试析透油阻水支撑剂在近水层油层压裂中的应用

【摘要】若压裂油层附近存在水层，传统缝高控制措施为通过变排量或降低施工规模等，规避施工中水淹事故的发生及阻止裂缝沟通水层。该处理措施存在如下局限性，即水层与油层间距缩短至一定范围，缝高控制措施将无法发挥其应有的作用。所以，将新型透油阻水支撑剂用于控制水层压穿后油井出水程度，研究结果表明，该技术有助于压后控水增油目标的实现。

【关键词】近水层 油层压裂 透油阻水 支撑剂

1 作用机理

如图所示，以Barthlott等人提出的“荷叶效应”为依据，借助“蛋壳原理”，将一种特殊高分子材质的包覆膜安装于支撑剂颗粒表面。

高分子材质包覆膜支撑剂将被压裂液运输至压裂裂缝压裂裂缝闭合地层压力挤压高分子包覆膜材料材料颗粒间毛细管形成。因高分子包覆膜材料存在非极性，经高温处理，该材料将极其亲油疏水。若水相与油相经过毛细管，油相快速将毛细管壁浸润，且毛细管内液面呈现凹形，弯曲液面出现附加压力并指向毛细管，其作用表现为促进油相经过高分子包覆膜材料生成毛细管。但是，水相不会对高分子包覆膜材料毛细管产生浸润作用，原因是水相于毛细管液面呈凹形，且弯曲液面将生成附加压力背离毛细管，其将对水相经过毛细管造成阻碍，所以，透油阻水支撑剂将有助于油相透过并发挥阻止水相经过的作用。

为了更加直观地验证透油阻水支撑剂阻水效果及透油效果，试验如下：将筛网分别置入两个杯子中部，并将一定量的透油阻水支撑剂铺置于筛网上，再将等量清水及煤油倒入杯中。实验结果为：煤油经过透油阻水支撑剂顺利流入杯底，但大部分清水均被截留于透油阻水支撑剂上部，而无法顺利流向杯底。综上，透油阻水支撑剂具备不透水、透油的特性。

2 性能评价

2.1 支撑剂承压能力

准备好粒径相等的透油阻水支撑剂，并通过破碎率试验，对比透油阻水支撑剂与普通常规陶粒。52MPa条件下，透油阻水支撑剂破碎率保持在1.27%，该数据小于1/2常规陶粒（3.21%），且相对于行业标准破碎率应该小于5%的规定，透油阻水支撑剂破碎率很低。上述实验结果出现的原因在于，透油阻水支撑剂外壳包覆膜由一种特殊高分子材料组成，其耐酸性及韧性等特性极佳。若将透油阻水支撑剂置于一定压力挤压条件下，透油阻水支撑剂颗粒间接触面均为25%-40%颗粒直径，相对于透油阻水支撑剂，常规陶粒接触往往以点的形式呈现出来，且接触面不超过10%颗粒直径。所以，透油阻水支撑剂因颗粒间接触面较大，能够承受更高的压力而不易破碎。

2.2 支撑剂导流能力

为了试验透油阻水支撑剂导流能力，现进行一定试验对其阐述。

实验条件包括：粒径为20粒常规陶粒和40粒透油阻水支撑剂、操作方法及测试仪均符合API标准裂缝导流能力。

如下图所示，对比分析室温条件及不同流体介质条件下透油阻水支撑剂驱替压力。

由上图可得，同一闭合压力条件下，蒸馏水所需驱替压力远高于煤油所需驱替压力，即煤油通过透油阻水支撑剂充填层的可能性远大于蒸馏水通过透油阻水支撑剂充填层的可能性。特别需要强调的一点是，高闭合压力条件下，煤油所需驱替压力与蒸馏水所需驱替压力间的差异将更加显著，研究结果表明，在高闭合压力状态下，蒸馏水所需驱替压力等效于2-3倍煤油所需驱替压力，原因在于高闭合压力条件下，透油阻水支撑剂充填层空隙相对更小，从而导致蒸馏水透过透油阻水支撑剂阻水包覆膜间空隙的难度系数将大大增加。

下图为室温条件及蒸馏水条件下，透油阻水支撑剂及常规陶粒导流能力对比图。

由图可得，在各个闭合压力条件下，常规陶粒导流能力值均比透油阻水支撑剂高，即蒸馏水经过常规陶粒充填层的难度系数更低。

下图为在室温条件及不同流体介质条件下，透油阻水支撑剂导流能力对比图。

由图4可得，相对于蒸馏水条件下，在煤油条件下，透油阻水支撑剂导流能力值更大，原因在于透油阻水支撑剂的阻水作用及透水作用致使煤油经过透油阻水支撑剂充填层比蒸馏水相经过透油阻水支撑剂充填层更加容易，并最终导致煤油导流能力大于蒸馏水导流能力值。

3 现场应用

W3330-13井20号油层（1537-1540 1546-1548m）射开下泵投产，W井初期产液量为1.2t/d、初期产油量为0.2t/d、含水量为83.8%。20号上部16.6m位置15号及16号即水层。为了彻底改善W 3330-13井产油量，实行压裂措施，即利用透油阻水支撑剂对压后油井出水程度加以控制。W3330-13井施工排量为2.5-3.0m3/min，添加12m3透油阻水支撑剂。W3330-13井压后初期含水率小于10%，添加透油阻水支撑剂至今累计投产十六个月。现阶段，W3330-13井含水率平均保持在20%。由此可得，透油阻水支撑剂应用效果达到了与其目的，即W3330-13井增油控水目标得以实现。

4 总结

随着国际能源危机的加深及我国经济社会的发展，能源问题成为了我国社会广泛关注的话题之一。为了实现石油产油效率的提高，透油阻水支撑剂的应用越来越普遍，且研究结果及实践证明，透油阻水支撑剂应用于近水层油层压裂具备实际价值，值得大力推广。本案中对透油阻水支撑剂的阐述可简单归纳为以下三点：

（1）相对于常规陶粒，透油阻水支撑剂具备不易破碎、强度等特征；

（2）文章中提及的导流能力试验结果显示，油水流过的情况下，透油阻水支撑剂能够发挥阻挡水相的作用，且不会对油相流动造成任何阻碍；

（3）透油阻水支撑剂应用于W3330-13井结果表明，透油阻水支撑剂在降低及控制近水层压裂方面具备增油控水的作用。

参考文献

[1] 刘红磊.选择性支撑剂性能评价及在低渗透裂缝性油藏的应用[J].油气藏评价与开发，2011，01（1）：55-60