新型低傷害非植物膠壓裂液的研制及在大慶油田的應用

李　君

(中國石油大慶油田有限責任公司井下作業分公司，黑龍江大慶 163453)

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新型低傷害非植物膠壓裂液的研制及在大慶油田的應用

李君

(中國石油大慶油田有限責任公司井下作業分公司，黑龍江大慶 163453)

針對目前植物膠壓裂液對儲層傷害大、成本高的問題，開展了新型低傷害非植物膠壓裂液體系。通過室內實驗研究，優選出了性能優良的WH928聚合物增稠劑和DX-2交聯劑，研制出了殘渣含量低、剪切性能好、防膨能力強的40 ℃～90 ℃新型低傷害非植物膠壓裂液體系配方。該壓裂液體系在大慶油田現場試驗38口井，壓裂增產效果良好。

大慶油田；非植物膠壓裂液；增稠劑；交聯劑

壓裂液性能是影響壓裂效果的關鍵因素之一,壓裂液對儲層造成的二次傷害是油氣田開發必須解決的關鍵問題[1-5]。目前常用的水基壓裂液增稠劑為天然植物膠為主，但植物膠壓裂液體系添加劑種類繁多,配液程序復雜,水不溶物較多,對地層傷害較大，影響壓后增產效果[6-8]。

非植物膠壓裂液體系主要包括清潔壓裂液和聚合物壓裂液，清潔壓裂液與同等溫度下的聚合物壓裂液相比成本高，冬季不好存放，易結冰，影響配液，無法推廣應用[9]；而常用的聚合物壓裂液具有水溶性不好、配液困難、不耐溫、剪切穩定性差、泵送時降解嚴重等問題[10-11]。為此，需要研制出新型低傷害非植物膠壓裂液體系。

1　低傷害非植物膠壓裂液體系的研究

1.1增稠劑的研究

通過對20余種水溶性聚合物的初步篩選評價，優選出WH928聚合物增稠劑。該產品的分子具有類似球形的緊湊結構，分子內存在空腔且含有大量官能性的端基，對其進行修飾可以改善其在各類溶液中的溶解性，黏度比同分子量的線性分子低。同時該聚合物分子間無纏結，支化點多，具有高度支化的樹枝型分子結構。雖然這種聚合物的性質介于樹形分子和線性分子之間，但由于該聚合物的成本低，合成簡單，可以規模化生產，所以其在大量使用時，具有成本優勢。在稠化劑的合成過程中，引入了磺酸抗鹽單體，以適應各地區水質的不同，同時還引入大分子疏水單體，尤其是引入支鏈劑，用以改變線性分子結構成為枝型分子結構，使其具有很強的抗溫和耐剪切性。

1.2交聯劑的研究

通過對不同種類交聯劑的研究，非植物膠壓裂液與DX-2交聯最好，能形成可以完全挑掛、有彈性的凍膠。在制備聚合物時，引入的端基含有大量羧基-COO-，而羧基形成的極性鍵和配位鍵與DX-2中的高價離子形成的羥橋絡離子發生了反應，生成凍膠。

1.3破膠劑的研究

破膠好壞直接影響壓裂效果。由于40 ℃時壓裂液最不易破膠，因此以40 ℃配方為例，對破膠劑進行研究。通過對5種破膠劑的研究，篩選出DX-P作為低傷害非植物膠壓裂液破膠劑，并確定其質量分數為0.1%時，能滿足凍膠在5小時完全破膠的要求。

1.4其它添加劑的優選

針對不同低滲透儲層及流體物性特點, 實驗優選了與非植物膠基液高效匹配的助排劑、 黏土穩定劑、 破乳劑、 降濾失劑等系列添加劑。

2　低傷害非植物膠壓裂液性能評價

按照配方體系，研制出了不同溫度條件下的低傷害非植物膠壓裂液。室內實驗評價結果表明，低傷害非植物膠壓裂液各項性能指標,符合《壓裂液通用技術條件》(ST / Y6376-2008)。低傷害非植物膠壓裂液具有優良的耐溫抗剪切性能, 利于造縫及攜砂(圖1); 壓裂液黏度低,表界面張力低， 利于返排(表1)；對巖心的傷害率比改性植物膠小(表2)。

圖1　不同溫度非植物膠壓裂液的剪切黏度

表1　不同溫度非植物膠壓裂液破膠性能

表2　壓裂液對巖心傷害結果

3　低傷害非植物膠壓裂液體系應用

3.1低傷害非植物膠壓裂液體系的適用性

低傷害非植物膠壓裂液在大慶油田現場試驗38口井，共壓裂110層，壓裂儲層滲透率(1.9～1056)×10-3μm2。把滲透率分為大于720×10-3μm2，(450～720)×10-3μm2，(1.9～450)×10-3μm2三個區間，對現場110層壓裂施工情況進行分析，結果表明：在儲層滲透率大于720×10-3μm2時，施工的兩口井均出現砂堵；在儲層滲透率為(450～720)×10-3μm2的壓裂井中，當砂比大于35%時能正常完成加砂，但砂堵風險偏大；在滲透率小于450×10-3μm2時，由于地層濾失量小，施工成功率高，因此非植物膠壓裂液適合于該地層。

3.2新型低傷害非植物膠壓裂液的壓裂效果

在大慶油田現場施工38口井，試驗井初期日增油4.73 t,增油強度1.12 t/(d·m)；對比井初期日增油5.25 t，增油強度1.02 t/(d·m)。非植物膠壓裂液初期日增油比植物膠壓裂液低，但8個月后非植物膠壓裂液施工的井始終稍高于植物膠壓裂液(圖2)。其原因主要是聚合物壓裂液前置液濾失量較大，隨著不斷生產，濾液慢慢排出，地層傷害得到恢復。由此可見，新型低傷害非植物膠壓裂液壓裂增油效果良好。

圖2　試驗井日增油-時間關系

4　結論

(1)WH928聚合物作為增稠劑，可以滿足現有配制工藝和壓裂施工工藝，并有效地降低了壓裂液成本。

(2)優選出DX-2交聯劑，形成了40～90 ℃的新型非植物膠壓裂液體系配方。

(3)新型非植物膠壓裂液具有優良的耐溫抗剪切性能, 利于造縫及攜砂; 破膠效果好, 破膠液黏度低；表界面張力低，利于返排,對儲層傷害小。

(4)低傷害非植物膠壓裂液在大慶油田滲透率小于450×10-3μm2的儲層壓裂改造中，增油效果良好。

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編輯：劉洪樹

1673-8217(2016)04-0129-02

2016-01-15

李君，工程師，1980年生，2004年畢業于中國石油大學(華東)應用化學專業，現從事壓裂液研究與開發工作。

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