水平井新型壓裂液體系研究

龍華（中油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 遼寧 盤錦 124010）

隨著油氣勘探開發(fā)不斷進行，我國陸上大部分主力油田都進入中后期開發(fā)階段，為了實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)，新探區(qū)塊中低滲透油氣藏所占比例不斷增加，低滲透油氣儲量將是今后相當長一段時間內(nèi)增儲上產(chǎn)的主要資源基礎(chǔ)。為了實現(xiàn)低滲透油田的產(chǎn)能，采用水平井開發(fā)和壓裂改造是實現(xiàn)低滲透油氣藏經(jīng)濟開發(fā)的有效手段。壓裂液是壓裂技術(shù)的重要組成部分，起著傳遞壓力、形成地層裂縫、攜帶支撐劑進入裂縫的作用。國內(nèi)外常用的壓裂液體系有水基壓裂液、泡沫壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液等，但目前使用壓裂液抗剪切的能力并不理想，隨著時間的推移，壓裂液的粘度因剪切而變小，容易造成在壓裂過程中脫砂，直接影響壓裂改造效果。開發(fā)優(yōu)質(zhì)壓裂液是國內(nèi)外研究人員一直致力研究的問題，新型壓裂液體系不斷出現(xiàn)，本文通過對壓裂液增稠劑的溶解性、降解性和耐溫性等方面的研究，研制出高取代度的羥丙基胍膠JK-5作為基液的新型壓裂液體系，該體系具有抗高剪切、抗高溫性能，能夠滿足水平井壓裂改造的需要。

一、稠化劑JK-5性能研究

1.溶解性能

稠化劑性能好壞，直接影響到壓裂的效果，是檢驗壓裂液性能的主要參數(shù)。目前在壓裂液中經(jīng)常使用的是羥丙基瓜膠（HPG），在溶解過程中仍含有較多的不溶性殘渣，易造成支撐裂縫堵塞。通過對胍膠進行改性，研制出一種新型稠化劑JK-5，在相同實驗條件下與HPG在含水率、表觀粘度和水不溶物進行比較。結(jié)果表明，在相同濃度條件下，0.4%的JK-5和0.6%的HPG含水率基本一致，但JK-5的表觀黏度比HPG高25Mpa·s，水不溶物的含量僅是HPG的1/3，從而降低了壓裂液對地層的二次傷害。

2.降解性能

壓裂液在地層中由于濾失將造成稠化劑在裂縫中濃縮，促使稠化劑濃度過高，即使經(jīng)歷了相當長時間的破膠降解，壓裂液仍具有很高的粘度，稠化劑中原有的或降解過程中形成的不溶殘渣，會通過減少支撐劑充填層的有效孔隙空間來降低裂縫的導流能力，從而造成地層傷害。井底條件下實際殘渣量的多少，同使用的稠化劑類型有著密切關(guān)系。HPG一般僅含約2%～4%的不溶性殘渣，一般認為HPG對地層和支撐劑充填層的傷害較小。

評價實驗結(jié)果可以看出，JK-5的不溶性殘渣在0.03%～0.05%之間，因此，JK-5可以有效的減少有效孔隙空間的殘渣量來，降低對地層造成的傷害。

3.耐溫性能

使用相同交聯(lián)劑，在100℃、170-S的實驗條件下，選擇濃度分別為0.30%、0.45%、0.60%的JK-5進行粘溫對比實驗。結(jié)果表明，在實驗的前期，曲線的變化率較大，壓裂液粘度下降幅度較大，當剪切40分鐘后，粘度的變化率逐漸減小，最后基本達到定值。壓裂液基本不受剪切的影響，基本是一直線。在水平井壓裂中，100℃井溫，JK-5的使用濃度在0.45%左右為宜。

二、壓裂液體系配伍性研究

粘土穩(wěn)定劑、破乳助排劑、凍膠穩(wěn)定劑、pH值調(diào)節(jié)劑是壓裂液的重要添加劑，在壓裂液的配方中起著不同的作用，對不同類型的壓裂液和地層條件的影響也各不相同，因此需要進行配伍性研究，提高壓裂改造效果。

1.粘土穩(wěn)定劑的性能研究

目前常用的粘土穩(wěn)定性主要包括氯化鉀、氯化按、陽離子水溶性聚合物，如陽離子聚丙烯酰胺、聚季銨鹽類等。本文篩選了KCl、B ML-1、K S H-1，與JK-5進行配伍性研究。KCl膨脹率比較高，說明KCl有較強的粘土穩(wěn)定能力，KCl與JK-5的配伍性較好，這主要是因為在壓裂液中加入適量的無機鹽類，提高壓裂液的礦化度，有一定的抑制粘土水化膨脹的能力。因此，確定最佳粘土穩(wěn)定劑為KCl。

2.破乳助排劑的性能研究

破乳助排劑是影響施工返排效果的關(guān)鍵因素之一，特別是對于地層能量低、滲透性差的地層情況，工作液難于迅速完全地排出地層，就會造成粘土膨脹、乳化堵塞、毛細管吸滲水鎖及鈣、鐵、硅二次沉淀堵塞孔喉等地層傷害。

3.凍膠穩(wěn)定劑的篩選

壓裂液凍膠的熱穩(wěn)定性受pH值、離子強度和穩(wěn)定添加劑的影響。篩選了ZCY-1、BJ101和JK1008，在90℃、120℃的溫度條件下，凍膠穩(wěn)定劑的測試結(jié)果見表1、表2。

表1 溫度90℃時凍膠穩(wěn)定劑的變化情況

表2 溫度120℃時凍膠穩(wěn)定劑的變化情況

由表1、表2可以看出，隨著實驗溫度升高，加入穩(wěn)定劑溫度升高幅度減小，但破膠均徹底；在90℃與120℃，B J 101升高溫度效果最好，因此，確定BJ101為最佳穩(wěn)定劑。

結(jié)論

1.稠化劑JK-5水不溶物的含量是HPG的1/3，不溶性殘渣在0.03%～0.05%之間，可以有效的減少有效孔隙空間的殘渣量來，降低對地層造成的傷害。

2.以JK-5做稠化劑壓裂液體系，在同種交聯(lián)劑的作用下，同濃度的JK-5耐溫性能要好于HG P，JK-5的使用濃度在0.45%左右為宜，在剪切速率在170s-1時的凍膠持續(xù)時間能夠滿足水平井的施工要求。

3.通過配伍性實驗，終篩選出配伍性較好的添加劑，粘土穩(wěn)定劑KCl、破乳助排劑B J L-1、凍膠穩(wěn)定劑B J 101，有效的改善了壓裂液的性能，提高壓裂處理效果。