川渝油气田压裂用生物酶破胶技术的研究与应用
Outline:
唐浩
,
陈英
,
范育才
收稿日期：2012-11-08
作者简介：唐浩，男(1983-)，工程师，西南石油大学应用化学专业硕士，长期从事压裂及酸化工艺的研究与现场应用工作。地址：(610225)四川省成都市双流县西南航空港临港路四段9号久居福。E-mail:
tanghao-th@163.com.
摘要：研制了一套适合川渝地区使用的酶破胶羟丙基胍胶压裂液体系，该酶破胶剂对压裂液稠化剂具有很好的专一破胶性能，与压裂液各种添加剂有良好的配伍性能。与常规破胶剂相比，酶破胶剂破胶更彻底，破胶液黏度小，残渣含量少，对支撑裂缝导流能力伤害小。在合川001-25井组3口井的现场应用表明，该酶破胶压裂液体系能够完全满足现场加砂压裂施工要求，返排液残渣含量明显低于常规破胶剂体系，且使用酶破胶剂的2口井压后增产效果较使用常规破胶剂的更好。
Preparation and application of a bio-enzyme gel breaker in Sichuan and Chongqing oil and gas field
Outline:
Tang Hao
,
Chen Ying
,
Fan Yucai
1. Downhole Service Company, CNPC Chuanqing DrillingEngineering Co., Ltd., Chengdu 610051, Sichuan, China
Abstract: A new type of bio-enzyme breaking fracturing fluid was prepared, which is fit for Sichuan and Chongqing gas field, through a series of laboratory evaluation experiments. The bio-enzyme gel breaker is specific for the hydroxypropyl guanidine gum thickener, and it has good compatibility with other additives of fracturing fluid. Compared with conventional gel breaker, it has the features such as more thoroughly gel breaking, low viscosity of backflows, low residue content, low formation damage. By using it in three gas wells in Hechuan gas field, the application results showed that this new type of bio-enzyme breaking fracturing fluid system can meet the requirements of fracturing operation, in which the residues of backflows is lower than conventional breaker system, and the production of the two wells is better.
目前水基压裂液应用较为广泛[1-2]，其最常用的破胶添加剂是氧化类化合物。氧化性破胶剂存在如下缺点：属于非特殊性反应物，能和遇到的任何反应物如管材、地层基质和烃类等发生反应，造成地层伤害；氧化破胶具有随机性，造成胍胶链不能完全降解[3]。压裂液化学的发展方向是优质、低损害、低成本和环境友好的新材料和工业体系，生物酶破胶已经成为下一步压裂液破胶的主流方向。
1 生物酶破胶剂的开发及评价
针对川渝地区压裂液配方体系取样分析结果，利用我国独特的微生物资源，开发出适用于川渝地区油气田使用的压裂液生物酶破胶剂，其底物专一性强、破胶彻底、破胶后的残渣较少，可降低对油层的伤害。其作用范围为pH值7~10、温度60~100 ℃，可迅速降解胍胶类聚糖，具有破胶速度可控、效率高、破胶液残渣低等特点。
1.1 稠化剂对酶活性的影响
酶具有高度的专一性，对不同稠化剂的作用效果有所不同，不同的稠化剂要达到同样的破胶效果，所需酶的用量有所差别。用川渝地区最常用的3种稠化剂所配制的压裂液进行破胶试验(表 1，70 ℃、酶破胶剂质量浓度30 mg/L时的静态破胶结果)。
表 1
表 1 稠化剂对酶活性的影响
Table 1 Effect of thickening agents on bio-enzyme activity
|
表 1 稠化剂对酶活性的影响
Table 1 Effect of thickening agents on bio-enzyme activity
|
从表 1可看出，此种酶破胶剂最合适的体系为羟丙基胍胶压裂液体系。
1.2 酶破胶剂适用范围
川渝地区中温储层适用的压裂液条件为：温度40~90 ℃、pH值8~10，在该条件下对生物酶破胶剂进行了活力评价，实验结果见表 2。表 2中活力值以各基准点的活性为100%求得[4]。
表 2
表 2 pH值、温度对生物酶破胶剂活性影响
Table 2 Effect of different pH value and temperature on bio-enzyme activity
|
表 2 pH值、温度对生物酶破胶剂活性影响
Table 2 Effect of different pH value and temperature on bio-enzyme activity
|
实验结果表明，该生物酶适用的pH值为7~10；温度为60~100 ℃，适合在川渝地区中温储层使用。
1.3 酶破胶剂和压裂液添加剂的配伍性
一般说来，生物酶破胶剂对环境物质比较敏感，特定的物质会大幅降低生物酶的活性，有些物质甚至能使其失去活性。表 3为添加剂对生物酶破胶活性的影响试验结果，可以看出，加入各种添加剂后，压裂液仍能很好破胶，与未加添加剂时相比，破胶后黏度仅略有增大，说明该生物酶破胶剂与压裂液的配伍性良好。
表 3
表 3 添加剂对生物酶破胶剂活性影响
Table 3 Effect of different additives on bio-enzyme activity
|
表 3 添加剂对生物酶破胶剂活性影响
Table 3 Effect of different additives on bio-enzyme activity
|
1.4 酶破胶剂加量对破胶影响
从表 4可看出，酶加量越大，破胶时间越快，破胶液黏度也越低。当酶的加量达到一定程度时，破胶后黏度变化不大。国内最常用的APS压裂液体系中，破胶液的黏度不可能低于4 mPa·s，但酶破胶剂在一定加量下可以使破胶液的黏度降低到3 mPa·s左右，这是一个极大的突破。
表 4
表 4 酶破胶剂加量对破胶的影响
Table 4 Effect of different bio-enzyme dose on gel breaker
|
表 4 酶破胶剂加量对破胶的影响
Table 4 Effect of different bio-enzyme dose on gel breaker
|
1.5 残渣含量
实验结果(表 5)表明：加入生物酶，能大大降低压裂液残渣含量，生物酶与常规破胶剂APS复配使用，破胶更彻底，破胶也更为迅速，生物酶加量越高，残渣含量越低。理论上说，酶比氧化破胶剂有更优良的性能，这是由于它的固有特性及无限降解聚合物的能力，所以它的加入可以大大降低压裂液的残渣含量。
表 5
表 5 破胶液残渣含量测试结果
Table 5 Results of the residue content
|
表 5 破胶液残渣含量测试结果
Table 5 Results of the residue content
|
1.6 破胶液对支撑剂导流能力伤害率
在地层中，未完全破胶的残液和破胶液的残渣会堵塞支撑剂所形成的油气导流通道，造成二次伤害。考察破胶液对支撑剂导流能力的伤害率，可以直接反应出破胶液对支撑剂导流能力伤害情况。
取两种不同的破胶液进行支撑剂导流能力伤害实验。结果(表 6)表明，用生物酶做破胶剂，能大大降低破胶液对支撑剂导流能力的伤害。
表 6
表 6 支撑剂导流能力伤害实验结果
Table 6 Experimental results of the proppant conductivity damage
|
表 6 支撑剂导流能力伤害实验结果
Table 6 Experimental results of the proppant conductivity damage
|
2 现场应用
2.1 施工压裂液性能
根据生物酶室内评价的结果优选出一套适合生物酶破胶的羟丙基胍胶压裂液体系，基液黏度为54 mPa·s，密度为1.021 g/cm3，pH值为9，成胶性能良好，流变曲线如图 1。
从图 1可以看出，在温度70 ℃、剪切速率170 s-1下连续剪切90 min，该压裂液的黏度均保持在100 mPa·s以上，可以得出该压裂液体系完全满足井底温度为70 ℃左右的油气井压裂施工。
2.2 试验井情况
合川125井组是由川庆钻探工程公司川西钻探公司实施钻井作业的一口开发井。位于重庆市合川区，构造位置属于合川区块主体构造东北部构造(表 7)。试验选取X1、X2作为酶破胶压裂液试验井；X3为对比井，使用常规压裂液体系。
表 7
表 7 合川125-3井组基本情况
Table 7 Background of Hechuan 125-3 wells
|
表 7 合川125-3井组基本情况
Table 7 Background of Hechuan 125-3 wells
|
2.3 返排液性能对比
施工完成后，取返排液进行性能测试，结果见表 8。从测试结果可以看出，酶破胶压裂体系的返排液性能优于APS破胶压裂液，具体表现为破胶液黏度更低、残渣含量更少。
表 8
表 8 现场施工压裂返排液性能
Table 8 Performance of the backflows in 125-3 wells
|
表 8 现场施工压裂返排液性能
Table 8 Performance of the backflows in 125-3 wells
|
2.4 压后效果对比
经过油气测试，3口井压后效果对比见表 9。从表 9可以看出，酶破胶压裂体系返排率更高，有利于油气井的开发。
表 9
表 9 合川125-3井组压后效果对比
Table 9 Effect after fracturing in 125-3 wells
|
表 9 合川125-3井组压后效果对比
Table 9 Effect after fracturing in 125-3 wells
|
3 结论
(1) 研制出了一套适合川渝地区使用的酶破胶羟丙基胍胶压裂液体系，该压裂液适用的条件为：环境pH值7~10、井底温度60~100 ℃，该压裂液体系破胶彻底，滤液残渣少，对地层伤害较小。
(2) 现场应用表明，该酶破胶压裂液体系能够完全满足现场加砂压裂施工要求，返排液性能优异，压后增产效果较好。
| [1] |
陈大钧, 陈馥. 油气田应用化学[M]. 北京: 石油工业出版社, 2006: 99-100.
|
| [2] |
|
| [3] |
|
| [4] |
|
2013, Vol. 42