一種新型低分子聚合物壓裂液體系及其性能評價

王安培，蘇君慧，張文豪

張梅靜，劉永花

（中石化中原油田分公司采油工程技術研究院，河南 濮陽457001）

壓裂是提高增產效果的主要措施之一。目前常用的水基壓裂液增稠劑為天然植物膠及其衍生物，其中應用的瓜爾膠由于良好的抗剪切性、熱穩定性，在國內外使用普遍。但植物膠壓裂液體系添加劑種類繁多配液程序復雜，且水不溶物較多［1－2］，對地層和裂縫傷害較大，影響壓后增產效果。另外，原料瓜膠依賴進口，近年來原料價格上漲波動，大大影響了水基壓裂液施工成本。因此，研發一種低傷害、低成本的低分子量聚合物壓裂液體系勢在必行。下面，筆者針對中原油田高溫、低滲儲層的特點，對新型低分子量聚合物壓裂液體系進行了研究。

1 低分子聚合物壓裂液配方研究

1.1 增稠劑

增稠劑PAF經特殊工藝合成，引入抗鹽單體和大分子疏水單體，是一種分子量比羥丙基胍膠（HPGF）小25～30倍的低分子聚合物。室內將不同濃度的增稠劑溶液在170s－1剪切速率下進行黏度測定（見圖1）。結果表明，選用濃度為0.4%～0.6%的增稠劑水溶液，其表觀黏度在50～80mPa·s之間，能夠滿足高溫儲層壓裂液基液黏度要求［3］。

圖1 增稠劑濃度與基液黏度的關系

1.2 交聯劑

增稠劑PAF的水溶液可以與許多兩性金屬鹽類交聯形成凍膠。使用0.6%JL－3、0.6%OB－10、0.6%SCL－2加入基液進行交聯形成凍膠，使用RS6000儀器分別測定其耐溫抗剪切性能 （見圖2）。結果表明，在120℃、剪切速率170s－1下剪切2h后，加入JL－3交聯劑的壓裂液黏度仍保持在200mPa·s以上，比其他2種交聯劑具有更好的耐溫抗剪切性能，能夠滿足中原油田高溫儲層壓裂施工要求［4］。

圖2 不同交聯劑類型壓裂液的抗剪切曲線圖

1.3 助排劑

室內測得0.25%不同類型助排劑的表面張力和界面張力，結果如表1所示。從表1可以看出，助排劑ZP3的表面張力和界面張力最低，說明其表面活性較高，能有效緩解低滲儲層水鎖效應［5］，有利于壓裂液返排，從而減少壓裂液對儲層的傷害。

表1 不同類型助排劑的表界面張力

1.4 粘土穩定劑

按照文獻 ［6］的方法在室內對粘土穩定劑NW3進行了膨潤土防膨試驗 （見圖3）。結果表明，當濃度在0.8%以上時，黏度穩定劑NW3的防膨率達到85%以上，能夠滿足現場施工要求。

1.5 低分子聚合物壓裂液配方的確定

通過上述研究，確定該低分子聚合物壓裂液體系的配方為 （0.4%～0.6%）增稠劑PAF＋ （0.3%～0.6%）交聯劑JL3＋ （0.5%～1.0%）助排劑ZP3＋ （0.8%～1.0%）粘土穩定劑NW3。

2 壓裂液體系綜合性能評價

2.1 耐溫抗剪切性能

根據中原油田的具體儲層溫度情況，室內評價了上述配方的低分子聚合物壓裂液體系在140℃下的流變性能。采用RS－6000流變儀對該聚合物壓裂液進行耐溫抗剪切性能測試試驗 （見圖4）。結果表明，該配方壓裂液體系在剪切速率170s－1下剪切90min后黏度仍保持在125.6mPa·s，說明其具有較好的耐溫抗剪切性能，可以滿足不同儲層條件下壓裂施工要求。

圖3 粘土穩定劑NW3在不同濃度下的防膨率

圖4 低分子聚合物壓裂液耐溫抗剪切性能

2.2 破膠性能

采用不同濃度的強氧化破膠劑過硫酸銨對低分子聚合物壓裂液進行了低溫（80℃）破膠試驗（見表2）。結果表明，破膠劑濃度0.006%時凍膠4h徹底破膠，黏度降到3.76mPa·s；破膠劑濃度0.02%時凍膠2h徹底破膠，黏度降到2.80mPa·s，說明使用該壓裂液后容易破膠且破膠徹底，從而更好地滿足現場施工壓裂液返排要求。

表2 低分子聚合物壓裂液破膠試驗數據表

2.3 對巖心的傷害情況

根據文獻 ［7］進行巖心傷害試驗，結果如表3所示。從表3可以看出，低分子聚合物壓裂液對巖心的平均傷害率為14.08%，較常規壓裂液傷害率低［8］，表明利用上述配方的低分子聚合物壓裂液能夠更有效地減少對儲層的損害。

表3 壓裂液對巖心傷害試驗數據表

2.4 配伍性

依據文獻 ［7］的試驗方法，將中原油田地層流體與上述配方的低分子聚合物壓裂液分別按3∶1、3∶2、1∶1的體積比混合，放置一定時間后混合液均無沉淀生成，表明上述配方的低分子聚合物壓裂液與該地區地層流體配伍性良好。

3 現場應用

依據室內研究成果，應用上述配方的低分子聚合物壓裂液體系在中原油田采油三廠采用了油管注入合壓的方式施工了5井次，工藝參數如下：平均排量為4.2m3／min，施工破裂壓力最高為67.5MPa，總加砂量111.56m3，平均砂比19.36%。前置液采用粉陶和降濾失劑降低濾失，壓裂井段2698.3～3106.1m，共37層79.1m。統計結果表明，施工5井次后累計增油3740t。