲層孔隙度25%～35%，地面原油黏度10～10 000 mPa·s，屬于典型的高孔、高滲、疏松砂巖油藏，儲層非均質(zhì)性嚴重。隨著注水開發(fā)進入中后期，部分老井由于地層出砂、注入水質(zhì)不合格等因素的影響，造成產(chǎn)液量、產(chǎn)油量大幅度下降，并且常規(guī)的解堵措施基本無效。壓裂具有穿透距離深、有效時間長、能解決非均質(zhì)層間矛盾等優(yōu)點，可作為老井增產(chǎn)的有效手段之一[1-3]。但海上多數(shù)生產(chǎn)平臺由于平臺面積小、儲液空間小的問題[4-6]，無法滿足大規(guī)模壓裂施工作業(yè)要求[7]，因此提出壓裂增產(chǎn)船+連續(xù)混配+速溶海水基壓裂液的一體化技術，能有效實現(xiàn)海上快速、高效、大規(guī)模壓裂施工[8-12]。本文針對L油田的儲層特征，優(yōu)化出一套可連續(xù)混配速溶海水基壓裂液體系，開展速溶性、耐溫耐剪切性、濾失性、破膠性能和巖心傷害性能評價，并在L油田得到現(xiàn)場推廣應用。

1 實驗部分

1.1 材料與設備

材料：速溶型抗鹽胍膠（SWF-SRG），工業(yè)品；殺菌劑BA-3、助排劑CA-4、調(diào)節(jié)劑CR-4、交聯(lián)劑CL-3、破膠劑GB，工業(yè)品；無水煤油；天然巖心，取自油田現(xiàn)場。實驗用海水取自渤海海域，礦化度為37 104 mg/L。離子質(zhì)量濃度：Ca2+，392.8 mg/L；Mg2+，1 510.7 mg/L；Na+，10 168.9 mg/L；K+，393.7 mg/L；Cl-，21 602.3 mg/L；，3 036.4 mg/L。

設備：六速旋轉(zhuǎn)黏度計；RS6000高溫高壓流變儀；電動攪拌器；Texas-500 型旋轉(zhuǎn)滴法界面張力儀；JK-99B 表面張力儀；壓裂液動態(tài)濾失傷害測試系統(tǒng)；恒溫干燥箱，工作溫度為室溫200 ℃。

1.2 溶脹性

取500 mL海水加入燒杯中，啟動攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速至500 r/min。稱取1.75 g稠化劑，緩慢加入燒杯中，持續(xù)攪拌1 min后，停止攪拌，靜置。分別在1、3、5、8、10、20、30和60 min時測試稠化劑溶液黏度，計算不同時間下稠化劑在海水中的溶解率。溶解率計算公式如下：

式中：ηt為時間t時的稠化劑的溶解率，%；μt為時間t時稠化劑溶液黏度，mPa·s；μ60為時間60 min時稠化劑溶液黏度，mPa·s。

1.3 壓裂液性能評價

參照SY/T 5107—2016《水基壓裂液性能評價方法》，測定壓裂液的表觀黏度、耐溫耐剪切性能、濾失性能、破膠性能及巖心基質(zhì)滲透率損害率。

2 速溶海水基壓裂液配方研究

通過分析渤?，F(xiàn)場海水水質(zhì)可知，礦化度為37 104 mg/L，其Na+濃度為10 168.9 mg/L、Ca2+濃度為392.8 mg/L、Mg2+濃度為 1 510.7 mg/L，海水中含有的大量陽離子會影響水分子向卷曲的瓜膠分子鏈內(nèi)滲透、擴散，造成瓜膠分子鏈在海水中溶脹速度慢。速溶型抗鹽胍膠通過在瓜膠分子鏈上接入強親水的陰離子基團，不僅提高瓜膠海水中的黏度，并通過陰離子基團吸附陽離子屏蔽對其瓜膠分子溶脹速度的影響，從而提高瓜膠的抗鹽性和速溶性。

海水中含有大量的Mg2+，其在堿性條件下，pH值超過9.5時，與OH-結(jié)合產(chǎn)生難溶的Mg(OH)2，不僅消耗壓裂液中的OH-影響交聯(lián)性能，沉淀還會造成儲層基質(zhì)和裂縫填充層堵塞[13]。調(diào)節(jié)劑同時具備螯合二價鎂離子和調(diào)節(jié)pH值的功能，一方面避免二價鎂離子與OH-反應生產(chǎn)沉淀，另一方面控制壓裂液的pH值在9.5以下，為壓裂液交聯(lián)提供穩(wěn)定的pH值環(huán)境。

3 壓裂液性能評價

根據(jù)L油田儲層特征，通過對關鍵添加劑的優(yōu)選，形成可滿足連續(xù)混配的低溫速溶海水基壓裂液配方：0.35%SWF-SRG + 0.2%BA-3 + 0.4%CA-4 + 0.4%CR-4 + 0.6%CL-3 + 0.03%～0.05%GB，對壓裂液的性能進行了評價。

3.1 速溶性

連續(xù)混配設備包括恒壓混合器、靜態(tài)混合器和動態(tài)增黏系統(tǒng)，恒壓混合器主要用于混合稠化劑和海水；靜態(tài)混合器主要通過高速流動方式保證稠化劑充分分散和溶脹；動態(tài)增黏系統(tǒng)為一個大容積的攪拌罐，主要用于壓裂液充分的溶脹、溶解[14]。為了滿足壓裂液即配即用，要求壓裂液在5～10 min完成溶脹，滿足交聯(lián)攜砂的要求。

濃度為0.35%的SWF-SRG在海水中的溶解率測試結(jié)果見表1。SWF-SRG在海水中溶脹5 min和10 min時，基液黏度分別達到33 mPa·s和36 mPa·s，溶解率分別為81.3%和92.3%。說明SWF-SRG在海水中5～10 min內(nèi)能充分溶脹，滿足連續(xù)混配配液的要求。

表1 SWF-SRG溶脹性測試Table 1 Swelling of SWF-SRG

3.2 耐溫耐剪切性

使用攪拌器配制基液，轉(zhuǎn)速為500 r/min，按照配方比例依次加入SWF-SRG、殺菌劑、助排劑、調(diào)節(jié)劑后，繼續(xù)攪拌1 min，然后靜置5 min，加入交聯(lián)劑攪拌形成凍膠。用HAAKE RS6000流變儀在剪切速率為170 s-1、溫度為60 ℃條件下對壓裂液凍膠進行耐溫耐剪切性能評價，實驗結(jié)果見圖1。壓裂液經(jīng)過120 min剪切后，黏度保持在110 mPa·s以上，表明速溶海水基壓裂液滿足現(xiàn)場壓裂施工攜砂的需求。

圖1 速溶海水基壓裂液耐溫耐剪切性Fig. 1 Temperature and shear resistance of instant seawater based fracturing fluids

3.3 濾失性能

取L油田儲層巖心在60 ℃進行靜態(tài)濾失參數(shù)的測試。巖心長度3.3 cm，直徑2.54 cm，測得孔隙度為28%，滲透率為118×10-3μm2。低溫速溶海水基壓裂液的濾失屬于受造壁性控制的濾失，計算得到造壁濾失系數(shù)Cw=0.223×10-3m/s1/2、初濾失量SL=0.484×10-2m3/m2，滿足行業(yè)標準的要求。經(jīng)過靜態(tài)濾失測試后，在巖心端面形成了一層濾餅（圖2），表明該壓裂液在儲層裂縫壁面形成濾餅后，能降低壓裂液向儲層基質(zhì)濾失，提高壓裂液造縫性能，確保了高滲儲層壓裂施工的成功率。

圖2 濾失后巖心端面Fig. 2 Core end face after filtration

3.4 破膠性能

在60 ℃下分別測試速溶海水基壓裂液在不同破膠劑濃度、不同時間下的破膠液黏度和殘渣含量，測試結(jié)果見表2。從表中看出，破膠劑濃度在0.03%和0.05%下，4 h時破膠液黏度均小于5 mPa·s，徹底破膠。在0.05%破膠劑濃度下，破膠液黏度和殘渣含量小于0.03%破膠劑，并且隨著破膠時間延長，破膠液黏度和殘渣含量進一步降低，表明提高破膠劑濃度和延長關井時間有助于徹底破膠和降低固相物含量，減小儲層傷害。

表2 速溶海水基壓裂液破膠性能Table 2 Gel breaking performance of instant seawater based fracturing fluids

速溶海水基壓裂液破膠液表面張力 27 mN/m，煤油的界面張力0.5 mN/m 左右，滿足行業(yè)標準要求。

3.5 巖心傷害評價

以煤油為流動介質(zhì)，測試速溶海水基壓裂液破膠液對渤海油田L井巖心基質(zhì)滲透率損害率，實驗結(jié)果見表3?？梢钥闯?，該速溶海水基壓裂液巖心基質(zhì)滲透率平均損害為5.05%，遠小于行業(yè)標準≤30% 的要求。

表3 巖心基質(zhì)滲透率損害率Table 3 Damage rate of core matrix permeability

4 現(xiàn)場應用

渤海海域海水礦化度為35 000～37 000 mg/L，pH值為7.0～7.5，現(xiàn)場壓裂液用海水直接配制。連續(xù)混配裝置最大配液速率8.0 m3/min，瓜兒膠干粉最大下料速度56 kg/min。速溶海水基壓裂液連續(xù)混配壓裂在渤海油田應用超過10井次，最大配液速度4.3 m3/min，最高砂比60%，最大加砂量51.1 m3，現(xiàn)場施工均順利完成（表4）。從現(xiàn)場施工效果看，海上壓裂采用了壓裂增產(chǎn)船+連續(xù)混配設備+速溶海水基壓裂液的作業(yè)模式，節(jié)省了壓裂設備吊裝、擺放、備水、配液等過程的作業(yè)時間，單井壓裂作業(yè)時間由7天縮短到2天，大幅度提高了作業(yè)效率，對海上大規(guī)模壓裂作業(yè)具有借鑒意義。

表4 速溶海水基壓裂液現(xiàn)場應用Table 4 Field application of instant seawater-based fracturing fluids

5 結(jié)論

（1）SWF-SRG在海水中溶脹5 min和10 min時，溶解率分別為81.3%和92.3%，表明SWFSRG滿足連續(xù)混配配液的要求。

（2）形成一套低溫速溶海水基壓裂液，在60 ℃下剪切120 min后黏度大于110 mPa·s，造壁濾失系數(shù)Cw=0.223×10-3m/s0.5，在0.05%破膠劑濃度下4 h內(nèi)完全破膠，破膠液黏度3.2 mPa·s，殘渣含量260 mg/L，對儲層巖心基質(zhì)滲透率平均損害率為5.05%，具有良好耐溫耐剪切、造壁性、破膠性和儲層保護性。

（3）低溫速溶海水基壓裂液連續(xù)混配壓裂在L油田應用了12井次，現(xiàn)場5 min溶解率均超過80%，實現(xiàn)了最大配液速度4.3 m3/min，最高砂比60%，最大加砂量51.1 m3，施工成功率100%，大幅提高了海上壓裂施工效率和施工規(guī)模。