延長油田胍膠壓裂液體系性能優(yōu)化研究

郭錦濤，范昊坤，何 靜

（陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075）

由于延長油田屬于低孔、特低滲致密儲層，所以油井必須經(jīng)過壓裂才能投產(chǎn)，而壓裂液的性能影響著壓裂施工的成敗并影響增產(chǎn)效果[1]。因此，選擇適宜延長油田儲層特性的壓裂液體系，降低對儲層的傷害，對提高單井產(chǎn)量有著重要的意義。本文根據(jù)延長油田低孔低滲的地質(zhì)條件，進(jìn)行了胍膠壓裂液添加劑的篩選及配方優(yōu)化與性能評價，改善壓裂效果，降低壓裂液的綜合傷害率，進(jìn)而提高油田的勘探開發(fā)效益。

1 藥品及儀器

羥丙基胍膠、碳酸鈉、戊二醛、氯化鉀均為工業(yè)品，交聯(lián)劑為有機硼交聯(lián)劑YP-2，膠囊破膠劑為SRJNYL1，助排劑SY-ZP 為實驗室復(fù)配、配液用水為自來水。主要儀器：K100C 型全自動表界面張力儀；HTP-2A型高溫高壓頁巖膨脹儀；HAAKE RS6000 型旋轉(zhuǎn)流變儀；LDY-40-200 型自動巖心流動實驗儀；Wi2793 型自動混調(diào)器；TDL-40B 型離心機。

2 壓裂液的配制

2.1 稠化劑加量的性能測試

稠化劑是壓裂液組成中的主要成分，不同的加量會影響壓裂液的理想性能以及破膠后的殘渣含量。本文選取羥丙基胍膠作為稠化劑，分別按照0.3 %、0.35 %、0.4 %、0.45 %、0.5 %的加量，緩慢加入低速攪拌的Wi2793 自動混調(diào)器中，攪拌時間設(shè)置10 min，等攪拌停止后放置30 ℃水浴鍋中溶脹4 h，使基液黏度趨于穩(wěn)定。然后用六速旋轉(zhuǎn)黏度計，在200 r/min 下測量基液黏度，以最低的稠化劑加量達(dá)到穩(wěn)定高黏度壓裂液為篩選指標(biāo)，篩選出稠化劑加量為0.35 %（見圖1）。

圖1 不同稠化劑加量的基液黏度

2.2 助排劑加量的性能測試

助排劑是用以降低壓裂液破膠液的表面張力，減小油氣層毛細(xì)管壓力，促進(jìn)壓裂液返排，從而減少對儲層的污染。油井壓裂助排劑具有對油氣層良好的潤濕性和減小油氣層毛細(xì)管阻力的特性[2]，經(jīng)常是復(fù)配優(yōu)化的，本文將碳?xì)浔砻婊钚詣┡c氟碳表面活化劑進(jìn)行復(fù)配，形成了理想的助排劑SY-ZP，然后使用K100C 型全自動表界面張力儀，分別測試了不同濃度下助排劑的表界面張力，測試結(jié)果（見表1）：當(dāng)助排劑SY-ZP 的使用濃度為0.4 %時，在保證表面張力小于24 mN/m的同時其界面張力也小于1 mN/m，滿足助排劑降低壓裂返排液表界面張力的要求，再增大濃度時其表界面張力變化較小，考慮到壓裂現(xiàn)場施工的成本，因此確定助排劑SY-ZP 的加量為0.4 %。

2.3 交聯(lián)劑的性能測試

交聯(lián)劑是水基壓裂液必不可少的重要成分之一，通過交聯(lián)離子（基團）與稠化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凍膠。本文選擇具有良好剪切恢復(fù)性能的有機硼交聯(lián)劑YP-2，按照壓裂液配方0.35 %胍膠+0.5 %助排劑+1.0 %KCl+0.1 %殺菌劑+0.05 %Na2CO3配制基液，殺菌劑選用戊二醛，用Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH 值為10，分別測試不同交聯(lián)比（100:0.2、100:0.25、100:0.3、100:0.35、100:0.4、100:0.45、100:0.5）的交聯(lián)性能，當(dāng)交聯(lián)比為100:0.3 時，交聯(lián)時間為40 s，且挑掛性能良好，從壓裂成本考慮，確定交聯(lián)比為100:0.3。

2.4 黏土穩(wěn)定劑的性能測試

壓裂施工時，壓裂液中需要添加黏土穩(wěn)定劑來防止由儲層中黏土礦物的水化、膨脹、分散、運移引起的滲透率下降。黏土穩(wěn)定劑通過范德華力和靜電吸附，使黏土晶層的離子保持一定的交換吸附能力避免發(fā)生膨脹和分解，從而降低對滲透率的影響[3]。延長油田壓裂施工時黏土穩(wěn)定劑主要有KCl、NH4Cl、COP-1、BR-1、SJR。室內(nèi)使用HTP-2A 型高溫高壓頁巖膨脹儀對1 %濃度的KCl、NH4Cl、COP-1、BR-1、SJR 的防膨率進(jìn)行測試，結(jié)果（見表2），1 %KCl、1 %BR-1、1 %SJR 防膨率均大于90 %，滿足現(xiàn)場施工要求，但SJR 加入體系后出現(xiàn)絮凝不配伍，BR-1 加入后使助排劑的表面張力增大，降低了壓裂液的返排，因此確定本體系的黏土穩(wěn)定劑為KCl，加量為1 %。

3 壓裂液體系性能評價

3.1 壓裂液流變性能評價

壓裂液流變性能是壓裂液的重要性能指標(biāo)，具有較好的耐溫耐剪切性并保持高黏度，支撐劑才能懸浮其中緩慢沉降，從而確保支撐劑順利進(jìn)入地層裂縫。室內(nèi)按上文所述配制好壓裂液后，使用HAAKE RS6000型旋轉(zhuǎn)流變儀在溫度90 ℃、剪切速率170 s-1、剪切時間90 min 條件下評價壓裂液的耐溫耐剪切性能（見圖2）。從圖2 可以看出，壓裂液黏度保持在100 mPa·s 以上，表明具有較好的耐溫耐剪切性能，滿足現(xiàn)場壓裂施工的要求。

表1 不同濃度助排劑SY-ZP 的表界面張力

表2 各黏土穩(wěn)定劑的防膨率

圖2 胍膠壓裂液流變性能檢測

表3 90 ℃時不同加量破膠液黏度

3.2 壓裂液破膠性能評價

破膠性能也是壓裂液的重要性能指標(biāo)，破膠是否徹底將直接影響壓后返排以及對儲層的傷害程度。由于膠囊破膠劑具有較好的延緩釋放性能，在壓裂施工中使凍膠保持較高的黏度，有利于造縫和攜砂，施工后可使壓裂液徹底破膠水化，利于返排，降低施工風(fēng)險，減少壓裂液對支撐裂縫導(dǎo)流能力的傷害，本文采用陜西森瑞石油技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的膠囊破膠劑SRJN-YL1，在室內(nèi)恒溫90 ℃條件下評價體系的破膠性能，并用毛細(xì)管黏度計測定不同加量的破膠液黏度（見表3）：當(dāng)破膠劑加量為0.02 %、破膠時間為2.5 h時，破膠液黏度小于5 mPa·s，滿足壓裂施工返排的要求，同時測定了破膠液殘渣含量僅為247 mg/L，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6376-2008《壓裂液通用技術(shù)條件》要求。

3.3 壓裂液傷害性能評價

壓裂液在壓裂施工過程中會給儲層帶來不同程度的傷害，主要有水敏傷害、水鎖傷害、乳化傷害以及壓裂液殘渣的堵塞傷害，嚴(yán)重時造成油氣井減產(chǎn)，因此評價壓裂液的傷害程度就顯得十分重要[4]。本文在室內(nèi)使用海安石油科研儀器有限公司生產(chǎn)的LDY-40-200 型自動巖心流動實驗儀來評價壓裂液對儲層的傷害程度，實驗方法參考標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》，對本壓裂液體系的破膠液進(jìn)行巖心傷害測試，結(jié)果（見表4）：壓裂液濾液對巖心滲透率的傷害率低于30 %，表明對儲層的傷害較小，可以快速返排。

4 結(jié)論

通過實驗室對該胍膠壓裂液體系性能評價，優(yōu)化出稠化劑、助排劑、黏土穩(wěn)定劑的最優(yōu)加量以及交聯(lián)劑的最優(yōu)交聯(lián)比，并對壓裂液體系進(jìn)行了流變性能、破膠性能以及壓裂液傷害性能等評價實驗，結(jié)果顯示該壓裂液體系具有易返排、易破膠、防膨效果和流變性能好、對巖心傷害率低等性能，下一步應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場壓裂施工情況，進(jìn)一步驗證和優(yōu)化壓裂液體系各項性能指標(biāo)。

表4 壓裂液傷害實驗數(shù)據(jù)