油層水配制壓裂液影響因素研究

于洪江，李 艷，羅然昊，張建國

（1.西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；2.延長油田股份有限公司，陜西 延安 717300）

壓裂作為改造低滲透油層的一種增產(chǎn)措施在我國各油田應(yīng)用越來越廣泛，壓裂液是水力壓裂作業(yè)的一個非常關(guān)鍵的部分。目前，廣泛使用的壓裂液體系主要是水基壓裂液，一般采用清水配制壓裂液。但是用清水配制的壓裂液與地層配伍性差，會引起油水乳化，損害水敏性儲層，此外，由于有些地區(qū)水源奇缺，用清水配制會導(dǎo)致成本增加。而高礦化度的油層水不但與地層配伍性好[1]，而且能防止粘土膨脹。油層水粘度高，比重大，含有一定程度的表面活性劑，降低了油層水的表面張力和界面張力。用處理后的油層水配制壓裂液較清水更加有益于對儲層的保護。但是油層水作為一類特殊的工業(yè)廢水，有著其自身的特殊性，概括而言，即水溫高、礦化度高、離子組分復(fù)雜、含油量大[2，3]，懸浮物含量高。水是制備水基壓裂液的主要組分，水質(zhì)在一定程度上影響水基壓裂液的性能。由于油層水組分復(fù)雜，性質(zhì)特殊，因而用油層水配制壓裂液有其特殊性[1，4]。本文就油層水中各金屬離子，含油量及懸浮物對羥丙基胍膠基液粘度，交聯(lián)情況進行分析研究。

1 實驗部分

1.1 主要材料與儀器

子北原油；羥丙基胍膠；硼砂（工業(yè)品）。

Haake RV30哈克旋轉(zhuǎn)粘度計（德國哈克公司）；精密定時電動攪拌器（JJ-1）；石英砂過濾器。

1.2 實驗方法

1.2.1 基液的制備 模擬油層水離子濃度配制不同濃度的油層水，分別邊攪拌邊緩慢加入一定質(zhì)量的羥丙基胍膠，配制成基液。溶脹4h使其粘度穩(wěn)定。用Haake RV30哈克旋轉(zhuǎn)粘度計在170s-1的剪切速率下測定基液的粘度。

1.2.2 交聯(lián)實驗 硼砂作為交聯(lián)劑，配制成1%濃度的溶液，與1.2.1配成的基液交聯(lián)，觀察其交聯(lián)情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 油層水分析結(jié)果

2.1.1 油層水測定標(biāo)準(zhǔn) 水質(zhì)的懸浮物含量、含油量按《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》（SY/T5329-94）方法測定；水中離子含量分析按照《油田水分析方法》SY/T5523-2006規(guī)定測定。實驗結(jié)果見表1。

表1 長二水和長六水、河水化學(xué)成分分析結(jié)果Tab.1 Analysis results of chemical composition for well No.2,well No.6 and river

從表1可以看出，油層水與淡水比較具有含油量高、pH值呈弱酸性、礦化度高尤其是其中的Ca2+含量很高，懸浮物含量高等特點，這些都有可能對壓裂液的性質(zhì)造成影響。

2.1.2 油層水的粘度 用不同的油層水配成基液，粘度測定結(jié)果見表2。

表2 不同水質(zhì)配成的基液的粘度Tab.2 Base fluid viscosity of different water quality

從表2可以看出，油層水的粘度與河水、蒸餾水比較明顯較低，說明油層水中的一些因素可能對基液的粘度有影響，使得基液粘度下降。

2.1.3 油層水交聯(lián)實驗 取2.1.2配制的基液，用濃度為1%硼砂溶液作為交聯(lián)劑做交聯(lián)實驗，交聯(lián)結(jié)果見表3。

表3 不同水質(zhì)的交聯(lián)情況Tab.3 Different crosslinking water

從表3中可以看出，與河水、蒸餾水比較長二、長六井口水不能交聯(lián)；長二、長六處理后水交聯(lián)劑用量大，交聯(lián)后挑掛性能不好。說明油層水中一些因素影響基液交聯(lián)。

2.2 油層水中各因素對基液粘度及交聯(lián)情況的影響

2.2.1 Na+，K+，Ca2+的影響

（1）Na+，K+，Ca2+對基液粘度的影響 把 NaCl，KCl按一定比例配成不同濃度的鹽水，配制羥丙基胍膠基液，同樣配制Ca2+相同濃度的基液，分別測定其粘度，見圖1。

圖1 Na+、K+ 、Ca2+對基液粘度的影響Fig.1 Effect of Na+，K+，Ca2+to bace fluid viscosity

從圖1可看出，隨著Na+，K+以及Ca2+濃度的增加，基液的粘度變化不大，都維持在30 mPa·s以上，這說明Na+，K+和Ca2+對基液粘度基本沒有影響。

（2）Na+，K+，Ca2+對基液交聯(lián)的影響 用濃度為1%硼砂溶液作交聯(lián)劑，交聯(lián)情況見表4。

表4 Na+、K+ 、Ca2+對交聯(lián)的影響Tab.4 Effect of Na+,K+and Ca2+to crosslinking

由Na+、K+濃度的變化與交聯(lián)時間關(guān)系可以看出：依次增大Na+、K+的濃度，交聯(lián)時間及用量的變化不大，說明交聯(lián)狀況基本上不受Na+，K+的影響。

而對Ca2+不同含量進行交聯(lián)實驗，從表4中可以看出，隨著Ca2+濃度的增大，交聯(lián)劑用量也隨之增大。這是因為Ca2+與硼砂反應(yīng)生成溶解度較小的CaB2O3，Ca2+消耗了硼砂，導(dǎo)致交聯(lián)劑用量增大。

2.2.2 Mg2+的影響

（1）Mg2+對基液粘度的影響 用MgCl2配成不同濃度的鹽水，配制羥丙基胍膠基液，測定其粘度，見圖2。

圖2 Mg2+對基液粘度的影響Fig.2 Effect of Mg2+to base solution viscosity

從圖2可以看出，基液粘度隨Mg2+濃度的增大基本上和蒸餾水配制的基液粘度相當(dāng)，這說明基液粘度不受Mg2+濃度的影響。

（2）Mg2+對基液交聯(lián)的影響 用濃度1%硼砂溶液作為交聯(lián)劑做交聯(lián)實驗，交聯(lián)情況見表5。

表5 Mg2+對交聯(lián)的影響Tab.5 Effect of Mg2+to crosslinking

由表5可以看出，在Mg2+濃度增大的情況下，交聯(lián)時間及用量基本不受到Mg2+濃度的影響。

2.2.3 油層水中含油量的影響

（1）含油量對基液粘度的影響 用子北原油配成不同濃度的油層水，配制羥丙基胍膠基液，測定其粘度，見圖3。

圖3 含油量對基液粘度的影響Fig.3 Effect of oil content to base solution viscosity

從圖3可以看出，雖然含油量在加大，但基液粘度的變化范圍不大，說明含油量對基液粘度基本沒有影響。

（2）含油量對基液交聯(lián)的影響 用濃度為1%硼砂溶液作為交聯(lián)劑做交聯(lián)實驗，交聯(lián)情況見表6。

表6 含油量對交聯(lián)的影響Tab.6 Influence of crosslinking seedcoat

從表6可以看出，不同含油量的交聯(lián)時間基本上沒有發(fā)生很明顯的變化，說明含油量濃度對交聯(lián)的影響不是很大。

2.2.4 油層水中懸浮物的影響

（1）懸浮物對基液粘度的影響 按油層水總礦化度分析結(jié)果，按比例加入NaCl，KCl，無水CaCl2，MgCl2，NaHCO3，NaSO4，配成和油層水總礦化度一樣的鹽水，按配液要求量取配制的鹽水和油層水配成含懸浮物比例不同的水，配制羥丙基胍膠基液，測定其粘度，見圖4。

圖4 懸浮物對基液粘度的影響Fig.4 Effect of suspended substance to base solution viscosity

從圖4可以看出，有懸浮物存在的情況基液粘度有下降的趨勢，且隨著懸浮物量的增多，粘度下降很快。這是因為油層水中的懸浮物對羥丙基胍膠基液的初始粘度影響較大，對粘度穩(wěn)定性影響也很大，由于懸浮物的主要成份為硅酸鹽、碳酸鹽、硫鐵化物等，能與羥丙基胍膠發(fā)生絮凝反應(yīng)產(chǎn)生絮凝物，使羥丙基胍膠沉淀出來，影響了基液的粘度。同時，大量的懸浮物還會造成地層堵塞，降低地層的滲透率。所以要嚴格控制懸浮物的濃度。

（2）懸浮物對基液交聯(lián)的影響 用濃度為1%硼砂溶液作為交聯(lián)劑做交聯(lián)實驗，交聯(lián)情況見表7。

表7 懸浮物對交聯(lián)的影響Tab.7 The influence of crosslinking suspended

從表7中可以看出，當(dāng)油層水中懸浮物含量超過20 mg·L-1時，即使交聯(lián)劑的加量到15.00g時，都不能交聯(lián)。說明懸浮物對基液的交聯(lián)情況影響很大，因為懸浮物的存在使得羥丙基胍膠產(chǎn)生絮凝，導(dǎo)致基液粘度下降，進而影響到基液的交聯(lián)情況。

3 結(jié)論

（1）通過實驗發(fā)現(xiàn)油層水中懸浮物對基液粘度影響很大，隨著懸浮物濃度的增大，基液粘度下降很快。建議采用絮凝的方法嚴格控制懸浮物濃度。

（2）油層水中Ca2+影響交聯(lián)，隨著Ca2+濃度的增大，交聯(lián)劑用量加大。但是交聯(lián)劑加量過大，會造成壓裂液過交聯(lián)，導(dǎo)致壓裂液變脆，粘彈性下降，因而應(yīng)盡量使用有機硼交聯(lián)體系。

［1］王滿學(xué)，王奎.用油田回注污水配制水基壓裂液的研究與應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2006，34（6）：67-70.

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