超低濃度瓜膠壓裂液研究及在延長油田的應用

杜海軍，曲世元，劉政帥，賀曉亮，鐘 靜

(1.西安石油大學化學化工學院，陜西西安 710065；2.陜西延長油田股份有限公司七里村采油廠；3.中國石油大學(北京)提高采收率研究院；4.陜西延長油田股份有限公司川口采油廠；5.中國石油大學遠程教育學院；6.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院)

超低濃度瓜膠壓裂液研究及在延長油田的應用

杜海軍1，2，曲世元3，劉政帥4，賀曉亮5，鐘 靜6

(1.西安石油大學化學化工學院，陜西西安 710065；2.陜西延長油田股份有限公司七里村采油廠；3.中國石油大學(北京)提高采收率研究院；4.陜西延長油田股份有限公司川口采油廠；5.中國石油大學遠程教育學院；6.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院)

為降低羥丙基瓜膠使用量，同時降低壓裂液對儲層傷害，研究開發出了適合延長油田的超低濃度瓜膠壓裂液配方體系。實驗結果表明：超低濃度瓜膠壓裂液當瓜膠質量分數為0.25%時，在90 ℃170 s-1的剪切速率下經過60 min耐溫剪切，黏度保持在250 mPa·s，與常規瓜膠壓裂液相比，殘渣含量和巖心傷害率明顯降低。該壓裂液體系2013年在延長油田累計施工402井次，取得了較好的使用效果。

延長油田；超低濃度壓裂液；高效交聯劑；性能評價

延長油田屬低孔特低滲致密油藏，油井需壓裂才能投產，而壓裂液性能則直接關系到壓裂施工的成功與否。雖然壓裂液的耐溫耐剪切性能是影響壓裂施工的關鍵指標，但壓裂液破膠液的殘渣含量過高，也會堵塞油氣滲流通道，導致地層傷害增加[1-2]，油氣產量下降。優質、低損害、低成本是壓裂液發展的主要方向[3]，降低壓裂液稠化劑濃度是降低壓裂液殘渣或殘膠含量、提高裂縫導流能力、降低壓裂液成本的重要途徑[4-5]。本文針對延長油田儲層特點，研究了超低濃度瓜膠壓裂液配方。

1 超低濃度瓜膠壓裂液體系開發

1.1 超低濃度瓜膠壓裂液體系組成

本文研究出的超低濃度瓜膠壓裂液體系以普通的羥丙基瓜膠作為稠化劑，開發出了與羥丙基瓜膠具有良好交聯性能的高效交聯劑，同時針對延長油田儲層特征優化出了與儲層相配伍的破乳助排劑、殺菌劑、黏土穩定劑、pH調節劑等添加劑。該壓裂液配方與常規瓜膠壓裂液相比，瓜膠質量分數降低了0.15～0.2個百分比點。適應120℃以下地層的超低濃度瓜膠壓裂液配方為：(0.15%～0.33%)羥丙基瓜膠+ 0.4%破乳助排劑 + 0.1% 殺菌劑+ 0．4% 黏土穩定劑+(0～0.2%)pH調節劑+(0.3% ～ 0.6%)TMJP-10交聯劑+0.2%TM-3交聯促進劑。

1.2 高效交聯劑

硼酸鹽、有機配位體、助劑在一定條件下反應生成了高效交聯劑TMJP-10。以該高效交聯劑形成的壓裂液具有較好的抗溫、抗剪切能力，具有易破膠、殘渣含量低、易返排、對巖心傷害率低等優點。

1.3 TM-3交聯促進劑

利用交聯動力學原理研制了TM-3交聯促進劑，它能使壓裂液充分交聯，解決了常溫或低溫條件下壓裂液體系的脫水問題。

1.4 最佳聚合物濃度的確定

利用最小濃度理論，確定聚合物的最佳濃度。羥丙基瓜膠理論上有一個最小濃度，在這個濃度上分子之間才可能交聯；低于這個濃度，聚合物分子之間相距太遠，不可能形成化學交聯。通過室內實驗，得出羥丙基瓜膠的最低交聯質量分數為0.15%。

1.5 超低濃度壓裂液配方的確定

通過室內實驗研究開發出了表界面張力低、對砂巖無吸附的高效非離子助排劑，它能促使壓裂液快速返排；針對延長油田儲層特征篩選出了配伍性好的破乳劑、殺菌劑、黏土穩定劑等添加劑，并優化出了適應于120 ℃以下不同溫度的超低濃度瓜膠壓裂液配方。通過室內實驗研究，瓜膠使用質量分數從0.30%～0.55%下降至0.15%～0.33%。

2 超低濃度瓜膠壓裂液性能評價

根據中華人民共和國石油天然氣行業標準《SY/T6376-2008壓裂液通用技術條件》，對該壓裂液體系進行了性能評價，并以90℃配方為例對比了超低濃度瓜膠壓裂液與常規瓜膠壓裂液耐溫耐剪切能力、巖心傷害率及殘渣含量。

2.1 耐溫耐剪切性能評價

配制適用于90℃超低濃度瓜膠壓裂液(瓜膠質量分數0.25%)及常規瓜膠壓裂液(瓜膠質量分數0.45%)，用RS6000流變儀在170 s-1下測試耐溫耐剪切性能，見圖1。由圖1可以看出，超低濃度瓜膠壓裂液在90℃時耐溫耐剪切性能很好，經過長時間剪切，黏度保持在250 mPa·s，遠大于行業標準，能夠滿足現場壓裂施工的需要。

圖1 90℃耐溫耐剪切性能對比

2.2 巖心傷害性能評價

按照標準《SY/T6376-2008壓裂液通用技術條件》實驗方法，對兩種壓裂破膠濾液進行的巖心基質滲透率的損害率測定情況如表1。由表1可以看出，0.25%超低濃度瓜膠壓裂液對儲層的平均傷害率明顯低于常規瓜膠壓裂液，具有很好的保護儲層作用。

2.3 殘渣含量

按照標準《SY/T6376-2008壓裂液通用技術條件》實驗方法，測試了兩種壓裂液破膠殘渣含量。實驗結果為：0.25%超低濃度瓜膠壓裂液破膠液殘渣為246.3 mg/L，0.45%常規瓜膠壓裂液破膠液殘渣為369 mg/L，超低濃度瓜膠壓裂液大大減少了對裂縫導流能力的傷害程度。

表1 壓裂液對儲層巖心傷害實驗

2.4 超低濃度瓜膠壓裂液綜合性能評價

對超低濃度瓜膠壓裂液體系的性能進行評價，結果如表2所示。由表2可以看出，研究出的超低濃度瓜膠壓裂液耐溫耐剪切性能好，與地層配伍性好，破膠徹底，殘渣含量低，對儲層巖心傷害率低，是一種低成本低傷害瓜膠壓裂液體系。

表2 超低濃度瓜膠壓裂液綜合性能評價結果

3 現場試驗情況

該超低濃度瓜膠壓裂液2013年在延長油田累計施工402井次，最高砂比40%，破膠返排液黏度小于5 mPa·s，取得了較好的增產效果。試驗井南××井施工曲線如圖2。由圖2可以看出，施工過程壓力平穩，砂比達到40%，壓裂液具有良好的攜砂性能，能夠滿足現場壓裂施工的需要。

圖2 超低濃度瓜膠壓裂液壓裂施工曲線

4 結論與建議

(1)針對延長油田開發出滿足25～ 120 ℃低滲透儲層壓裂需要的超低濃度胍膠壓裂液配方，該壓裂液綜合性能優于目前所使用的壓裂液，破膠殘渣、對地層的傷害率均有大幅的降低。

(2)該超低濃度胍膠壓裂液可以有效降低壓裂液成本，提高單井壓裂的經濟效益。

(3)該壓裂液在延長油田得到了推廣應用，取得了較好的壓裂效果，建議在國內同類低滲透儲層壓裂施工中推廣應用。

[1] 王麗偉,蒙傳幼,崔明月,等.壓裂液殘渣及支撐劑嵌入對裂縫傷害的影響[J].鉆井液與完井液,2007,24(5):59-61.

[2] 盧擁軍.壓裂液對儲層的損害及其保護技術[J].鉆井液與完井液,1995,12(5): 36-43.

[3] 盧擁軍，房鼎業，楊振周，等.黏彈性清潔壓裂液的研究與應用[J].石油與天然氣化工， 2004，33(2):113-114.

[4] 盧擁軍, 楊曉剛, 王春鵬, 等.低濃度壓裂液體系在長慶致密油藏的研究與應用[J].石油鉆采工藝,2012,34(4):67-70.

[5] 車航，楊兆中，李建召，等.華北油田高含水油藏轉向壓裂用暫堵劑研究[J].石油地質與工程，2014，28(1)：112-114.

編輯：李金華

1673-8217(2015)04-0139-03

2015-03-05

杜海軍，工程師，1985年生，2008年畢業于西安石油大學石油工程專業，現從事采油技術研究工作。

TE357

A