陳磊,秦世利,曹波波,匡臘梅,鮑文輝,閻興濤,趙健

[1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518000; 2.中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300459]

在低滲儲(chǔ)層壓裂改造過程中,壓裂液對(duì)儲(chǔ)層造成的固相和液相傷害不可避免[1～2]。壓裂液對(duì)低滲氣藏的傷害以水相傷害為主,經(jīng)過長期的返排,水相滯留產(chǎn)生的傷害可以部分解除[3]。而由壓裂液殘?jiān)鸸滔鄿粼斐傻膫κ怯谰貌豢赡娴?因此對(duì)固相傷害的來源、機(jī)理的研究尤為重要。研究認(rèn)為:胍膠壓裂液破膠液中的殘膠和固體殘留在巖石壁面形成濾餅、吸附堵塞與橋堵,是造成滲透率降低的主要原因[4～14];而締合非交聯(lián)壓裂液的傷害特征,主要體現(xiàn)在巖心端面聚合物殘?jiān)皻埬z堵塞和高分子聚合物在大孔喉的吸附滯留共同作用[15]。目前破膠液對(duì)低滲儲(chǔ)層傷害研究集中在宏觀方面,深部傷害程度和微觀機(jī)理尚不清楚。

本工作分別對(duì)胍膠和聚合物壓裂液破膠液的殘?jiān)?、粒徑、相?duì)分子質(zhì)量和吸附性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),研究了不同破膠液對(duì)低滲巖心的深度傷害程度和微觀機(jī)理。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

羥丙基瓜爾膠、有機(jī)硼交聯(lián)劑,工業(yè)品,中海油田服務(wù)股份有限公司;聚合物稠化劑為疏水締合聚合物,由丙烯酰胺、耐溫抗鹽功能型單體和少量疏水單體通過溶液聚合得到,白色粉末狀,黏均相對(duì)分子質(zhì)量(300～400)×104;物理交聯(lián)劑為離子型表面活性劑混合物,疏水尾基碳原子個(gè)數(shù)8～12,自制;破膠劑(過硫酸銨),化學(xué)純,天津市巴斯夫化工有限公司;去離子水,電導(dǎo)率≤1 μS/cm,實(shí)驗(yàn)室自制;人造巖心,φ2.54 cm×2.54 cm,氣測(cè)滲透率約(1～10)×10-3μm2,自制;工業(yè)氮?dú)?純度≥99.2%。

壓裂液動(dòng)態(tài)濾失傷害測(cè)試系統(tǒng),中海油田服務(wù)股份有限公司;Mastersizer 2000激光粒度儀,英國馬爾文儀器有限公司;DAWN HELEOS型凝膠滲透色譜儀,美國懷雅特公司;FEI Quanta 200F型場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡,美國FEI公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 壓裂液破膠性能

參照SY/T 5107—2016《水基壓裂性能評(píng)價(jià)方法》分別測(cè)試2種壓裂液的破膠液黏度、殘?jiān)?其中:胍膠壓裂液(1#)配方為:0.6%羥丙基瓜爾膠+0.5%有機(jī)硼交聯(lián)劑+0.05%破膠劑;聚合物壓裂液(2#)配方為:0.8%聚合物稠化劑+0.5%物理交聯(lián)劑+0.05%破膠劑。聚合物稠化劑與物理交聯(lián)劑通過疏水基團(tuán)間的締合作用形成高強(qiáng)度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提高壓裂液黏度。

1.2.2 壓裂液傷害深度評(píng)價(jià)

以氮?dú)庾鳛轵?qū)替介質(zhì),分別測(cè)試2種壓裂液破膠液的巖心滲透率損害率。壓裂液傷害后的巖心,在破膠液注入端切除10 mm后,測(cè)試切除后的巖心滲透率損害率。巖心滲透率損害率測(cè)試方法參照SY/T 5107—2016。

1.2.3 巖心薄片的微觀形貌

采用場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察被壓裂液傷害后的巖心薄片的微觀形貌。

阿里衣服沒穿，爬起來，先到桌前按了一下錄音機(jī)的鍵，哀樂轟一聲響起。阿里打開窗子，哀樂便如同被釋放，從窗口涌了出去。

1.2.4 膠團(tuán)粒徑測(cè)試

采用激光粒度儀測(cè)試破膠液中膠團(tuán)的粒徑。

1.2.5 分子質(zhì)量測(cè)試

采用凝膠滲透色譜儀測(cè)試聚合物分子質(zhì)量。

1.2.6 吸附實(shí)驗(yàn)

將20/40目石英砂用蒸餾水清洗3次,取出石英砂于105 ℃下烘干至恒重(記為m1),冷卻至室溫備用。用0.8 μm的微孔濾膜將破膠液進(jìn)行過濾,濾液備用。按質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%稱取20/40目石英砂,分別將石英砂與2種破膠液濾液充分混合,靜置24 h。用蒸餾水重復(fù)沖洗3次,取出石英砂在105 ℃下烘干至恒重(記為m2),稱重并按式(1)計(jì)算破膠液在石英砂上的吸附量(Γ)。

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 巖心基質(zhì)傷害特征

表1 巖心基質(zhì)滲透率損害率

圖1為2種破膠液傷害后巖心不同位置微觀形貌。

圖1 2種破膠液傷害后巖心微觀形貌

由圖1可見,采用1#破膠液,在巖心注入端,觀察到大量的壓裂液殘?jiān)街诒砻?形成濾餅;在距注入端10 mm處,巖心表面未觀察到明顯殘留物,表明胍膠壓裂液殘?jiān)y以運(yùn)移至巖心深部,傷害主要來自端面形成的濾餅[12]。采用2#破膠液,在巖心注入端表面存在壓裂液殘?jiān)?殘?jiān)母街芏鹊?、膠團(tuán)尺寸小,形成的濾餅厚度較小;在距注入端10 mm處,巖心端面上仍能觀察到聚合物分子膠團(tuán)的存在,是巖心深部傷害的主要原因。

2.2 壓裂液對(duì)儲(chǔ)層損害機(jī)理

2.2.1 破膠性能

2種壓裂液的破膠性能測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 壓裂液破膠性能

由表2可見,在95 ℃下破膠4 h后,2種破膠液黏度均小于5 mPa·s,說明壓裂液破膠徹底。但胍膠壓裂液的殘?jiān)繛?89 mg/L,遠(yuǎn)高于聚合物壓裂液的殘?jiān)?5 mg/L。通過2種破膠液外觀觀察發(fā)現(xiàn),胍膠壓裂液破膠液中存在大量的絮狀物,主要是胍膠水不溶物[16]和大量殘膠[17]。聚合物壓裂液破膠液清澈、透明,一方面是由于稠化劑本身的水不溶物少,破膠后的固相殘?jiān)?另一方面是破膠后聚合物稠化劑分子鏈被斷裂,物理交聯(lián)作用被破壞,殘留的膠團(tuán)少。

2.2.2 膠團(tuán)粒徑

2種破膠液膠團(tuán)粒徑分布見圖2。由圖2可見,胍膠壓裂液破膠液的殘?jiān)骄?5.5 μm,聚合物壓裂液破膠液殘?jiān)骄綖?.8 μm。

圖2 破膠液粒徑分布

從膠團(tuán)粒徑分布可知,胍膠壓裂液破膠液的殘?jiān)椒植荚?～300 μm范圍內(nèi),60～150 μm之間的比例超過65%;聚合物壓裂液破膠液殘?jiān)街饕植荚?.8～4 μm,分布比例高達(dá)89%。通過壓汞測(cè)試可知,巖心平均孔隙半徑1.4 μm。胍膠壓裂液破膠液中的殘?jiān)竭h(yuǎn)大于巖心孔喉半徑,難以進(jìn)入巖心深部[13]。聚合物壓裂液破膠液中殘?jiān)叫?在高注入壓力的擠注下,部分小粒徑殘?jiān)M(jìn)入巖心內(nèi)部,造成深部傷害[18]。

2.2.3 破膠液分子質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)測(cè)得1#和2#破膠液的重均分子質(zhì)量分別為86.9×104g/mol和28.1×104g/mol。胍膠分子質(zhì)量為(200～300)×104g/mol,破膠后胍膠分子質(zhì)量大幅度降低,破膠液平均粒徑達(dá)到85.5 μm,高于胍膠分子水力學(xué)直徑,說明破膠液中部分胍膠分子發(fā)生交聯(lián),形成大尺寸膠團(tuán)。聚合物稠化劑分子質(zhì)量450×104g/mol,破膠液的殘?jiān)骄?.8 μm,締合聚合物破膠后分子小,但其破膠液中的殘?jiān)礁哂诰酆衔锓肿影霃絒19～20],說明破膠后的聚合物小分子通過物理交聯(lián)形成小粒徑的膠團(tuán),導(dǎo)致破膠液膠團(tuán)粒徑增大。

2.2.4 吸附性能

3 結(jié) 論

a.胍膠壓裂液破膠液的未切除和切除10 mm后的巖心損害率分別為27.3%和4.5%,在巖心注入端面觀察到大量殘?jiān)?。聚合物壓裂液破膠液的未切除和切除10 mm后的巖心損害率分別為22.2%和15%,在巖心端面和深部均觀察到聚合物殘?jiān)?表明聚合物小分子進(jìn)入巖心深部造成傷害。

b.胍膠壓裂液破膠后,殘?jiān)扛?相對(duì)分子質(zhì)量大,形成的殘?jiān)骄?5.5 μm,遠(yuǎn)大于巖心孔隙半徑,難以進(jìn)入巖心深部。聚合物壓裂液破膠后,殘?jiān)可?相對(duì)分子質(zhì)量小,殘?jiān)骄?.8 μm,聚合物小分子在巖心深部滯留造成損害。

c.胍膠和聚合物壓裂液破膠后在石英砂上的吸附量分別為3.99 mg/g和6.57 mg/g,聚合物壓裂液在巖心深部吸附造成的損害大于胍膠壓裂液。