陽離子型雙子高粘彈壓裂液體系開發

陳亞聯，趙勇，廖樂軍

(咸陽川慶鑫源工程技術有限公司，陜西 西安 710018)

常規的水基壓裂液殘渣含量較大，對地層及充填層造成嚴重堵塞使其滲透率大幅度下降[1]。國外統計資料表明，水基壓裂液對儲層滲透傷害率平均達30%～45%[2]。

與傳統聚合物類壓裂液相比，表面活性劑清潔壓裂液使用添加劑種類少且配制工藝簡單[3-8]。雙長鏈陽離子通過聯接基將2個傳統表面活性劑分子中的親水基團連接起來，形成的新型表面活性劑表面活性基團較多，因此具有良好卷曲作用[9-11]。雙子表面活性劑具有活性高、臨界膠束濃度低等特點，形成的膠束曲率小、增粘效果明顯[12-14]。本文采用了一種陽離子型雙子表面活性劑作為壓裂液稠化劑，形成了高粘彈性良好的清潔壓裂液體系。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

PVS流變儀(布魯克菲爾德工程實驗室，INC)；MARS 40型Hark流變儀；ZNN-D6型六速旋轉粘度計；SYG-1210型恒溫水浴鍋。

1.2 實驗方法

依據SY/T 6376—2008壓裂液通用技術條件和SY/T 5107—2005水基壓裂液性能評價方法進行。

2 結果與討論

2.1 壓裂液耐溫性能

將攪拌器轉速調整至500～600 rad/min，加入2.5% DS，然后加入不同量的NaBr，攪拌至其完全溶解后再加入一定量的YFZ-1，攪拌，并觀察清潔壓裂液的蠕變交聯現象，結果見表1。

表1 不同藥劑用量清潔壓裂液交聯現象Table 1 Cross-linking of clean fracturing fluid with different dosage of reagents

由表1可知，當YFZ-1用量>0.4%時，清潔壓裂液粘度開始增加，且當壓裂液配方為2.5%DS+1.0%NaBr+0.6%YFZ-1時，效果較佳。

量取一定量上述清潔壓裂液，放入PVS流變儀中，評價壓裂液的耐溫、流變性能，結果見圖1、圖2。

圖1 2.5%雙子表面活性劑清潔壓裂液耐溫性能Fig.1 Heat resistance performance of Gemini surfactant cleans fracturing fluid by 2.5%

圖2 2.5%雙子表面活性劑清潔壓裂液流變性能Fig.2 Rheological properties of Gemini surfactant clean fracturing fluid by 2.5%

由圖1、圖2可知，當清潔壓裂液配方為2.5%DS+1.0%NaBr+0.6%YFZ-1時，壓裂液耐溫能力達120 ℃，并在90 ℃下剪切1 h，粘度均保持在80 mPa·s以上。

在剪切初期，壓裂液粘度較低，隨著剪切時間增加，壓裂液粘度有所增加，當剪切時間為10.8 min時，壓裂液粘度高達174 mPa·s。這說明雙子表面活性劑壓裂液粘度受儲能模量及耗能模量雙重因素影響，在剪切攪拌初期，隨著溫度升高(溫度<50 ℃)，儲能模量起主導作用，因此粘度呈上升趨勢，粘彈性增加。當溫度進一步上升時，儲能模量的恢復作用較小，而耗能模量損失作用較大，因此壓裂液粘度有所下降[15-16]。

2.2 壓裂液攜砂性

將含有砂粒的胍膠壓裂液及清潔壓裂液在40，60 ℃放置，測定其沉砂速度，結果見表2。

我國電子商務的發展占據了中國經濟市場的半壁江山，大數據時代推動著電子商務的經濟發展，也衍生出了新的經濟模式，其中最新型的模式就是共享經濟。我國現存的狀態是共享經濟市場和租賃服務市場混雜。本文主要研究的是正確了解共享經濟以及關于電子商務和共享經濟之間的關系。在大數據的環境下，我國電商的現狀，以及這種衍生的新經濟是否有利于中國經濟未來的發展，這是值得我們深思的問題。

表2 胍膠壓裂液與清潔壓裂液沉砂速率Table 2 Settling velocity of guanidine gum fracturing fluid and clean fracturing fluid

由表2可知，隨著溫度升高，0.35%HPG、2.5%DS壓裂液沉砂速度均有增加趨勢，但隨著溫度升高胍膠壓裂液沉砂速率增長較快，而雙子表面活性劑壓裂液沉砂速度增長幅度較小且沉降速度較慢。

2.3 壓裂液粘彈性

采用Hark Mars旋轉粘度儀對壓裂液儲能模量G＇、損耗模量G″進行測試，結果見圖3、圖4。

圖3 溫度對2.5%雙子表面活性劑清潔壓裂液模量的影響Fig.3 The effect of the modulus by temperature for 2.5%Gemini surfactant clean fracturing fluid

由圖3可知，當溫度開始升高時，表面活性劑壓裂液一方面受到剪切作用，另一方面溫度升高會使表面活性劑分子的運動加劇，形成的膠束強度增加，因此彈性模量略有上升。隨著溫度進一步升高，剪切時間不斷增加，此時剪切作用大于膠束增強補償作用，因此彈性模量降低。總之，隨著溫度升高，雙子表面活性劑壓裂液儲能模量呈先增長后降低的趨勢，損耗模量呈增長趨勢，但儲能模量總是大于損耗模量，表明該壓裂液具有良好的彈性。

圖4 雙子表面活性劑粘彈性Fig.4 Viscoelastic of Gemini surfactant clean fracturing

由圖4可知，當f<10 rad/s時，G＇>G″，且G＇>0.1 Pa，根據Homffmann提出的粘彈性測試方法可知，該壓裂液具有良好的粘彈性[17-18]。

2.4 壓裂液破膠性

向配制好的清潔壓裂液中分別加入5%凝析油、原油，分別在70，80，90 ℃下放置1.5 h，考察壓裂液在不同溫度條件下的破膠性能，結果見表3。

表3 不同溫度下清潔壓裂液破膠實驗Table 3 Gel breaking experiment of clean fracturing fluid at different temperature

由表3可知，清潔壓裂液分別與5%凝析油、5%原油反應1.5 h后破膠效果良好，但凝析油破膠效果要優于原油。當溫度從70 ℃增加至90 ℃時，使用5%凝析油破膠時破膠液粘度從2.998 mPa·s降至1.772 mPa·s，使用5%原油破膠時破膠液粘度從3.274 mPa·s降至1.892 mPa·s。

2.5 壓裂液助排性

采集不同溫度破膠液，測定其表界面張力，結果見表4、表5。

表4 5%凝析油破膠液表、界面張力Table 4 The surface and interfacial tension of gel breaking liquid with 5% condensate

表5 5%原油破膠液表、界面張力Table 5 The surface and interfacial tension of gel breaking liquid with 5% crude

由表4、表5可知，該壓裂液破膠液表面張力<24.916 mN/m，界面張力<1.904 mN/m，達到壓裂液通用技術要求，具有良好的助排作用。

2.6 巖心傷害實驗

將清洗處理好的同一井位的天然巖心抽真空、飽和，然后在70 ℃下進行壓裂液傷害實驗，結果見表6。

表6 瓜膠壓裂液與清潔壓裂液巖心傷害Table 6 Core damage of gum fracturing fluid and clean fracturing fluid

由表6可知，雙子表面活性劑清潔壓裂液破膠液巖心傷害率約為7.79%，0.35%胍膠壓裂液破膠液巖心傷害率約為32.85%，表明雙子清潔壓裂液對儲層傷害較之胍膠壓裂液小。胍膠壓裂液為天然高分子壓裂液，因此在破膠液存在一定量的水不溶物和未完全破膠的高分子，易形成殘渣，故而巖心傷害率較高；雙子表面活性劑壓裂液稠化劑為人工合成物，且分子量較小，破膠后殘留物極少，所以巖心傷害率較低。

3 結論

(1)雙子表面活性劑清潔壓裂液具有良好耐溫性能。當清潔壓裂液配方為2.5%DS+1.0%NaBr+0.6%YFZ-1時，其耐溫能力為120 ℃，在90 ℃下剪切1 h，粘度穩定在80 mPa·s以上。

(2)當f<10 rad/s時，G＇>G″，且G＇>0.1 Pa，壓裂液粘彈性較好。

(3)雙子表面活性劑清潔壓裂液遇到凝析油或原油破膠良好，破膠液粘度小于3.274 mPa·s，表界面張力分別低于25，2.0 mN/m，破膠、助排性能較佳。

(4)雙子表面活性劑清潔壓裂液巖心傷害率為7.79%，對地層傷害較之胍膠壓裂液低，有利于保持壓裂增產改造的效果。