復合壓裂液耐溫性的影響因素研究

鄒鵬，楊庭安，任秋軍（中石油渤海鉆探井下技術服務分公司，天津大港　300283）

復合壓裂液耐溫性的影響因素研究

鄒鵬，楊庭安，任秋軍
（中石油渤海鉆探井下技術服務分公司，天津大港300283）

采用具有冷水可溶性的改性淀粉與羥丙基胍膠作為復合稠化劑，輔以其它添加劑，制備了一種新型水基復合壓裂液。利用高溫高壓流變儀研究了交聯(lián)劑、溫度穩(wěn)定劑與稠化劑加量對復合壓裂液耐溫性影響規(guī)律。結(jié)果表明，使用有機硼鋯作為壓裂液的交聯(lián)劑時，在170 s-1剪切速率下，凍膠粘度穩(wěn)定，耐溫能力達160℃；另外，溫度穩(wěn)定劑硫代硫酸鈉較鄰苯二胺更能顯著改善復合壓裂液的耐溫性能。

復合稠化劑；改性淀粉；水基壓裂液；交聯(lián)液；耐溫性

水力壓裂是油氣井增產(chǎn)、水井增注的重要措施［1-3］。作為主要組分的稠化劑一直是壓裂液領域研究的重點和熱點。目前使用的胍膠、田菁膠、香豆膠等水基壓裂液稠化劑不僅價格高，而且由于水不溶組分含量高、破膠不徹底、不溶性殘渣含量高及與地層水不配伍而易引起油層傷害，造成壓裂增產(chǎn)效果差［4-8］。因此，研制質(zhì)優(yōu)價廉的壓裂液稠化劑勢在必行。玉米淀粉來源廣泛，價格低廉。若將改性淀粉與胍膠進行復合，將降低胍膠使用量，降低成本及減輕對地層的傷害。周亞軍報道了以玉米變性淀粉與植物膠XDF作為復合稠化劑制備了一種水力壓裂液，其表現(xiàn)出較優(yōu)異的性能，但該壓裂液只適合于80℃以下的地層條件下使用［9］。本文研制了一種經(jīng)預糊化處理的醋酸酯化與磷酸酯化改性淀粉稠化劑，將其與羥丙基胍膠復合，制備了一種新型的復合稠化劑水力壓裂液，并研究了顯著提高其耐溫性能的方法。

1　試驗部分

1.1試劑與儀器

醋酸酯與磷酸酯改性淀粉（預糊化處理，冷水可溶、極低殘渣，實驗室自制）；羥丙基胍爾膠（中石油昆山公司）；有機硼及有機硼鋯交聯(lián)劑（實驗室自制）；氯化鉀、碳酸鈉、硫代硫酸鈉、鄰苯二胺（國藥集團化學試劑有限公司）；氟碳助排劑（上海福田化工科技有限公司）；殺菌劑（新鄉(xiāng)市申亞化工有限公司）；鐵離子穩(wěn)定劑（盤錦富隆化工有限公司）。RT-20型旋轉(zhuǎn)流變儀：德國哈克公司；吳茵混調(diào)器（北京探礦研究所）。

1.2實驗方法

1.2.1復合壓裂液的制備在吳茵混調(diào)器內(nèi)以表1的配方配制復合壓裂液，先配制基液，待稠化劑完全溶脹，最后加入交聯(lián)劑。

1.2.2復合壓裂液耐溫性測試采用HAAKE RT-20型旋轉(zhuǎn)流變儀在不同設定溫度下測試復合壓裂液表觀粘度變化情況。該實驗的升溫程序為：50 mL左右復合交聯(lián)液從室溫快速升溫至第一段設定溫度，恒溫2 h；第一段升溫結(jié)束后，交聯(lián)液不取出，繼續(xù)從第一段設定溫度升溫至第二段設定溫度，恒溫2 h；依次規(guī)律升溫并恒溫2 h。

2　結(jié)果與討論

2.1交聯(lián)劑對復合壓裂液耐溫性的影響

選用有機硼作為復合稠化劑（羥丙基胍膠與改性淀粉復合）壓裂液的交聯(lián)劑，制備了1號配方的壓裂交聯(lián)液，其粘溫曲線（見圖1）。圖1表明，在剪切速率為170 s-1及溫度在100℃左右，交聯(lián)液1在連續(xù)剪切2 h的粘度保持在40 mPa·s～50 mPa·s，不能滿足壓裂液通用技術標準要求。

圖1　壓裂交聯(lián)液1的粘溫曲線（試驗配方1）

為了提高復合壓裂液的耐溫性能，在相同的配比下，以有機硼鋯交聯(lián)劑代替有機硼，制備了2號配方的壓裂交聯(lián)液，其粘溫曲線（見圖2）。圖2表明，復合交聯(lián)液2在剪切速率為170 s-1及溫度在100℃～160℃范圍內(nèi)，復合交聯(lián)液在剪切2 h后粘度保持在50 mPa·s以上，基本符合壓裂液通用技術標準要求。不同溫度下對應的粘度值分別為：100℃，75 mPa·s～80 mPa·s；120℃，80 mPa·s～90 mPa·s；140℃，75 mPa·s～80 mPa·s；160℃，50 mPa·s～60 mPa·s。可見，該配方的復合交聯(lián)液的耐溫性達到了160℃。相比于有機硼，有機硼鋯交聯(lián)劑顯著提高了復合壓裂液的耐溫性。

2.2溫度穩(wěn)定劑對復合壓裂液耐溫性的影響

在其它組成相同的情況下，分別測試了不添加溫度穩(wěn)定劑（見圖3）、添加溫度穩(wěn)定劑鄰苯二胺（見圖4）與硫代硫酸鈉（見圖2）的復合壓裂交聯(lián)液的粘溫曲線。圖3表明，不添加溫度穩(wěn)定劑復合壓裂交聯(lián)液3在170 s-1及80℃左右，連續(xù)剪切2 h后粘度勉強保持在50 mPa·s以上。圖4表明，在添加鄰苯二胺作為復合壓裂液4的溫度穩(wěn)定劑后，其耐溫能力達到了140℃。不同溫度下對應的粘度值分別為：100℃，75 mPa·s～90 mPa·s；120℃，60 mPa·s～70 mPa·s；140℃，50 mPa·s～55 mPa·s。圖2表明，以硫代硫酸鈉作為復合壓裂液2的溫度穩(wěn)定劑后，其耐溫能力提高到160℃。可見，在這種復合壓裂液體系中，溫度穩(wěn)定劑對耐溫性的貢獻程度為：硫代硫酸鈉＞鄰苯二胺＞不添加溫度穩(wěn)定劑。

表1試驗配方

圖3壓裂交聯(lián)液3的粘溫曲線（試驗配方3）

圖4　壓裂交聯(lián)液4的粘溫曲線（試驗配方4）

2.3稠化劑對復合壓裂液耐溫性的影響

為了研究稠化劑加量對復合壓裂液耐溫性的影響，在交聯(lián)液2的配方基礎上，增加羥丙基胍膠加量至0.3％，得到配方5，其粘溫曲線（見圖5）。從圖5中可以看出，幾種溫度對應的粘度值分別為：100℃，240 mPa·s～340 mPa·s；140℃，80 mPa·s～90 mPa·s；160℃，50 mPa·s～65 mPa·s。其耐溫能力達到160℃。與圖2比較可知，稠化劑加量對復合壓裂液耐溫性沒有影響，但其加量越大，壓裂交聯(lián)液的粘度值越高。

3　結(jié)論

以具有冷水可溶性的改性淀粉與羥丙基胍膠作為復合稠化劑，輔以其它添加劑，制備了一種新型壓裂液。該新型壓裂液中羥丙基胍膠的加量較低（0.2％～0.3％），降低了壓裂液的使用成本；其耐溫性優(yōu)良，可達160℃，可滿足大港油區(qū)大部分油氣井井溫要求。論文著重研究了該新型復合壓裂液的耐溫性能影響因素，高溫有機硼鋯交聯(lián)劑與溫度穩(wěn)定劑的添加能夠顯著提高復合壓裂液的耐溫性能。

［1］李秀花，陳進富，佟曼麗.近期國內(nèi)外水基壓裂液添加劑的發(fā)展概況［J］.石油與天然氣化工，1995，24（1）：12-17.

［2］崔明月.水基壓裂液添加劑的應用與評價［J］.油田化學，1997，14（4）：377-383.

［3］盧擁軍.九十年代國外壓裂液技術發(fā)展的新動向［J］.石油與天然氣化工，1998，27（2）：115-118.

［4］楊秀夫，劉希圣，陳勉，等.國內(nèi)外水力壓裂技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.鉆采工藝，1998，21（4）：21-25.

［5］寧廷偉，等.勝利油田開發(fā)和應用的水基壓裂液及其添加劑［J］.油田化學，1995，12（1）：84-87.

［6］楊秀夫，劉希圣，陳勉，等.國內(nèi)外水力壓裂技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.鉆采工藝，1998，21（4）：21-25.

［7］管保山，薛曉佳，何治武，等.低分子量合成聚合物壓裂液研究［J］.油田化學，2006，23（1）：36-37.

［8］周亞軍，王淑杰，于慶宇，等.玉米變性淀粉壓裂液稠化劑的研制［J］.吉林大學學報（工學版），2003，33（3）：64-67.

Influence research of temperature-stable ability of complex fracturing fluid

ZOU Peng，YANG Ting'an，REN Qiujun
（Downhole Technology Service Company，Bohai Drilling Engineering Company Limited，CNPC，Dagang Tianjin 300283，China）

A novel water-based fracturing fluid was prepared by using mixing hydroxypropylguar gum and modified starch with solubility in cold water，and adding the other additives. Effects of cross-linking agents，temperature stabilizers and thickening agents on temperature-stable ability of complex fracturing fluids were investigated via rheometer with high temperature and high pressure.Results showed that the cross-linking fracturing fluid had a good viscosity stability and temperature-stable ability reach 160℃at shear rate of 170 s-1，when organic boron zirconium cross-linking agent was used.In addition，temperature-stable ability could be observably improved by adding sodium thiosulfate comparing with ophenylenediamine.

complex thickener；modified starch；water-based fracturing fluids；cross-linking fluids；temperature-stable ability

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.006

TE357.1+2

A

1673-5285（2015）01-0022-04

2014－10-25

鄒鵬，男（1982-），2012年畢業(yè)于華中科技大學，博士，工程師，現(xiàn)從事增產(chǎn)措施改造及油田化學的相關研究工作。