川西蓬莱镇组气藏属于低孔、低渗、浅层致密碎屑岩气藏，埋深在500 m~900 m，储层温度在30 ℃~45 ℃, 渗透率为(0.011~8)×10-3μm2, 孔隙度为6%~19%。压裂改造是该类气藏勘探开发的重要手段。气藏开发初期，常规植物胶有机硼压裂液体系为川西浅层气藏增储上产提供了重要的保障。然而随着气田开发进入中后期，压力系数不断下降，地层能量不足导致压后返排率持续降低，增产效果逐渐变差，表明压裂液体系已经不能满足气藏储层改造的需要，其不适应性主要体现在：①压裂液稠化剂浓度高达0.42%, 高浓度的羟丙基胍胶压裂液体系在破胶后形成大量的残渣, 对裂缝导流能力造成了很大的伤害, 同时, 高浓度的羟丙基胍胶还会由于压裂液的浓缩效应, 在裂缝壁面上形成更高浓度的冻胶滤饼, 对基质造成更大程度的伤害[1]。②根据扫描电镜和X衍射分析资料可知：蓬莱镇组气藏普遍含有少量伊/蒙混层等水敏性矿物，并且通过水敏评价蓬莱镇组为中-强水敏，粘土稳定剂防膨性能有待加强。③蓬莱镇组气藏由于低孔低渗特点，流体流动通道窄、渗流阻力大、液固界面及液气界面张力大，导致压裂液束缚于储层细孔道中无法排出，造成严重的水锁伤害，助排剂性能需要进一步提升。④随着川西浅层气藏采出程度的逐步增加，压力系数逐步降低，压裂液依靠储层自身能量返排的能力变差，返排率也逐步下降，导致压裂液滤液长期滞留于地层，水锁和水敏伤害严重。因此，为了改善川西地区致密砂岩气藏的增产效果，就必须减少压裂液对储层造成的上述伤害，优化或研制针对性的压裂液配方体系，降低压裂液对储层的伤害。
为了降低残渣和滤饼对支撑裂缝导流能力和滤饼对储层基质渗透率的伤害，就必须大幅度降低压裂液羟丙基胍胶的使用浓度，降低压裂液残渣对裂缝导流能力伤害，同时，羟丙基胍胶浓度的下降还可以降低压裂液体系破胶难度，减轻滤饼伤害。
为了减轻水敏和水锁对储层伤害，就必须研制性能优良的防膨剂和助排剂或者其他新型添加剂，提升压裂液体系抑制水敏和水锁能力。
为了提升压裂液返排率，可以采用两种途径来实现：一是提升地层能量，可以采用的办法有液氮伴注；二是通过降低液柱压力来提升返排压差，可以采用的方法是低密度压裂液。
本试验在充分考虑储层对压裂液性能需求的基础上，针对性地研制出了超低浓度植物胶压裂液体系和线性泡沫压裂液体系两套低伤害压裂液体系[2]。
对于植物胶压裂液来说, 羟丙基胍胶浓度的大小直接决定着压裂液残渣含量的多少, 稠化剂浓度越低, 残渣含量越少, 对裂缝导流能力伤害越小。但是羟丙基胍胶浓度不能无限下降，因为降低到一定程度就无法交联形成空间网状结构。如表 1所示，当羟丙基胍胶浓度大于等于0.2%时，压裂液体系才能正常交联, 因此, 将0.2%的羟丙基胍胶浓度确定为压裂液体系最低使用浓度。
为了减轻压裂液对储层的水锁和水敏伤害，同时提升压裂液返排程度，研制了适用于致密碎屑岩气藏的兼具防膨、助排和起泡性能的多功能增效剂BM-B10，该多功能增效剂是将非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂以及辅剂复配到一起，形成的一种新型添加剂。其性能特点主要表现在：①具有良好的起泡性能：可以使压裂液与拌注的氮气形成泡沫，增强返排效果，另外，泡沫的密度低，降低了回压，进一步强化了返排。②具有极低的表面张力，可以大大降低储层的毛细管压力，减轻水锁伤害。③可以吸附到储层表面，形成一层分子膜，可以抑制水分子向储层扩散，抑制粘土的水化膨胀和运移。
BM-B10性能参数见表 2，从表中可以看出:在表面张力和防膨率方面, 该多功能增效剂的性能均好于常规添加剂。
研究表明:纤维的作用不仅仅在于其防止支撑剂回流方面，同时还体现在纤维具有增强压裂液携砂性能、改变支撑剂的沉降速度、改善支撑剂铺砂剖面获得更好的裂缝形态、降低裂缝伤害等方面的作用[3]。
如表 3所示：当压裂液体系中没有添加纤维时，支撑剂沉降速度最快，随着纤维加量的增加，支撑剂沉降速度不断下降，说明了纤维可以有效提高压裂液的携砂性能，尤其是针对超低浓度稠化剂压裂液来说，在一定程度上可以增强压裂液的携砂能力。分别采用两种纤维进行了导流能力评价，如图 1和图 2所示。
由图 1和图 2可知，GX-2对裂缝导流能力几乎没什么影响，而BF-2在浓度小于7‰时，对导流能力还有一定的改善作用。这说明：只要合理确定纤维的类型和浓度，可以避免纤维对支撑裂缝造成伤害。
采用羟丙基胍胶浓度为0.20%和0.25%两个配方进行耐温耐剪切性能评价, 实验温度为45 ℃, 结果如图 3和图 4所示。两套配方压裂液在连续剪切90 min之后, 粘度均保持在50 mPa·s以上, 可以满足加砂压裂的需要。
配方为：(0.20%、0.25%)羟丙基胍胶+0.1%杀菌剂+0.5%粘土稳定剂+0.5%助排剂+0.5%增效剂+0.25%碳酸钠+0.25%交联剂+15 mg/L破胶剂+ 0.1%催化剂。
采用SY/T5107-2005《水基压裂液性能评价方法》进行残渣含量测定，结果见表 4。
实验选用川西浅层气藏岩心，用多功能岩心驱替装置考察了超低浓度稠化剂压裂液破胶液岩心伤害情况，结果见表 5。超低浓度稠化剂压裂液对岩心的平均伤害率为17.5%，岩心伤害率较小。由此可见，超低浓度稠化剂压裂液能够有效降低稠化剂大分子和残渣对储层的伤害，能够满足在浅层致密气藏的应用。
线性自生泡沫压裂液体系是一种将生气体系引入常规压裂液基液当中不通过交联而形成的泡沫压裂液。它是一种将泡沫压裂液和常规压裂液有机结合在一起的低伤害压裂液体系。它克服了泡沫压裂液设备昂贵、费用高的缺点，但同时具有泡沫压裂液的降低液柱压力、携砂性能好等特点。此外，该线性泡沫压裂液因为采用不交联方式，残渣含量少、没有滤饼，极大地降低了地层伤害[4]。
配方：清水+0.03%Na2CO3+生热剂(6.6%A+8.5%B)+0.48%羟丙基胍胶+0.5%WD-5(粘稳剂)+0.3% WDS-2(杀菌剂)+0.5%WD-12(助排剂)。
线性自生泡沫压裂液在进入地层之后，随着温度的升高，不断释放出惰性气体，分别以助排剂作为起泡剂，以羟丙基胍胶为稳泡剂，在裂缝中形成细腻均匀的泡沫。该压裂液体系主要通过羟丙基胍胶的塑性粘度和泡沫的结构粘度携砂，采用美国千德乐公司6300毛细管粘度计评价了二者在地层温度下的表观粘度。实验温度45 ℃、剪切速率170 s-1，连续剪切2.5 h，结果见图 5。压裂液体系在上述条件下的粘度保持在60 mPa·s左右, 可以满足压裂施工中造缝和携砂需要。
线性自生热类泡沫压裂液通过生热反应，产生大量的微泡沫，体积急剧膨胀，从而起到了升压的作用。从理论上分析，基液中生热剂(A、B剂)比例越大，所产生的气体和泡沫越多，体积膨胀倍数越高。在40 ℃条件下，用开口量筒评价了线性类泡沫压裂液的起泡性能，结果见表 6。从表 6可以看出：经过1 h的反应之后, 泡沫体积膨胀为原来基液的7.8倍, 表现出良好的起泡性能。
增压是线性类泡沫压裂液最重要特征之一。该压裂液增压原因在于随着反应的进行, 压裂液体系释放出大量气体, 在密封容器中形成高压。室内评价了该线性自生热类泡沫压裂液的增压能力，实验结果见图 6。
压裂液的滤失性是影响压裂液造缝能力的重要因素，压裂液的滤失性用滤失系数来表征，线性自生泡沫压裂液体系在经过一段时间反应之后, 形成了大量细腻而结构稳定的泡沫, 通过采用静态滤失仪进行滤失系数测定, 结果见表 7。由表 7可知，经过三次重复测量取平均值, 该压裂液体系具有良好的降滤性能, 平均滤失系数为4.72×10-4m/min 0.5, 良好的降滤性能可以提升压裂液效率, 同时还可以减少压裂液滤液侵入储层孔喉, 降低压裂液对储层伤害。
残渣含量反映压裂液破胶的彻底程度和对裂缝导流能力伤害程度。如表 8所示:线性自生泡沫压裂液残渣含量平均为277.7 mg/L，远远低于常规压裂液残渣含量(小于550 mg/L)的标准，可见线性自生热类泡沫压裂液采用不交联方式残渣含量较低，对裂缝导流能力伤害较小。
线性自生泡沫压裂液体系的伤害率评价结果见表 9。由表 9可知，该压裂液体系具有明显的低伤害特征, 岩心伤害率为14.57%, 远远低于常规压裂液对储层的伤害率。
超低浓度稠化剂压裂液体系在川西蓬莱镇组气藏共进行了10口井的现场加砂压裂施工。为了增强超低浓度稠化剂压裂液的携砂性能和改善支撑剂的铺置状态，在携砂阶段全程添加纤维，同时，为了增强压裂液的返排能力，采用全程液氮伴注。如表 10所示：蓬莱镇组的平均返排率达到了65.1%。压前所有井均没有油气显示, 压后平均产量为0.81×104 m3/d, 取得了明显的增产效果。
到目前为止，线性自生泡沫压裂液在浅层蓬莱镇组共进行了5口井7层次的加砂压裂施工，除马井104井下层压不开储层无法施工外，其他井层均顺利完成加砂任务。如表 11所示：压后平均返排率为61.9%，压后天然气产量为1.45×104m3/d，增产效果比较明显。
(1) 羟丙基胍胶浓度大幅下降到0.2%时, 压裂液体系仍然可以确保川西蓬莱镇组加砂和造缝的需要, 同时还可以大大降低压裂液残渣对支撑裂缝导流能力伤害程度。
(2) 室内评价表明:纤维可以降低支撑剂在压裂液中的沉降速度, 提升压裂液的携砂能力。
(3) 线性自生泡沫压裂液体系具有耐温耐剪切性能好、低滤失、低残渣、无滤饼的特点, 可以满足川西蓬莱镇低伤害压裂的需要。
(4) 超低浓度稠化剂压裂液体系结合全程添加纤维技术在川西蓬莱镇组气藏应用11口井，平均返排率为65.1%，压后平均产量为0.81×104m3/d, 取得了明显的增产效果。
(5) 线性自生泡沫压裂液体系在川西蓬莱镇组应用5口井，平均返排率为61.9%，压后天然气产量为1.45×104m3/d，增产效果明显。
2011, Vol. 40 Issue (3): 289-293
2011, Vol. 40 Issue (3): 289-293