泡沫壓裂液常用起泡劑研究綜述

袁輝 馬喜平 代磊陽 侯代勇 肖繼斌

（西南石油大學化學化工學院，四川成都 610500）

泡沫壓裂液常用起泡劑研究綜述

袁輝 馬喜平 代磊陽 侯代勇 肖繼斌

（西南石油大學化學化工學院，四川成都 610500）

本文主要介紹泡沫壓裂液中起泡劑、穩(wěn)泡劑的實驗室評價及實驗室配方。對滿足常見地層要求的泡沫壓裂液配方進行了總結。介紹幾種特殊地層條件下泡沫壓裂液的設計思路及研究方向。

泡沫壓裂液；起泡劑；穩(wěn)泡劑；實驗室評價；現(xiàn)場使用；特殊地層

泡沫壓裂工藝是油田增產以及完井投產的重要而有效的措施，具有對地層傷害小、濾失低、返排迅速及攜砂能力強等優(yōu)點。泡沫壓裂液所用的起泡體系要求起泡劑具有較長的半衰期和泡沫穩(wěn)定，對于一些特殊地層，也對起泡體系有跟高的要求，如抗油性、耐高溫等。

1 泡沫壓裂液的發(fā)展

泡沫壓裂液是一個大量氣體分散于少量液體中的均勻分散體系，由氣相、液相、表面活性劑和其他化學添加劑組成。隨著對泡沫壓裂液機理和壓裂設計理論研究的不斷深入，泡沫裂液經歷了用水、鹽水作為基液；氮氣和起泡劑進行配制，加入泡沫的穩(wěn)定劑；加入延遲交聯(lián)凝膠作泡沫穩(wěn)定劑三個發(fā)展階段。

1.1 常用起泡劑

常用的起泡劑為表明活性劑?？煞譃椋宏庪x子起泡劑、陽離子起泡劑、兩性離子起泡劑、非離子起泡劑。

綜合來看，陰離子起泡劑的泡沫性能較好、用量少，適用于水基壓裂液，可作為起泡劑的主劑。陰離子起泡劑泡沫的半衰期（即穩(wěn)泡性）不如陽離子和非離子起泡劑。為進一步提高陰離子起泡劑的起泡性能，以陰離子表面活性劑為主劑與陽離子表面活性劑進行復配，當陽離子碳鏈長度為16時，效果最佳。

1.2 常用穩(wěn)泡劑

泡沫穩(wěn)定劑多為高分子化合物，按作用機理可分為兩類。第一類是增粘劑穩(wěn)定劑，第二類主要作用是提高氣泡薄膜的質量，增加薄膜的粘彈性。

通過大量實驗［1］可以發(fā)現(xiàn)起泡性較好的表面活性劑一般同時具有較好的穩(wěn)泡性，常用的穩(wěn)泡劑為聚合物，如HPAM、PAM、HXYP等。

2 實驗室起泡劑體系配方

單一表面活性劑往往很難滿足地層的各種技術指標。將具有優(yōu)良起泡性能的表面活性劑復配后可以得出具有增泡效應的體系，如將SDS、AES、ABS、OP-10、SO兩兩進行復配，體系的起泡效果明顯優(yōu)于單一表面活性劑，是實驗室常見的壓裂液起泡體系。

針對不同儲層特點和壓裂施工要求，研究開發(fā)了多種適用不同條件的CO2泡沫壓裂液配方體系。

2.1 適合低溫儲層的中性CO2泡沫壓裂液

基液：0.4%-0.5%改性瓜爾膠+1%-2%粘土穩(wěn)定劑+0.2%-0.3%助排劑。交聯(lián)液：0.5%硼酸鹽+FL-36起泡劑+破膠劑。交聯(lián)比：100：5。CO2泡沫質量：40%-60%。溶液基液粘度為40-50MPa.s，pH值為7.0，二氧化碳混入后泡沫壓裂液pH值降為弱酸性，5.0-6.0。

2.2 適合中溫儲層的弱堿性CO2泡沫壓裂液

基液：0.4%-0.5%改性瓜爾膠+1%-2%粘土穩(wěn)定劑+0.2%-0.3%助排劑+pH調節(jié)劑。交聯(lián)液：0.5%硼酸鹽+起泡劑+破膠劑。交聯(lián)比：100：5。CO2泡沫質量：40%-60%。溶液基液粘度為40-50MPa.s，pH值為8.0，二氧化碳混入后泡沫壓裂液pH值降為弱酸性，6.0-7.0。

2.3 適合高溫儲層的CO2泡沫壓裂液

基液：0.65%-0.75%改性瓜爾膠+1.0%FL-36起泡劑+ 0.05%SQ-8殺菌劑+1.0%KCL粘土穩(wěn)定劑+0.3%DL-10助排劑。交聯(lián)液：AC-8酸性交聯(lián)劑+過硫酸銨破膠劑。交聯(lián)比：基液：交聯(lián)液=100：1.2-100：1.8。溶液基液粘度為90-110MPa.s，pH值為7.0，二氧化碳混入后泡沫壓裂液pH值降為弱酸性，3.0-4.0。

3 泡沫壓裂液應用配方實例

3.1 低壓低滲水敏性地層

針對低壓、低滲、水敏性地層的壓裂改造，減少壓裂液對底層的傷害是壓裂工程的重要技術指標。CO2泡沫壓裂液具有對地層傷害小、返排率高、油溶性好、低濾失等優(yōu)點。近幾年，關于低壓低滲水敏性地層泡沫壓裂的研究取得了很多成果。

3.2 低溫高蠟量低能量地層

針對低溫高蠟量地層，蠟的析出對儲層造成嚴重的傷害，自生熱增壓類泡沫壓裂液是一種新型酸性壓裂液，同時具有水基壓裂液和泡沫壓裂液的優(yōu)點，為低溫高蠟量地層壓裂提供了解決思路。

研究發(fā)現(xiàn)，自生熱增壓類泡沫壓裂液的基本配方為：1）基液清水+0.03%pH調節(jié)劑+生熱劑+0.48%胍膠+0.5%黏土穩(wěn)定劑+ 0.3%殺菌劑+0.5%助排劑。2）酸性液清水：AFC：B10=2：1，pH值為2-3，催化劑加量濃度為1.7%-3.3%。采用自生熱增壓類泡沫壓裂液進行加砂壓裂儲層改造取得了較好的效果。

3.3 高溫高礦化度地層

針對高溫（90℃-110℃）和高礦化度（100000mg/L）的地層特點，通過實驗室研究篩選出能適用于高溫高礦化度井的新起泡劑COM［2］及0.6%（質量分數(shù)）的FP-12。

現(xiàn)場應用方面，通過優(yōu)化得到適合80℃至120℃的CO2壓裂液的典型配方基液：羥丙基瓜爾膠+起泡劑+殺菌劑+黏土穩(wěn)定劑+助排劑。交聯(lián)液：酸性交聯(lián)劑+破膠劑。要求基液黏度為100-110 MPa.s，pH值為7.0，CO2混入后泡沫壓裂液pH值降為3.0-4.0。

此外，針對高溫高壓低滲地層，篩選出了工作液配方：活性水：2%粘土穩(wěn)定劑（KCl）+0.5%破乳劑（SP169）+0.1%殺菌劑（1227）+清水。在活性水中伴注CO2，形成泡沫。壓裂液凍膠配方：支撐劑：0.09-0.224 mm粉陶（國產陶粒），0.45-0.9mm中陶（高溫度Carbo陶粒）（要求在69 MPa下破碎率低于8%）。CO2壓裂取得了較好的施工效果，有效的改善了地層條件，提高了產量。

4 特殊地層泡沫壓裂液的應用與發(fā)展

4.1 新型類泡沫壓裂液

對于低壓低滲油氣藏，由于泡沫壓裂液本身的弱點，限制其大規(guī)模應用。針對這一現(xiàn)狀提出了類泡沫壓裂液的研究思路。在地面上時，它是一種純液體的壓裂液；到了地下，它逐漸自動發(fā)泡而變成類似“泡沫壓裂液”的混合物，具有與泡沫壓裂液類似的優(yōu)良性能。已有學者提出類泡沫壓裂液的組成。

4.1.1 基液：2%KCl+4.9%QA（生熱劑）+6.3%QB（生熱劑）+ 0.45%-55%羥丙基胍膠+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.3%殺菌劑+0.5%助排劑?；吼ざ?9-35 MPa.s。酸性液：8%緩蝕劑+8%HC21（pH調節(jié)催化劑）。

4.1.2 基液：0.20%-0.45%APD-1（水溶性疏水締合聚合物）+3%-8%NH4Cl+2.5%-6.5%NaNO2，其余為水。結構增強液（引發(fā)液）：20%-40%GT-60（表面活性劑）+20%有機溶劑+ 10%-30%GTO（產熱催化劑），其余為水。V基液：V結構增強液=10∶1。施工中泵入0.05%-0.15%過硫酸鹽破膠劑。

4.1.3 基液：0.3%-0.4%羧甲基經丙基胍膠+l.5%-2.0%KCL+（4.9%+6.3%）生氣生熱（SPA+SPR）+0.3%-0.5%膠聯(lián)劑CLA+0%-0.6%延遲膠聯(lián)劑CLS-B+0.5%粘土穩(wěn)定劑WD-5+0.5%助排劑WD-12+0.02%-0.06%破膠劑YB+0.01%-0.02%殺菌劑SYJ。酸性液：0.5%緩蝕劑EX3-6+0.4%pH調節(jié)劑HC

這種低傷害新型類泡沫壓裂液技術指標優(yōu)良，成本較低，為中淺層氣藏低壓氣井壓裂改造提供了技術支持，具有廣闊的研究前景。

4.2 非常規(guī)發(fā)泡技術

非常規(guī)發(fā)泡壓裂液一種既能增加黏度，又能保持液態(tài)二氧化碳非破壞性的新型壓裂液。通過使用一種液態(tài)/超臨界CO2可溶性泡沫，在液態(tài)CO2中形成氮氣泡沫，保持壓裂液的穩(wěn)定性，其不留殘余物質比上述CO2/N2系統(tǒng)使用的CO2要少得多。該壓裂液使用的是一種不損壞地層的可溶性CO2起泡劑，可以釋放在大氣中而不會污染環(huán)境，具有深遠的研究意義。

這種非常規(guī)泡沫CO2可溶性穩(wěn)定劑是甲氧基非氟代丁烷，即一種氫氟代乙烷（C4F9OCH3）。它是一種純凈的無色無味的壓裂液，具有零臭氧消耗潛力、超低的升溫潛力和在大氣中的短半衰期。具有較好的熱穩(wěn)定性好，對環(huán)境污染減小，毒性低的優(yōu)點。處理的典型對象是干氣井。

4.3 新型抗凝析油起泡劑

近幾年來，隨著油氣井的勘探開發(fā)，含凝析油氣田日益增多。目前，研究發(fā)現(xiàn)具有較好抗油性的表面活性劑可以分為以下幾類：超臨界CO2泡沫、氟碳表面活性劑系列、兩性表面活性劑AO系列、α-烯烴磺酸鹽（AOS）以及各種復配系列等。

研究表明FS-500氟碳表面活性劑和AOS表面活性劑］都顯出較好的耐油穩(wěn)定性，F(xiàn)S-500效果更佳，具有較好的穩(wěn)泡能力。

5 結語

本文歸納了適合低溫、中溫、高溫儲層溫度下的CO2泡沫壓裂液的典型配方，及一些特殊低層泡沫壓裂液的配方。另外總結了一些新型起泡思路，從泡沫類型、發(fā)泡技術等方面進行革新，不僅滿足了特殊地層的施工需要，更為泡沫壓裂液的研究開辟了新的方向。

［1］劉常旭，鐘顯，楊旭等.表面活性劑發(fā)泡體系的實驗室研究.精細石油化工進展.2007.1.

袁輝，女，西南石油大學在讀研究生，主要從事鉆井液完井液方向的研究.