支撐劑酸溶解度測試過程影響因素探討

王光，任龍強

支撐劑酸溶解度測試過程影響因素探討

王光，任龍強

（北京昆侖隆源石油開采技術有限公司，北京 102200）

根據行業推薦標準《水力壓裂和礫石填充作業用支撐劑性能測試辦法》（SY/T 5108—2014）規定的酸溶解度測試方法，通過支撐劑酸溶解度實驗數據對比，對測試過程影響因素進行了實驗研究。經對實驗結果的分析，發現操作過程中的影響項因素較多，其中粒徑、支撐劑在燒杯內的狀態、過濾時水洗情況等對測試結果影響較大。

壓裂；支撐劑；酸溶解度；測試過程

壓裂措施效果對油氣井產能有直接的影響[1]，其中酸化壓裂是國內外低滲透油氣藏增產增注提高采收率的有效措施之一。支撐劑是壓裂過程中的關鍵材料，是保持裂縫高導流能力的重要載體[2]。酸溶解度作為支撐劑的評價指標之一[3]，可用《水力壓裂和礫石充填作業用支撐劑性能測試方法》（SY/T 5108—2014）[4]進行評價。實驗的目的是用以確定支撐劑在遇到酸時的適宜性，同時測定支撐劑中碳酸鹽、長石、氧化鐵、泥質等可溶物質的含量[5-6]。

1 實驗方法

1.1 實驗材料

600～300、 425～212、212～106 μm石英砂支撐劑，北京昆侖隆源石油開采技術有限公司；鹽酸（37%），分析純，天津市大茂化學試劑廠；氟化氫銨（98%），分析純，天津市大茂化學試劑廠；濾紙，φ70 mm；玻璃干燥器；秒表，精確度0.01 s。

1.2 實驗方法

具體實驗方法參照《水力壓裂和礫石充填作業用支撐劑性能測試方法》（SY/T 5108—2014）中酸溶解度的測試方法。

1.3 表面積計算

支撐劑顆粒為圓球度較高且表面微孔不發達的近似球體，因此支撐劑的比表面積可根據球體的比表面積計算公式進行計算。

w=6/()。 （1）

式中：w—比表面積，cm2·g-1；

—樣品的絕對密度，g·cm-3；

—樣品的平均直徑，cm。

2 影響因素探討

2.1 粒徑

對同一批次原料生產出的600～300、425～212、212～106 μm 3種粒徑規格的產品，按照行業推薦標準中規定的測試方法對樣品進行篩析實驗，結果如表1所示，3種樣品均為篩析合格產品。

表1 不同粒徑規格樣品的篩析

不同粒徑規格樣品比表面積對酸溶解度影響如表2所示。由表2可知，隨著粒徑的減小，酸溶解度明顯增加。根據粒徑分布計算出3種樣品的平均直徑，同時依據公式（1）計算出支撐劑的比表面積。

表2 不同粒徑規格樣品比表面積對酸溶解度影響

由表2中可以看出，隨著樣品粒徑規格減小，比表面積隨之增加，酸溶解度也隨之增加，分別為3.37%、4.26%、6.16%，趨勢與比表面積變化一致。分析可得，粒徑規格的不同造成了比表面積較大差異，從而造成了酸溶解度測試過程中支撐劑與酸液的接觸面積增加，最終造成小粒徑樣品的酸溶解度明顯高于大粒徑樣品。因此可判斷相同材質的支撐劑受粒徑規格影響較大[7]。

同一批次原料生產出的粒徑分布不同的同規格產品，按照行業推薦標準中規定的測試方法對樣品進行篩析實驗，結果如表3所示。3種樣品均為篩析合格產品。同時樣品4粗粒徑較多，樣品2次之，樣品5細粒徑較多。

表3 同粒徑規格樣品篩析

同規格樣品比表面積對酸溶解度影響如表4所示。由表4可以看出，粗粒徑較多的4號樣品酸溶解度最低，細粒徑較多的樣品5次之。這再次證明粒徑分布情況對支撐劑的酸溶解度影響較大。因此，在支撐劑酸溶解度測試過程中樣品的代表性至關重要。

表4 同規格樣品比表面積對酸溶解度影響

2.2 支撐劑倒入酸液內方式

根據行業推薦標準中規定，不同測試人員的操作習慣差異，可能存在支撐劑加入酸液內的方式不同，因此進行了3種不同的加入方式對酸溶解度的影響的探究，結果如表5所示。

表5 支撐劑倒入酸液內方式對酸溶解度影響

從表5可以看出，同一樣品按照沿燒杯壁倒入、在燒杯中心倒入、在燒杯內均勻撒入測試出3種不同的結果，分別為4.26%、4.76%、5.11%。實驗過程中觀察發現支撐劑在燒杯底部鋪開的面積依次增加，與支撐劑的酸溶解度結果一致。

酸溶解度測試過程酸液與支撐劑的可溶物相比酸液過量的，同時反應時間有限與反應溫度不高，酸液的分子運動不劇烈，不足以使遠離支撐劑樣品堆的酸分子及時移動至支撐劑堆內部，因此在反應一段時間后支撐劑堆內部顆粒周邊的酸液濃度較低，反應受限，造成內部顆粒相對溶解量較少，外部顆粒相對溶解量較多，最終造成支撐劑在酸液內堆積所占面積越小酸溶解度越低[8]。

2.3 酸液的存放時間

實際操作過程中較多的實驗員為了減少酸液的浪費，將余下的酸液保存繼續使用，因此進行了酸液放置時間對酸溶解度影響的實驗，結果如表6所示。

表6 酸液存放時間對酸溶解度影響

從表6中可以看出，隨著酸液放置時間的增加，測得的酸溶解度逐漸降低，酸溶解度由4.26%降到了3.81%。分析可得，酸液中大部分為易揮發的HCl，隨著放置時間的增加HCl不斷地揮發，最終導致酸液的濃度降低，從而影響支撐劑的酸溶解度測試結果。因此在測試支撐劑酸溶解度時為了保證測試結果的準確性，酸液需要現用現配，短時間存放時最好密封保存，以減少酸液的揮發。

2.4 水浴鍋內水量

在滿足行業推薦標準規定的測試方法情況下，通過實驗發現加熱用水浴鍋內的水量對支撐劑酸溶解度的測試結果具有一定影響，如表7所示。從表7可以看出，水浴鍋內的水較多，燒杯處于漂浮狀態時支撐劑的酸溶解度為4.95%，燒杯在水浴鍋內平穩放置時支撐劑的酸溶解度較低，分別為4.26%和4.21%。

燒杯在水浴鍋內漂浮，造成燒杯內的支撐劑和酸液相對位移，相當于增加了酸液與支撐劑的接觸機會，從而酸溶解度增加。而水浴鍋內水量適中或略微少時，燒杯在水浴鍋內平穩放置，支撐劑與酸液的相對位移較小，因此酸溶解度降低。

水浴鍋內水量適中與略微少時，均足以在支撐劑顆粒堆以上，保證了水浴過程支撐劑與酸液幾乎無相對位移，同時足以保證酸液的溫度，從而酸溶解度相差不大。

2.5 過濾時用水沖洗量

過濾的實際操作中可能會存在水用完，pH值不為中性的情況下。通過實驗發現，在未抽干前進行下次沖洗時，用20 mL的蒸餾水清洗過濾設備中的樣品3次，最終pH值不為中性，需要再進行加水沖洗，最終洗至中性，測得的酸溶解度為4.93%。每次加水前先將過濾器內液體抽干，然后在進行沖洗，最終實現用20 mL的蒸餾水清洗過濾設備中的樣品3次，pH值為中性，測得的結果為4.26%，如表8所示。因此，過濾過程中需要將過濾器內溶液完全抽干后再進行下次沖洗[9-10]。

表8 過濾過程對酸溶解度影響

3 結 論

對支撐劑酸溶解度測試過程中情況進行了實驗研究，發現支撐劑的粒徑、支撐劑倒入酸液的方式、酸液放置時間、水浴鍋內水量、過濾過程均對支撐劑酸溶解度測試的最終結果產生影響，其中粒徑規格影響最大。因此，對支撐劑酸溶解度的測試有如下建議：

1）取樣時需要保證樣品的代表性，避免樣品粒徑分布變化。

2）將樣品倒入裝有酸液燒杯時，注意加入方式，保證測試結果的可比性。

3）酸液盡量現配現用，減少存放時間，如果短時間存放需要密封保存。

4）水浴鍋內的液面保證在燒杯內酸液的液面附近，不能過多或者過少。

5）過濾時待過濾器內的水抽干后進行下次沖洗。

［1］王寶軍，董小剛.油田低產低效井酸化增產酸液體系配方[J].當代化工，2020，49（10）：2251-2259.

［2］李小剛，廖梓佳，楊兆中，等.壓裂用支撐劑應用現狀和研究進展[J].硅酸鹽通報，2018，37（6）：1920-1923.

［3］楊紅英，胡科先，張華.陶粒支撐劑質量監督檢驗分析[J].石油工業技術監督，2018（8）：17-19.

［4］ SY/T 5108—2014，水力壓裂和礫石充填作業用支撐劑性能測試方法[S].

［5］營虎虎，張智平，烏永兵，等.檢測壓裂用支撐劑酸溶解度影響因素的研究[J].遼寧化工，2015，44（9）：1062-1065.

［6］張貴玲.影響壓裂支撐劑酸溶解度檢測結果的因素分析[J].石油工業技術監督，2013，29（1）：31-33.

［7］楊雪，袁旭，何小東，等.酸液溶蝕作用對支撐劑性能的影響[J].斷塊油氣田，2021，28（1）：68-71.

［8］潘文啟，姚亮，楊紅英，等.壓裂支撐劑檢驗質控探討[J].石油工業技術監督，2014（8）：54-56.

［9］董立全，呂小明，劉俊玲，等.支撐劑行業新標準對石英砂支撐劑的影響探討[J].石油工業技術監督，2017，33（4）：33-36.

［10］愛莉，張宸，陳維余，等.支撐劑酸溶解度檢測過程的質量控制[J].石油工業技術監督，2019，35（10）：49-50.

Discussion on Influencing Factors of Proppants Acid Solubility Test Process

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（Beijing Kunlun Longyuan Oil Exploitation Technology Co., Ltd., Beijing 102200, China）

According to the acid solubility test method specified in the industry recommended standard SY/T 5108—2014 "Measurement of properties of proppants used in hydraulic fracturing and gravel-packing operations", through the comparison of proppant acid solubility experimental data,the influencing factors of the test process were studied. Through the analysis of the experimental results, it was found that there were many influencing factors in the process of operation,among which the particle size, the state of proppant in the beaker, and the water washing during filtration had great influence on the test results.

Hydraulic fracturing; Proppant; Acid solubility; Test process

2021-05-13

王光（1985-），男，北京市人，中級工程師，碩士， 2011年畢業于中國礦業大學（北京）應用化學專業，研究方向：支撐劑研發。

任龍強（1981-），男，羌族，工程師，學工商管理碩士，研究方向：支撐劑開發及應用。

TE357

A

1004-0935（2021）12-1807-03