多元改性速溶胍膠壓裂液研究與應(yīng)用

劉立宏， 王娟娟， 高春華

(中國(guó)石化東北油氣分公司工程技術(shù)研究院，吉林長(zhǎng)春 130062)

多元改性速溶胍膠壓裂液研究與應(yīng)用

劉立宏， 王娟娟， 高春華

(中國(guó)石化東北油氣分公司工程技術(shù)研究院，吉林長(zhǎng)春 130062)

為克服傳統(tǒng)胍膠壓裂液溶脹速度慢、現(xiàn)場(chǎng)配制時(shí)間長(zhǎng)、破膠后殘?jiān)扛叩热秉c(diǎn)，研制了一種多元改性速溶胍膠壓裂液。在清水中加入一定量的羧甲基和羥丙基雙改性胍膠及殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑、交聯(lián)劑等處理劑，配制得到多元改性速溶胍膠壓裂液。室內(nèi)試驗(yàn)表明，該壓裂液溶脹速率快，1 min溶脹率已達(dá)到3 min溶脹率的94.7%,溶脹速度較羥丙基速溶胍膠壓裂液提高了18.75%；水不溶物含量極少，較羥丙基速溶胍膠壓裂液降低了88.46%;破膠后的殘?jiān)拷档统^(guò)71.0%，對(duì)支撐劑導(dǎo)流能力的傷害降低了62.0%，對(duì)巖心滲透率的傷害降低了53.8%，其綜合性能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)施工要求?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，多元速溶改性胍膠壓裂液能夠滿(mǎn)足大規(guī)模水平井壓裂施工的要求，并能為低滲透、特低滲透儲(chǔ)層的有效開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。

改性胍膠 多元 速溶 壓裂液

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)程度的不斷提高，常規(guī)油氣產(chǎn)量不斷下降，低滲透油氣田的開(kāi)發(fā)逐漸成為新熱點(diǎn)。目前探明未動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量中低滲透儲(chǔ)量所占比例高達(dá)60%以上，壓裂改造成為提高低滲透儲(chǔ)量動(dòng)用率的重要措施，其中水平井分段壓裂的改造方式是低滲透、特低滲透儲(chǔ)層提高單井產(chǎn)能的有效手段[1-5]。隨著水平井壓裂技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大規(guī)模、大排量壓裂施工對(duì)壓裂液的性能提出了更高的要求。目前國(guó)內(nèi)所應(yīng)用的胍膠壓裂液大多存在殘?jiān)扛?、溶脹速度慢等缺點(diǎn)，不但造成大規(guī)模壓裂的施工周期較長(zhǎng)，還嚴(yán)重影響了壓裂效果[6]。針對(duì)胍膠溶脹速度慢、壓裂液配制時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，銀本才等人[7]在普通胍膠中加入懸浮穩(wěn)定劑、醇類(lèi)助劑和表面活性劑類(lèi)膠體組成了相對(duì)穩(wěn)定的速溶胍膠；劉洪升等人[8]對(duì)胍膠進(jìn)行了化學(xué)改性，在其中的水不溶物和分子量較大的半乳甘露聚糖上引入新的化學(xué)基團(tuán)，增加其水合能力，合成了低殘?jiān)男噪夷z。但是，對(duì)于低殘?jiān)?、速溶多元改性的胍膠壓裂液，目前國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)報(bào)道。為此，筆者采用多元改性速溶胍膠研制了一種溶脹速度快、可滿(mǎn)足在線配液且低殘?jiān)?、低傷害的胍膠壓裂液，以期為大規(guī)模水平井壓裂施工及低滲透、特低滲透儲(chǔ)層的有效開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 多元改性速溶胍膠壓裂液的配制

稠化劑的性能決定了壓裂液的最終性能，因此，稠化劑是壓裂液中關(guān)鍵的處理劑。羧甲基羥丙基雙改性胍膠是一種新型改性胍膠稠化劑，具有水不溶物含量低、溶解速度快等優(yōu)點(diǎn)。采用該稠化劑配制壓裂液，有望克服傳統(tǒng)胍膠壓裂液存在的溶脹速度慢、現(xiàn)場(chǎng)配制時(shí)間長(zhǎng)、破膠后殘?jiān)扛叩热秉c(diǎn)。

1.1 處理劑及儀器

處理劑：羥丙基速溶胍膠(一級(jí)，北京寶豐春石油技術(shù)有限公司生產(chǎn))；多元改性速溶胍膠(中國(guó)石化東北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院自制,為使溶解速度更快、殘?jiān)扛?，多元改性速溶胍膠采用羧甲基和羥丙基雙取代制備)；交聯(lián)劑 GCY-01(中國(guó)石化東北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院自制)；氫氧化鈉，氯化鉀，分析純；黏土穩(wěn)定劑 AS-6；助排劑 DB-80。

儀器：德國(guó)Haake RS6000流變儀，測(cè)試溫度20～200 ℃；美國(guó)OFITE變頻高速攪拌器；青島膠南分析儀器廠生產(chǎn)的六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)；山東中石大石儀科技有限公司生產(chǎn)的導(dǎo)流能力測(cè)試儀；海安石油科研儀器有限公司生產(chǎn)的致密巖心孔滲聯(lián)測(cè)儀。

1.2 胍膠基液的制備

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》(SY/T 5107—2005)[9]，在OFITE攪拌器中加入1 000 mL蒸餾水，加入1 g殺菌劑，在1 500～2 000 r/min轉(zhuǎn)速下緩慢加入3.5～5.5 g多元改性速溶胍膠(或羥丙基速溶胍膠)，然后，將轉(zhuǎn)速調(diào)至(2 500±200)r/min攪拌5 min，再加入10 g黏土穩(wěn)定劑并繼續(xù)攪拌，攪拌均勻后倒入2 000 mL燒杯中，待用。

1.3 壓裂液凍膠的制備

參照文獻(xiàn)[9]，在250 mL燒杯中加入制備好的胍膠基液100 mL，用NaOH溶液將其pH值調(diào)至10～11，用移液管加入3～5 mL交聯(lián)劑 GCY-01，用玻璃棒不斷攪拌，直至形成可挑掛凍膠。

2 性能評(píng)價(jià)

參照文獻(xiàn)[9]，對(duì)多元改性速溶胍膠壓裂液的溶脹性、耐溫耐剪切性、降摩阻性、破膠性、殘?jiān)亢蛡π缘?方面進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)，考察該壓裂液的基本性能。

2.1 溶脹性

在OFITE攪拌器中加入1 000 mL蒸餾水，在1 500～2 000 r/min轉(zhuǎn)速下均勻、快速加入4 g多元改性速溶胍膠或羥丙基速溶胍膠，攪拌均勻后倒入燒杯中靜置。每隔一段時(shí)間測(cè)定一次溶液的黏度，直至黏度保持恒定。將某時(shí)間的黏度除以最終穩(wěn)定的黏度，所得數(shù)值即為該時(shí)間胍膠的溶脹率。溶脹率試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，多元改性速溶胍膠的溶脹速度快，1 min溶脹率已達(dá)到高3 min溶脹率的94.7%；該胍膠溶脹速度較羥丙基速溶胍膠提高了18.75%，不溶物含量較羥丙基速溶胍膠降低了88.46%。

2.2 耐溫耐剪切性

按照“1.2節(jié)”方法配制稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55%的多元改性速溶胍膠溶液，將該胍膠溶液用交聯(lián)劑 GCY-01 交聯(lián)，用Haake RS6000流變儀測(cè)量?jī)瞿z在155 ℃、170 s-1條件下的流變性能，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出,多元改性速溶胍膠壓裂液在升溫過(guò)程中逐漸交聯(lián)，黏度隨溫度升高逐漸上升，溫度達(dá)到設(shè)定的155 ℃時(shí),壓裂液黏度也達(dá)到最高;然后溫度恒定，黏度隨剪切時(shí)間增長(zhǎng)出現(xiàn)下降，但最終保持在一個(gè)相對(duì)較高的穩(wěn)定值。這說(shuō)明該壓裂液具有良好的交聯(lián)和耐溫耐剪切性能。

2.3 降摩阻性能

使用室內(nèi)管路摩阻測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)3種常用的壓裂液體系進(jìn)行了不同排量下的管路摩阻測(cè)試。將測(cè)試排量換算成φ76.2 mm油管排量，得到不同壓裂液體系在不同排量下的降阻率，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，多元改性速溶胍膠壓裂液有較強(qiáng)的彈性效應(yīng)和良好的降阻效果，且降阻率隨排量增大而增大。

2.4 破膠性能

取“1.3節(jié)”制備的凍膠，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%和0.03%的過(guò)硫酸銨，進(jìn)行不同溫度下的破膠試驗(yàn)，測(cè)量不同破膠時(shí)間下壓裂液的黏度，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，壓裂液在不同溫度和破膠劑加量下，2 h內(nèi)破膠性能良好，3 h后完全破膠，破膠液黏度降至最低。所以，通過(guò)調(diào)節(jié)破膠劑加量，壓裂液既能滿(mǎn)足壓裂的施工要求，同時(shí)也能很好地破膠返排，降低未破膠膠液對(duì)地層的傷害。

2.5 殘?jiān)?/p>

取用“1.3節(jié)”配制的不同濃度多元改性速溶胍膠壓裂液凍膠，加入0.03%過(guò)硫酸銨后在80 ℃下破膠3 h，冷卻后測(cè)量破膠液的殘?jiān)?，并與相同濃度羥丙基速溶胍膠壓裂液進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，相比羥丙基速溶胍膠，多元改性速溶胍膠壓裂液破膠液的殘?jiān)拷档?1.0%以上，最高降低84.2%，體現(xiàn)出壓裂液的低傷害性。

2.6 傷害性

參照文獻(xiàn)[9]，選用十屋油田營(yíng)城組巖心，在80 ℃溫度下測(cè)定不同壓裂液體系的巖心滲透率傷害和支撐劑導(dǎo)流能力傷害情況，結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知,多元改性速溶胍膠壓裂液對(duì)支撐劑導(dǎo)流能力的傷害率為13.3%，對(duì)巖心滲透率的傷害率為13.8%；與普通羥丙基速溶胍膠相比，導(dǎo)流能力傷害率降低了62.0%，巖心滲透率傷害率降低了53.8%，明顯低于常規(guī)壓裂液對(duì)基質(zhì)的傷害。試驗(yàn)結(jié)果表明，多元改性速溶胍膠壓裂液傷害小，是一種很好的低傷害壓裂液體系。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

松南氣田YD3HF井采用多元改性速溶胍膠壓裂液進(jìn)行了大型壓裂施工，施工目的層為登婁庫(kù)組，垂深3 500.00 m，水平段長(zhǎng)1 200.19 m，井溫132 ℃，儲(chǔ)層滲透率0.5 mD，孔隙度3.8%，采用“裸眼封隔器+預(yù)支滑套”完井，分10段壓裂。其中，第1段的壓裂施工曲線如圖2所示。

該井共泵入壓裂液4 484 m3，加陶粒367.9 m3，施工成功率100%，壓裂后日產(chǎn)氣量10.9×104m3，而鄰井采用普通胍膠壓裂液施工后平均日產(chǎn)氣量3.0×104m3，可見(jiàn)增產(chǎn)效果顯著。

截至目前，松南氣田使用多元改性速溶胍膠壓裂液共施工7井次，其中水平井4井次36段，直井3井次，施工成功率90%。該油田采用其他壓裂液的平均施工成功率僅為75%，可見(jiàn)采用多元改性速溶胍膠壓裂液提高了壓裂成功率。

4 結(jié) 論

1) 多元改性速溶胍膠的溶脹速度較羥丙基速溶胍膠提高了18.75%，不溶物含量較羥丙基速溶胍膠降低了88.46%，性能提升顯著。

2) 多元改性速溶胍膠壓裂液抗溫范圍廣，抗剪切性能良好，交聯(lián)及破膠時(shí)間可控，對(duì)支撐劑導(dǎo)流能力和巖心滲透率的傷害率都比普通羥丙基速溶胍膠低，是一種優(yōu)良的低傷害壓裂液。

3) 多元改性速溶胍膠壓裂液能滿(mǎn)足水平井大型壓裂施工要求。

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[編輯 令文學(xué)]

Research and Application of a Multicomponent Modified Instant Guar Fracturing Fluid

Liu Lihong, Wang Juanjuan, Gao Chunhua

(ResearchInstituteofEngineeringTechnologh，SinopecNortheastPetroleumCompany,Changchun,Jilin，130062,China)

Traditional guar fracturing fluid is disadvantageous because of its characteristics of slow swelling, long on-site preparation times, and high residue content after gel breaking. In order to overcome the problems, a certain quantityof double modified carboxymethyl + hydroxypropyl guanidine gum and other additives (e.g. bactericide, clay stabilizer, and crosslinker) were added in water, making its comprehensive performance to meet the site construction requirements. Thus, a multicomponent modified instant guar fracturing fluid system was developed. The new fracturing fluid system had a fast swelling rate, reaching more than 94.7% final viscosity in one minute, and a low water insoluble matter content, it was lowered by 88.46% than the hydroxypropyl guar; the residue content reduced by 71.0%, the flow conductivity of propping agent damage dropped by 62.0% and the core permeability decreased by 53.8%. Laboratory tests and site operations demonstrated that the multicomponent modified instant guar fracturing fluid could satisfy the online mixing requirements of the large-scale fracturing operation used in horizontal wells, and could provide technical support for the effective development of low permeability reservoir.

modified guar； multicomponent； instant； fracturing fluid

2015-02-01；改回日期：2015-04-25。

劉立宏(1964—)，男，吉林通化人，1984年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油開(kāi)發(fā)系油田開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，主要從事壓裂工藝與技術(shù)研究工作。

?油氣開(kāi)采?

10.11911/syztjs.201503021

TE357.1+2

A

1001-0890(2015)03-0116-04

聯(lián)系方式：(0431)88531847，liulh.dbsj@sinopec.com。