选择性支撑剂在低渗透油藏的应用

摘要：本文在充分研究分析目前支撑剂等产品性能基础上，结合界面张力理论，根据油田开采工艺技术要求，发明了一种新的单分子膜强疏水界面处理技术，应用开发出了一种新的多功能选择性支撑剂，既降低了油的流动阻力又可提高水的流动阻力，从而达到增油疏水的效果，进而实现压裂、防砂、堵水多功能化，真正做到了“一砂多能”。

关键词：低渗透 选择性 支撑剂 单分子膜

1 概述

在历年来的储层改造过程实践中，胜利油田由于低渗透油藏的边、底水以及上部高含水水层的存在，带来了部分措施井压后高含水，如何有效控制油井措施（压裂、防砂、堵水）后含水的上升，提高油井产量，成了当务之急。针对这一问题，在充分研究分析目前支撑剂、石英砂、堵剂等各类产品的技术性能基础上，结合表界面张力的理论，根据油田开采工艺技术要求，开发出了一种新的多功能选择性支撑剂，降低油的流动阻力，同时可以提高水的流动阻力，从而达到增油疏水的效果，实现压裂、防砂、堵水功能化，真正做到了一砂多能。

2 选择性支撑剂的疏水机理

国内的支撑剂过去多采用天然石英砂，而后发展成为电熔喷吹铝矾土的人造支撑剂。作用就是建立一条高导流通道，增加油气渗流面积，起到油井增产目的。选择性支撑剂在构筑高导流通道的同时，由于与水的表界面张力较大，也起到了很好的疏水作用，做到了由单一的“支撑”向“控水”、“支撑”双作用的转变。

疏水机理：

采用“蛋壳”原理（图1），通过自组装技术将疏水性单体自动组装到砂粒表面，形成单层分子膜；然后分子膜在γ射线作用下进行原位聚合，进而生成具有较大抗压强度和较强疏水性能的界面膜。由于较强的疏水作用，紧密排列后形成的毛细孔隙产生强大的疏水、阻水作用，因此疏水砂除了具有普通砂所具有的对地层的充填和支撑作用外，还具有优良的控水稳油作用。可以同时作为压裂-堵水材料、防砂-堵水材料，也可以单独作为堵水材料来使用。

（1）

式中：

Pc ——驱动压差

σ ——界面张力

θ ——润视角

r ——作用半径

由公式也可以明显看出对于润湿相来说，界面张力增加了，润视角θ小了，所需驱动压差随之增大。

3 选择性支撑剂的特点及实验对比分析

选择性支撑剂与常规支撑剂的最大不同在于其改变传统的覆膜砂物理包覆技术，使选择性材料与石英砂发生化学作用，形成有机结合体，使包结更稳固、强度更高，密度可随材料反应强度调节。

3.1 选择性支撑剂的特性

3.1.1 较低的密度

由于疏水性砂表面覆膜高分子材料，其密度比相应的支撑剂有一定程度的降低。由此带来的优点是：

（1）在同等裂缝体积下，疏水性砂使用量低于其它支撑剂；

（2）携砂液量相应减少，节约压裂液费用；

（3）有利于提高砂比；

（4）砂堵风险减小。

3.1.2 较高的抗压强度

疏水性砂比相应未覆膜支撑剂强度高，破碎率大幅度降低。

（1）疏水性砂具有较高的抗压强度，能用于深井高闭合压力（60-80MPa）井的压裂作业；

（2）疏水性砂的球度、圆度、浊度、耐酸碱性等指标均优于相应的未覆膜的支撑剂材料。

3.1.2 优越的防返吐和防砂特性

砂粒在裂缝中具有一定的粘结作用，形成整体型过滤层，可以承受周期性的开停井而引起的裂缝交替生产压差，既可以有效防止支撑剂返吐，又有良好的防砂功效。为此，疏水性砂不但可作为增产压裂也可作为防砂压裂使用，减少或消除地层出砂，减少产出流体对地面生产管道设备的磨蚀，提高安全性。

选择性支撑剂单体破碎后，微粒被完整地包在膜内不迁移，保持裂缝已形成的导流能力，提高压裂有效期。 常规支撑剂破碎后，破碎的细小颗粒迁移到孔隙处，大大的降低了孔隙的渗透能力。

3.1.4 较好的控水稳油能力

由于界面具有较强的疏水作用，紧密排列后形成的毛细孔隙产生强大的疏水、阻水作用，可以起到优良的控水稳油效果。

左侧煤油顺利通过的杯子中部的支撑剂，沉到了杯子的低部。右侧的清水无法通过支撑剂，则留在支撑剂的上方。

3.1.5 独特的防嵌入能力

基于接触应力的降低，疏水砂外壳的柔韧特性可以消除或降低支撑剂嵌入程度，保证裂缝的导流能力，提高压裂有效期。

如图4所示，颗粒接触点的应力降低，常规支撑剂以点状接触，接触面的直径小于颗粒直径10% 。选择性支撑剂颗粒接触面的直径是颗粒直径的25-40%。

3.1.6 较强的化学惰性

耐酸、碱、盐，可适用于任何高温油层等。

3.2 选择性支撑剂的性能指标

3.2.1 具有密度低、破碎率低、酸溶解度低的性能

3.2.2 具有高闭合压力下高渗透率、高导流能力的特点

在低闭合应力下，选择性支撑剂的渗透率和导流能力比陶粒略低一些，但在高闭合应力下，二者相差不大。

3.2.3 对水的流动阻力是油的3倍，阻水效果明显

大庆采油工艺研究院对疏水砂进行室内试验评价，采用的试验方法：分别用水和煤油作介质，进行不同闭合压力选择性压裂砂的渗透率和短期导流能力试验。

实验结果见下表2，对水的渗透率为油的渗透率的三分之一，对水的流动阻力是油的三倍，阻水效果明显。

4 现场应用效果分析

2010年首次在腰英台油田使用选择性压裂砂，2008年全面推广使用选择性压裂砂作为支撑剂。2007年使用选择性压裂砂共67井次，占压裂井次的40.6%，施工成功率达91%，有效率96%，较中陶高8.5%，取得了较好的效果。

该项技术自2007年以来开展的170多井次的试验表明，与常规压裂支撑剂相比，具有提高压裂加砂能力，降低油井压后高含水、提高压后产能的效果。腰英台油田的160多井次统计表明，较好的解决了裂缝性储层的有效加砂。平均砂比提高了6.5百分点。施工成功率提高了8.5%，压后三个月内单井增油15%以上，平均含水下降了3.6%。

5 结论

（1）选择性支撑剂通过改变表面张力和油水润湿性，实现了对油水流动能力的选择，达到了渗油阻水的双重作用，具有较好的油水渗透选择性。

（2）选择性支撑剂具有较低的破碎率和较好的抗压耐酸性能。

（3）选择性支撑剂现场使用增产效果明显。

参考文献

[1] 吉德利J L.水力压裂技术新发展[M].北京：石油工业出版社，1995.

作业简介：李增青（1977.04-），男 工程师，长期从事井下作业和压裂技术工作。