摘要：水锁伤害是低渗透气层压裂面临的一个重要问题。首先从两个方面对新型表活剂压裂液展开了实验研究：①进行了岩心伤害实验，采用多次驱替方式发现，新型表活剂压裂液在岩心孔隙中72h还呈现自由状态，能够被驱动，随着驱替次数增多，岩心渗透率伤害程度减少，而其他液体没有这种现象；②进行了支撑裂缝导流伤害实验，通过不同驱替方式发现，采用不同液体驱替的支撑裂缝导流能力相差不大，通过氮气驱动后，新型表活剂压裂液支撑裂缝导流能力有所增加，继续通过CO2气体驱动后，该组裂缝导流能力继续增加，而胍胶类压裂液导流能力基本没有变化。通过实验认为：新型表活剂压裂液对岩石及裂缝的伤害可以改变，降低了对储层的水锁伤害，适合应用于易水锁气层压裂施工。现场试验证明，该类压裂液对低渗易水锁气层具有较好的压裂增产改造效果。
关键词：低渗透油气田；储集层；表面活性剂；压裂液；渗透率；裂缝(岩石)；实验；应用
减少气井压裂储层伤害是一项重要的研究课题，压裂科技人员及现场工程师都做过相应的研究及应用工作，并取得一定的效果[1～3]。低渗气层一般含水饱和度高、毛细管压力高、水敏性强及孔喉细小、渗透性差、非均质严重、油气流动阻力大、常伴有天然裂缝等特点，储层一旦受到损害难以恢复。大量的研究表明[4～5]，水锁伤害是一些低渗气层主要的损害类型，伤害程度一般为70%～90%，尤其对于低压低渗气藏，水锁损害更加严重。因此，降低压裂液对气层的伤害尤为重要[6～8]。中国石油大学针对气层压裂容易产生水敏、水锁伤害的问题，在新型表活剂压裂液的研制及应用方面取得很多有益的尝试，并且取得了一些认识，为了更加深入地比较分析新型表活剂液体对岩石基质及裂缝的影响，利用现有仪器进行了实验研究并取得了几点认识；同时现场实践也证明，该类液体在气层压裂增产方面有着较大优势。
1 压裂液对岩石基质渗透率影响实验
1.1 基质渗透率伤害计算公式
实验室常采用的压裂液伤害率计算公式如下：
D=[(Kw-Ka)/Kw]×100%
式中：D为压裂液导致的渗透率伤害率；Kw为地层水初始渗透率，10-3μm2；Ka为伤害后地层水渗透率，10-3μm2。
1.2 压裂液的配制
参照当前现场使用的配方和优选后的配方配制实验用压裂液(表1)。压裂液配液用化学剂分别取自现场和生产厂家。
表1 压裂液伤害实验液体配制方法表
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液体序号
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压裂液组成
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低浓度冻胶
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0.35%HPG+2%KCl+0.2%DL-8+0.3%EDTA+0.1%NaOH+0.35%BCL-81
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表活剂压裂液
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3%D3F-AS05+6%KCl+0.3%EDTA+6%KOH
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碱性隔离液
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2%KCl+0.2%助排剂+0.3%EDTA+1%戊醇
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活性水
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2%KCl+0.2%助排剂
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1.3 实验操作步骤
岩心渗透伤害实验，通常驱替一遍确定D值为基质渗透率伤害值，这种操作结果并没有考虑液体进入储层后与储层之间的相互影响关系，并不能代表岩心真实的压裂液伤害。本次实验考虑了现场压裂液泵注特点及返排时间，在第一次驱替实验基础上，每隔24h，采用地层水进行了二次、三次驱替实验，并记录实验结果。
1.4 实验结果及分析
实验结果如表2所示。第一次测试结果为碱性隔离液的伤害程度最小，低浓度胍胶压裂液伤害程度最大；随着实验的进行，其他3种液体的伤害率变化不大，而新型表活剂压裂液的伤害率却在不断降低；第三次实验结果为低浓度胍胶压裂液伤害程度依然最大，表活剂压裂液伤害程度降低，同碱性隔离液的伤害率基本相同。分析原因认为，由于储层岩石都有一定的润湿性，外来流体同岩石接触会不同程度地引起硅石的润湿性改变[9～10]，造成黏土矿物膨胀，部分液体残余在岩石孔隙中产生水锁，从而表现为岩心的渗透率降低，继续进行排驱实验，其伤害程度基本保持不变；而阴离子表活剂同高浓度无机盐复配，同岩石接触后，基本不会使其润湿性发生改变[11]，在驱替作用下，其伤害程度逐渐减小，滞留岩心中的新型表活剂压裂液能在孔隙及吼道中流动，不断地被排出，表现为测试伤害率不断降低，因此可以初步判断，新型表活剂压裂液对储层伤害较小。
表2 压裂液伤害实验液体配制方法表
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压裂液类型
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长度(m)
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第一次(%)
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第二次(%)
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第三次(%)
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低浓度压裂液
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6.08
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37.5
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37.7
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37.3
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表活剂压裂液
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6.12
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31.1
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21.6
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16.7
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活性水
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6.03
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18.8
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19.2
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19.2
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碱性隔离液
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6.09
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15.4
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15.5
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15.4
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2 压裂液对裂缝渗透率的影响实验
压裂液对裂缝渗透率的影响实验[12～13]使用FCES-100裂缝导流仪。
2.1 实验条件及方案
实验温度60℃，采用20～40目陶粒支撑剂，铺砂浓度5.0kg/m2，实验闭合压力为52MPa，设计两组。第一步分别采用低浓度胍胶压裂液、表活剂压裂液为流体介质进行导流实验，第二步采用氮气为介质驱动实验，第三步采用二氧化碳为介质驱动实验。
2.2 实验结果及分析
将实验结果绘制成图1、2，、3。从图中可以看出，无论采用哪种液体，裂缝导流能力开始下降较快，200h后逐渐接近平缓，两种液体为介质的裂缝导流能力相差不大，胍胶压裂液为介质的裂缝导流能力稍微低些。随后进行氮气驱动实验，氮气驱动胍胶压裂液，开始其裂缝导流能力略有下降，但3min后基本保持不变。而氮气驱动表活剂压裂液时，裂缝导流能力开始略有下降，但是2min后导流能力开始上升，6min后超过初始值，15min的实验时间，裂缝导流能力保持升高趋势。分析原因，开始下降是由于气体驱动黏性液体开始有阻力造成压差较大，而含有表活剂压裂液的支撑裂缝在驱通之后，新型压裂液体能够自由流动，缝端压差逐渐减小，裂缝导流能力增大。第三步如图1～3所示，继续通入二氧化碳后，含有胍胶压裂液的裂缝导流能力基本上不变，而含有新型表活剂压裂液的支撑裂缝，其导流能力却在4min之内增加而后保持不变，二氧化碳酸性气体使残存着支撑裂缝之间的表活剂压裂液破胶，减少了裂缝的流动压差。
3 现场应用
压裂气层井段总跨度为2920～2934m，孔隙度平均为10.2%，基质渗透率平均为0.4 x 10-3μm2，含气饱和度平均为52.3%，射孔井段为2927.0～2930.0m。2008年10月进行压裂，压裂液基本配方为：3.1%D3F-AS05+0.8%KOH+6.0%KCl+0.3%EDTA。压裂基本参数：压裂液201m3，支撑剂30m3，平均砂比27%，施工排量3.0m3/min，液氮用量8.8m3，破裂压力49.9MPa，延伸压力29.3MPa，停泵压力18.9MPa。排液过程中，油压19MPa，套压20MPa，该井压后自然返排率73%，压后采用一点法求产，无阻流量20×104m3，获得较高的产量，远高于同区块常规胍胶压裂液的压后产量。
4 结论与认识
1) 基质渗透率伤害实验表明，随着驱替时间及次数增加，新型表活剂压裂液对基质堵塞伤害会降低。
2) 导流实验显示，气驱会改变新型表活剂压裂液的支撑导流能力，输入酸性气体能够使表活剂液体有效降解，支撑裂缝的导流能力会有所提高。
3) 现场证明，对于低压、低渗透易水锁气层，采用新型表活剂压裂液能较好地提高气井压后产量。
参考文献
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(本文作者：牟善波 张士诚 付道明 孟庆民 孙侃 中国石油大学石油工程教育部重点实验室)
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