压裂液对储层伤害机理及室内评价分析

【摘要】在压裂施工过程中，压裂液起着传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝的作用，压裂液或其添加剂由于与地层不配伍，或者在施工过程中都可能会造成对油气层的伤害。压裂液对产层的伤害程度决定了压裂施工效果的成败，因此最大程度的降低压裂液对储层的伤害在压裂作业过程中至关重要。

【关键词】压裂液 岩心伤害率 渗透率

随着油气勘探开发的不断进行，低渗透油气储量所占的比例不断增大，低渗透油气田将是相当长一段时间内增储上产的主要资源。低渗透油藏的自然产能较低，一般不能满足工业油流标准，必须进行压裂改造才能够进行有效的工业开发，因此，压裂是低渗透油气田开发的关键技术和基本手段。在压裂施工过程中，压裂液起着传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝的作用，压裂液或其添加剂由于与地层不配伍，或者在施工过程中都可能会造成对油气层的伤害。压裂液对产层的伤害程度决定了压裂施工效果的成败，因此最大程度的降低压裂液对储层的伤害在压裂作业过程中至关重要。

1 伤害机理

压裂液的滤失系数，粘温关系、抗剪切能力，携砂能力和对岩心的伤害程度等都可以作为评价压裂液性能的指标，其中压裂液对岩心伤害程度是影响压裂施工成功后增产效果大小的一个重要因素。

压裂液滤液侵入岩心，引起粘土膨胀或运移，使孔隙半径变小，当渗透率较低时，储层本身孔隙半径小，毛管力影响较大，使渗透率大幅度降低，随着渗透率增大，由于孔隙半径较大，滤液的毛管力影响就较弱了，所以渗透率伤害幅度减小。压裂液对储层基质的损害用岩心渗透率的变化来表征。岩心伤害率综合反映流经岩心后压裂液滤液渗透率的变化，岩心伤害率越大，表明压裂液对地层的伤害越严重。

2 压裂液滤液对天然岩心的伤害试验

岩心渗透率测试方法：岩心流动试验是研究压裂液损害的基本方法，是指通过岩心渗透率变化规律评价压裂液损害室内试验方法，通过正反向流动试验，用天然岩心进行压裂液破胶液对岩心基质渗透率损害率的测定。本试验对胍胶配方压裂液的岩心伤害进行了评价。参考标准《SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法》。

同一压裂液在不同试验条件下可以有不同的伤害率，因此对比各种压裂液的伤害程度，必须有统一的试验条件，采用具有相同矿物组成、孔隙度和渗透率的标准岩心。

2.1 流动介质：模拟地层水 2.2 岩心准备

根据区块选择相应压裂井中储层段岩心，按照标准《SY/T5336-1996》进行岩样准备。计算出岩心孔隙体积、岩心体积、岩心孔隙度。

2.3 压裂液滤液准备

按照一定配方配置压裂液冻胶液，并按配方加入一定量破胶剂。将试样装入高温高压动态滤失仪，在一定温度、压力下，接收滤液。2.4 该配方压裂液抗剪切性能图

图1？胍胶压裂液流变性图

2.5 实验过程

（1）损害前渗透率测定：使流动介质从岩心夹持器正向端挤入岩心进行驱替，直至流量及压差稳定，稳定时间不少于60min。根据流量、压差计算岩心伤害前渗透率K1；

（2）损害过程：待流量及压差稳定，进行岩心损害过程，将流动介质换成压裂液滤液，使滤液从岩心夹持器的正向端入口进入岩心，当滤液开始流出时，记录时间，测定时间为36min，挤完后，关闭夹持器两端阀门，使滤液在岩心中停留2h；

（3）损害后渗透率测定：待岩心经过滤液损害，将流动介质按照损害前方法进行试验，计算岩心伤害后渗透率K2。

2.6 实验结果（表1）3 实验结果分析

试验结果表明：胍胶体系流变性能较好，可以满足压裂造缝要求，具有良好的剪切稳定性。该体系配方伤害率较低，四块岩心平均伤害率为22.45%，恢复率为77.55%，伤害较小，满足压裂施工要求。

在实验结束后取出岩心，在实验岩心入口端面上可观察到一层压裂液滤饼，这层滤饼将使岩心的流动能力大大降低。因此在实验过程中保证压裂液彻底破胶是实验的关键因素。破胶好可降低岩心伤害程度，但同时也可观察到，即使液体完全破胶，岩心入口端面上的压裂液滤饼还是存在，说明胍胶压裂液破胶后粘度虽然大大降低，但基液的高分子结构仍未完全破坏，大分子结构的分子不能通过岩石孔道，从而造成孔道堵塞。所以对于高分子结构分子，如不使其分子结构断开，将会造成岩心的严重伤害。

4 结论

4.1 压裂液滤液引起地层内粘土矿物膨胀和颗粒运移

储层中含有一定量的泥质成份，表现为强水敏或弱水敏。因而，压裂液滤失到地层就会使粘土矿物水化膨胀和颗粒运移，堵塞储层渗流通道，造成储层二次伤害，从而影响措施效果，甚至造成油井减产。

4.2 压裂液中的残渣堵塞岩石孔隙、喉道，降低了裂缝导流能力

室内试验和现场数据表明，压裂液残渣对裂缝导流能力有很大的伤害，并且随着压裂液中残渣含量增加，导流能力的伤害随之增加。压裂液中残渣与高分子结构的分子一起形成滤饼或随滤液进入地层孔隙造成堵塞，造成支撑裂缝的污染。

4.3 压裂液与地层内流体不配伍发生乳化或沉淀

压裂液中的流体与地层原油或水发生乳化或化学反应，其乳化生成有效渗透率下降，或反应生成的沉淀堵塞储层渗流通道，引起储层渗流能力的下降，最终造成储层二层伤害。

4.4 压裂液进入地层孔隙内，增加储集层毛管力形成“孔喉水锁”

在压裂施工过程中，裂缝内的压力远远高于地层孔隙压力，这就在裂缝与地层微孔隙之间形成较大的渗流压差，使得压裂液进入地层微孔隙。这会增加储层毛管力，使贾敏效应成倍增加，形成孔喉水锁，在原有的渗流压差之下地层流体无法流出孔喉，造成储层二次污染。

4.5 压裂液进入地层造成地层润湿反转

压裂液的侵入在改变地层的润湿性，使油相渗透率大幅降低的同时也会使井筒周围的温度降低，原油中的蜡及胶质、沥青质等析出，形成有机堵塞。

参考文献

[1] 胡忠前，马喜平，何川，等.国外低伤害压裂液体系研究新进展[ J].海洋石油，2007，27（3）：93-98