王安培，蘇君慧，張文豪

張梅靜，劉永花

（中石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng)457001）

壓裂是提高增產(chǎn)效果的主要措施之一。目前常用的水基壓裂液增稠劑為天然植物膠及其衍生物，其中應(yīng)用的瓜爾膠由于良好的抗剪切性、熱穩(wěn)定性，在國(guó)內(nèi)外使用普遍。但植物膠壓裂液體系添加劑種類繁多配液程序復(fù)雜，且水不溶物較多［1－2］，對(duì)地層和裂縫傷害較大，影響壓后增產(chǎn)效果。另外，原料瓜膠依賴進(jìn)口，近年來(lái)原料價(jià)格上漲波動(dòng)，大大影響了水基壓裂液施工成本。因此，研發(fā)一種低傷害、低成本的低分子量聚合物壓裂液體系勢(shì)在必行。下面，筆者針對(duì)中原油田高溫、低滲儲(chǔ)層的特點(diǎn)，對(duì)新型低分子量聚合物壓裂液體系進(jìn)行了研究。

1 低分子聚合物壓裂液配方研究

1.1 增稠劑

增稠劑PAF經(jīng)特殊工藝合成，引入抗鹽單體和大分子疏水單體，是一種分子量比羥丙基胍膠（HPGF）小25～30倍的低分子聚合物。室內(nèi)將不同濃度的增稠劑溶液在170s－1剪切速率下進(jìn)行黏度測(cè)定（見(jiàn)圖1）。結(jié)果表明，選用濃度為0.4%～0.6%的增稠劑水溶液，其表觀黏度在50～80mPa·s之間，能夠滿足高溫儲(chǔ)層壓裂液基液黏度要求［3］。

圖1 增稠劑濃度與基液黏度的關(guān)系

1.2 交聯(lián)劑

增稠劑PAF的水溶液可以與許多兩性金屬鹽類交聯(lián)形成凍膠。使用0.6%JL－3、0.6%OB－10、0.6%SCL－2加入基液進(jìn)行交聯(lián)形成凍膠，使用RS6000儀器分別測(cè)定其耐溫抗剪切性能 （見(jiàn)圖2）。結(jié)果表明，在120℃、剪切速率170s－1下剪切2h后，加入JL－3交聯(lián)劑的壓裂液黏度仍保持在200mPa·s以上，比其他2種交聯(lián)劑具有更好的耐溫抗剪切性能，能夠滿足中原油田高溫儲(chǔ)層壓裂施工要求［4］。

圖2 不同交聯(lián)劑類型壓裂液的抗剪切曲線圖

1.3 助排劑

室內(nèi)測(cè)得0.25%不同類型助排劑的表面張力和界面張力，結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，助排劑ZP3的表面張力和界面張力最低，說(shuō)明其表面活性較高，能有效緩解低滲儲(chǔ)層水鎖效應(yīng)［5］，有利于壓裂液返排，從而減少壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

表1 不同類型助排劑的表界面張力

1.4 粘土穩(wěn)定劑

按照文獻(xiàn) ［6］的方法在室內(nèi)對(duì)粘土穩(wěn)定劑NW3進(jìn)行了膨潤(rùn)土防膨試驗(yàn) （見(jiàn)圖3）。結(jié)果表明，當(dāng)濃度在0.8%以上時(shí)，黏度穩(wěn)定劑NW3的防膨率達(dá)到85%以上，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

1.5 低分子聚合物壓裂液配方的確定

通過(guò)上述研究，確定該低分子聚合物壓裂液體系的配方為 （0.4%～0.6%）增稠劑PAF＋ （0.3%～0.6%）交聯(lián)劑JL3＋ （0.5%～1.0%）助排劑ZP3＋ （0.8%～1.0%）粘土穩(wěn)定劑NW3。

2 壓裂液體系綜合性能評(píng)價(jià)

2.1 耐溫抗剪切性能

根據(jù)中原油田的具體儲(chǔ)層溫度情況，室內(nèi)評(píng)價(jià)了上述配方的低分子聚合物壓裂液體系在140℃下的流變性能。采用RS－6000流變儀對(duì)該聚合物壓裂液進(jìn)行耐溫抗剪切性能測(cè)試試驗(yàn) （見(jiàn)圖4）。結(jié)果表明，該配方壓裂液體系在剪切速率170s－1下剪切90min后黏度仍保持在125.6mPa·s，說(shuō)明其具有較好的耐溫抗剪切性能，可以滿足不同儲(chǔ)層條件下壓裂施工要求。

圖3 粘土穩(wěn)定劑NW3在不同濃度下的防膨率

圖4 低分子聚合物壓裂液耐溫抗剪切性能

2.2 破膠性能

采用不同濃度的強(qiáng)氧化破膠劑過(guò)硫酸銨對(duì)低分子聚合物壓裂液進(jìn)行了低溫（80℃）破膠試驗(yàn)（見(jiàn)表2）。結(jié)果表明，破膠劑濃度0.006%時(shí)凍膠4h徹底破膠，黏度降到3.76mPa·s；破膠劑濃度0.02%時(shí)凍膠2h徹底破膠，黏度降到2.80mPa·s，說(shuō)明使用該壓裂液后容易破膠且破膠徹底，從而更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)施工壓裂液返排要求。

表2 低分子聚合物壓裂液破膠試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.3 對(duì)巖心的傷害情況

根據(jù)文獻(xiàn) ［7］進(jìn)行巖心傷害試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，低分子聚合物壓裂液對(duì)巖心的平均傷害率為14.08%，較常規(guī)壓裂液傷害率低［8］，表明利用上述配方的低分子聚合物壓裂液能夠更有效地減少對(duì)儲(chǔ)層的損害。

表3 壓裂液對(duì)巖心傷害試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.4 配伍性

依據(jù)文獻(xiàn) ［7］的試驗(yàn)方法，將中原油田地層流體與上述配方的低分子聚合物壓裂液分別按3∶1、3∶2、1∶1的體積比混合，放置一定時(shí)間后混合液均無(wú)沉淀生成，表明上述配方的低分子聚合物壓裂液與該地區(qū)地層流體配伍性良好。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

依據(jù)室內(nèi)研究成果，應(yīng)用上述配方的低分子聚合物壓裂液體系在中原油田采油三廠采用了油管注入合壓的方式施工了5井次，工藝參數(shù)如下：平均排量為4.2m3／min，施工破裂壓力最高為67.5MPa，總加砂量111.56m3，平均砂比19.36%。前置液采用粉陶和降濾失劑降低濾失，壓裂井段2698.3～3106.1m，共37層79.1m。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，施工5井次后累計(jì)增油3740t。