水平井新型壓裂液體系研究

龍華（中油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 遼寧 盤錦 124010）

隨著油氣勘探開發不斷進行，我國陸上大部分主力油田都進入中后期開發階段，為了實現穩產上產，新探區塊中低滲透油氣藏所占比例不斷增加，低滲透油氣儲量將是今后相當長一段時間內增儲上產的主要資源基礎。為了實現低滲透油田的產能，采用水平井開發和壓裂改造是實現低滲透油氣藏經濟開發的有效手段。壓裂液是壓裂技術的重要組成部分，起著傳遞壓力、形成地層裂縫、攜帶支撐劑進入裂縫的作用。國內外常用的壓裂液體系有水基壓裂液、泡沫壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液等，但目前使用壓裂液抗剪切的能力并不理想，隨著時間的推移，壓裂液的粘度因剪切而變小，容易造成在壓裂過程中脫砂，直接影響壓裂改造效果。開發優質壓裂液是國內外研究人員一直致力研究的問題，新型壓裂液體系不斷出現，本文通過對壓裂液增稠劑的溶解性、降解性和耐溫性等方面的研究，研制出高取代度的羥丙基胍膠JK-5作為基液的新型壓裂液體系，該體系具有抗高剪切、抗高溫性能，能夠滿足水平井壓裂改造的需要。

一、稠化劑JK-5性能研究

1.溶解性能

稠化劑性能好壞，直接影響到壓裂的效果，是檢驗壓裂液性能的主要參數。目前在壓裂液中經常使用的是羥丙基瓜膠（HPG），在溶解過程中仍含有較多的不溶性殘渣，易造成支撐裂縫堵塞。通過對胍膠進行改性，研制出一種新型稠化劑JK-5，在相同實驗條件下與HPG在含水率、表觀粘度和水不溶物進行比較。結果表明，在相同濃度條件下，0.4%的JK-5和0.6%的HPG含水率基本一致，但JK-5的表觀黏度比HPG高25Mpa·s，水不溶物的含量僅是HPG的1/3，從而降低了壓裂液對地層的二次傷害。

2.降解性能

壓裂液在地層中由于濾失將造成稠化劑在裂縫中濃縮，促使稠化劑濃度過高，即使經歷了相當長時間的破膠降解，壓裂液仍具有很高的粘度，稠化劑中原有的或降解過程中形成的不溶殘渣，會通過減少支撐劑充填層的有效孔隙空間來降低裂縫的導流能力，從而造成地層傷害。井底條件下實際殘渣量的多少，同使用的稠化劑類型有著密切關系。HPG一般僅含約2%～4%的不溶性殘渣，一般認為HPG對地層和支撐劑充填層的傷害較小。

評價實驗結果可以看出，JK-5的不溶性殘渣在0.03%～0.05%之間，因此，JK-5可以有效的減少有效孔隙空間的殘渣量來，降低對地層造成的傷害。

3.耐溫性能

使用相同交聯劑，在100℃、170-S的實驗條件下，選擇濃度分別為0.30%、0.45%、0.60%的JK-5進行粘溫對比實驗。結果表明，在實驗的前期，曲線的變化率較大，壓裂液粘度下降幅度較大，當剪切40分鐘后，粘度的變化率逐漸減小，最后基本達到定值。壓裂液基本不受剪切的影響，基本是一直線。在水平井壓裂中，100℃井溫，JK-5的使用濃度在0.45%左右為宜。

二、壓裂液體系配伍性研究

粘土穩定劑、破乳助排劑、凍膠穩定劑、pH值調節劑是壓裂液的重要添加劑，在壓裂液的配方中起著不同的作用，對不同類型的壓裂液和地層條件的影響也各不相同，因此需要進行配伍性研究，提高壓裂改造效果。

1.粘土穩定劑的性能研究

目前常用的粘土穩定性主要包括氯化鉀、氯化按、陽離子水溶性聚合物，如陽離子聚丙烯酰胺、聚季銨鹽類等。本文篩選了KCl、B ML-1、K S H-1，與JK-5進行配伍性研究。KCl膨脹率比較高，說明KCl有較強的粘土穩定能力，KCl與JK-5的配伍性較好，這主要是因為在壓裂液中加入適量的無機鹽類，提高壓裂液的礦化度，有一定的抑制粘土水化膨脹的能力。因此，確定最佳粘土穩定劑為KCl。

2.破乳助排劑的性能研究

破乳助排劑是影響施工返排效果的關鍵因素之一，特別是對于地層能量低、滲透性差的地層情況，工作液難于迅速完全地排出地層，就會造成粘土膨脹、乳化堵塞、毛細管吸滲水鎖及鈣、鐵、硅二次沉淀堵塞孔喉等地層傷害。

3.凍膠穩定劑的篩選

壓裂液凍膠的熱穩定性受pH值、離子強度和穩定添加劑的影響。篩選了ZCY-1、BJ101和JK1008，在90℃、120℃的溫度條件下，凍膠穩定劑的測試結果見表1、表2。

表1 溫度90℃時凍膠穩定劑的變化情況

表2 溫度120℃時凍膠穩定劑的變化情況

由表1、表2可以看出，隨著實驗溫度升高，加入穩定劑溫度升高幅度減小，但破膠均徹底；在90℃與120℃，B J 101升高溫度效果最好，因此，確定BJ101為最佳穩定劑。

結論

1.稠化劑JK-5水不溶物的含量是HPG的1/3，不溶性殘渣在0.03%～0.05%之間，可以有效的減少有效孔隙空間的殘渣量來，降低對地層造成的傷害。

2.以JK-5做稠化劑壓裂液體系，在同種交聯劑的作用下，同濃度的JK-5耐溫性能要好于HG P，JK-5的使用濃度在0.45%左右為宜，在剪切速率在170s-1時的凍膠持續時間能夠滿足水平井的施工要求。

3.通過配伍性實驗，終篩選出配伍性較好的添加劑，粘土穩定劑KCl、破乳助排劑B J L-1、凍膠穩定劑B J 101，有效的改善了壓裂液的性能，提高壓裂處理效果。