研究低摩阻水基冻胶压裂液体系

研究低摩阻水基冻胶压裂液体系

李振连

吉林油田公司油气工程研究院吉林松原138000

摘要：本文对于延迟交联压裂液体系进行了系统研究，着重介绍了压裂液的机理、延迟交联压裂液的室内试验、室外试验以及延迟交联压裂液的综合性能评价，提出了典型配方和主要参数，分析了现场应用情况。

关键词：压裂液；室内试验；现场试验；经济效益

一、前言

在压裂施工过程中，作为其血液的压裂液的性能尤为关键，交联剂的好坏决定施工的成败和施工过程中摩阻的大小，提高效率、降低摩阻、减少伤害是中深井所用压裂液的发展方向。延迟交联体系有利于交联剂的分散，以产生更高的粘度，并改善压裂液的温度稳定性，其在管路中的低粘度可形成低的泵送摩阻，与普通交联体系相比具有以下优点：

1、采用同等量的胶液，在裂缝中能达到更高的粘度。

2、降低摩阻以更有效地利用泵压。

3、交联液具有较好的支撑剂传输性能。

4、交联液具有较好的温度稳定性。

5、交联液的单位聚合物经济效益好。

二、国内外发展现状

90年代初，国内的一些油田如胜利、大庆、辽河及石油勘探开发研究院万庄分院相继开发出了延缓交联水基冻胶压裂液，并成功地进行了现场应用，取得较好的成果。

三、机理研究

影响压裂液延迟交联特性的因素较多，主要有交联剂类型及浓度、稠化剂类型及浓度、溶液pH值。常用的无机硼（如硼酸盐）交联剂的交联作用就属于快反应，瞬时交联（小于20s）；有机硼交联剂是压裂液添加剂的最新发展成果，具有延迟交联、耐高温和易破胶等特点。

该有机硼交联压裂液研制特点是在交联剂中加入多元醇和低分子醇，使硼酸根离子在碱催化下与以共价键的形式充分络合，形成一分子较大的络合物，使硼离子活性变弱，在压裂施工过程中遇到聚合物大分子以配位共价键的形式结合，形成网状大分子—冻胶的速度变慢，使延迟交联时间增长，克服了有机钛、锆交联压裂液交联时间以温度活化的不足，可根据压裂施工对压裂液延迟交联时间的要求；另外，调节压裂液pH值，其延迟交联时间又加长，具有更广泛的适用性。不同植物胶因其结构差异，对延迟交联时间也有一定影响。香豆胶的化学结构是以甘露糖单元为主链，半乳糖单元为侧基，半乳糖与甘露糖之比为1：1.2，而瓜尔胶和田菁胶中，半乳糖与甘露糖之比为1：2。在植物胶中起交联作用的分子链上的顺式邻位羟基基团，同时香豆胶分子量较低，空间位阻作用小，交联速度快，与之相反的是瓜尔胶和田菁胶分子量较大，且瓜尔胶分子量最大，位阻效应最明显，延迟交联时间最长。

延迟交联是压裂液降低摩阻的主要化学途径。在压裂施工中发挥了重要作用，主要表现在：降低施工摩阻，节省施工水马力，降低施工成本，改进现场可操作性；可进一步提高施工成功率。

有机硼交联剂是以硼酸盐与延迟配位体在一定条件下合成的有机络合物，是压裂液交联剂的最新发展成果。可与香豆胶、瓜尔胶等及其植物胶改性产品交联形成耐高温、耐剪切的粘弹性冻胶。它具有以下特点：①实现可控的延迟交联作用；②耐高温，适用于不同储层温度需要；③具有自动破胶机制，对储层损害小。

四、室内实验

（一）实验用主要仪器及药品

1、仪器RV--20旋转粘度计高温高压滤失仪恒温水浴搅拌器

2、药品羟丙基胍胶有机硼多元醇低分子醇碱

（二）延缓交联剂研制

在恒温水浴中，依次向反应容器中加入一定量的有机硼、多元醇、低分子醇、碱，在一定温度下反应一定时间，即得产品。

1、酸碱度

（三）延缓交联压裂液配方的确定

应用正交试验法，分别改变有机硼、多元醇、低分子醇及碱的浓度，配制延迟交联剂，与基液混合，测定基液呈现刚性结构所需时间，判别压裂液的延迟性能。通过大量的室内试验，确定如下压裂液配方：

基液：羟丙基胍胶+助排剂+防膨剂+破乳剂+温度稳定剂

延迟交联液：多效有机硼+PH调节剂+破胶剂

裂缝中液体温度场是变化的，前缘温度最高，缝口处温度最低，因此在现场施工过程中还需追加一部分破胶剂，以使压裂液体系彻底破胶水化，满足压后快速返排之目的，提高压裂孔隙的连通性。

(四)压裂液性能综合评价

压裂液性能评价试验严格按照石油总公司颁布标准SY/T5107--1997《水基压裂液性能评价方法》进行。

1、延迟性由于施工井的井深及施工排量不同，配制不同PH值的液体，便可以得到不同延迟时间的压裂液。与有机硼、硼砂延迟性对比。

2、流变性使用RV-20旋转粘度计，在温度70℃、100℃变剪切速率从0--1701/s条件下，测压裂液剪切应力变化情况，经测曲线线性回归，得压裂液流变参数N、K值，。

3、滤失性使用贝劳德高温高压滤失仪，在一定压差（3.45MPa）和温度（70℃、100℃）下，测不同时间的滤出液量，计算压裂液的综合滤失系数。该压裂液滤失系数低，滤失量少，表明其有较高的压裂液效率。

4、破胶性将压裂液置于70℃、100℃的容器内，测试压裂液在不同时间的破胶液粘度和破胶液界面张力的大小。试验表明，该压裂液在1小时内已破胶，水化液粘度为5.2mpa.s、2.8mpa.s。破胶液的表面张力为28.6mN/m，界面张力为0.75mN/m。

5、伤害率取情字井目的层岩心，在流动试验仪上将煤油和压裂液滤液分别通过它，测岩心的基质渗透率变化，计算伤害率为14.7%。结果如下：

压裂液伤害实验数据表1

五、现场试验

(一)选井原则

现场试验的选井工作，应遵循以下原则：

1、埋深和区块的地质特点，选取井深大于2000米、地层压力大、岩石杨氏模量偏高的井层；

2、以往压裂施工压力高、难以压开的井。

(二)延迟交联剂用量设计

依照压裂井目的层地质设计、工程设计、压裂设计的要求，按所选井深、井层、粘土矿物成分、地层水矿化度及温度确定压裂液配方，再根据不同的排量、压裂液在井筒中运行时间确定压裂液所需延迟时间，计算延迟剂及PH值调节剂用量。

(三)现场工艺

按设计要求准备延迟交联剂各组分用量及PH值调节剂用量，由现场用热水合成并配制延缓交联液，采用目前现场应用的普通压裂方法进行施工。

六、经济效益分析

采用此项技术，我们在佳伊地堑、大情字井地区进行了现场试验，累计施工了10口井12个层（3口井投球分压），大多为新开发井，施工工艺成功率100%，达到设计要求100%，压裂液延迟时间平均为2分钟左右，施工压力降低了4—6MPa左右。因其中6口井为探井，无法统计效果，余下4口井累计产油2554.2吨，平均单井产油638.6吨，统计天数均63天，经济效益可观。

七、结论与认识

1、从延迟交联压裂液性能评价结果分析，该压裂液具有粘度高、滤失低、抗温抗剪性能好、破胶彻底等优点，因低分子醇的加入，可降低液体表面张力，避免“水锁现象”的发生，减小液流阻力，提高压裂液的返排率。可以说，该体系是一性能优良的压裂液体系。

2、从压裂液延缓交联性能上分析，理论上可以大大降低摩阻，提高泵的效率。

参考文献：

[1]罗亚平《保护储集层技术》石油工业出版社1993年出版

[2]（美）M.J.埃克诺米得斯等著《油藏增产措施》石油工业出版社1991年出版

[3]赵福麟《采油化学》石油工业出版社1989年出版