压裂液现场快速检测方法的研究与应用

洪怡春 鲁 楠 李建阁

中国石油大庆油田有限责任公司 采油工程研究院 (黑龙江 大庆 163453）

压裂液现场快速检测方法的研究与应用

洪怡春 鲁 楠 李建阁

中国石油大庆油田有限责任公司 采油工程研究院 (黑龙江 大庆 163453）

压裂是重要的油田增产措施，压裂液的性能直接关系到压裂措施效果，为保证现场应用效果，需加强压裂液的现场质量监控。但常规检测方法需要36h，难以在压裂施工之前对压裂液质量进行有效的控制。为此研究了压裂液现场快速检测方法，把压裂液检测时间控制在50min以内，为实现压裂液质量现场监督提供了方便快捷、可操作性强的检测方法。

压裂液 快速检测 质量监控

压裂是重要的油田增产措施，压裂液的质量直接影响压裂施工效果,甚至严重影响油气的产量。由于现场施工环境的改变,配液条件以及搅拌程度的不同等诸多因素的影响,压裂液性能与室内研究结果存在较大差异,对压裂液进行现场质量监测是十分必要的[1]。

压裂液的质量检验一般是在施工现场抽取压裂液样品，按照SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》进行常规检测，常规方法耗时较长，至少需要36h。压裂施工是一个需要多部门配合的复杂过程，需调动大量的人员和车组，且压裂液配制完成后易腐败变质，无法在压裂液常规检验完成后再开始施工。目前对压裂液的质量检测主要是配液前对配制用水及其他原料进行监测。压裂液配制完成后，施工前的现场质量监测仅限于测定基液黏度和交联挑挂性能[1,2]，不能反映压裂液主要性能，如果压裂液不合格，造成的伤害将无法挽回。因此，结合现场实际情况，开展压裂液快速检测方法研究，将检验时间控制在1h之内，在施工前完成压裂液检测，真正实现现场质量监控。

1 压裂液快速检测参数的确定

按照SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》，常规压裂液检测主要包括以下参数：基液黏度、基液密度、交联时间、冻胶耐温耐剪切能力、破胶液黏度、破胶液表界面张力、压裂液与地层原油破乳率、残渣含量等。根据所需检验时间将这些参数分为3类：能在1h之内检验完成的参数、破胶后能在1h内完成的参数、按常规方法难以在破胶后1h内完成的参数。

1.1 能在1h内完成的性能参数

这类参数包括基液黏度、基液密度、耐温耐剪切能力。

（1）基液黏度。基液黏度是指未交联的压裂液基液在170s-1下的黏度，可用6速旋转黏度计在100r/ min下进行测定，几分钟即可完成，是最基本的控制压裂液质量的参数。

（2）基液密度。基液密度是指未交联的压裂液基液在室温下的密度，可用数显密度计方便地进行测量，此项指标对现场施工效果没有直接影响，也可略去。

（3）耐温耐剪切能力。此项指标主要表现冻胶抗剪切的能力和悬砂能力，一般用压裂液在储层温度、170s-1下连续剪切一段时间后的黏度来表征，通常用流变仪进行测定。要实现现场检测关键是为流变仪提供稳定的电源和良好的工作环境。

（4）交联时间。此项指标表现压裂液从基液转变为冻胶的时间，通常用秒表测定，比较简单易行。

1.2 破胶后能在1h之内完成的项目

这类参数包括破胶液黏度、破胶液表界面张力。按照常规方法，破胶时间约需4～12h，这类指标要实现快速检测的关键是在不影响检测结果的条件下快速破胶得到水化液。

（1）破胶液黏度。破胶液黏度指破胶水化液在170s-1下的黏度，一般在5mPa·s以下，用6速旋转黏度计很难得到准确结果，可用毛细管黏度计进行测定。但由于破胶剂用量加大，温度升高，快速破胶后的破胶液黏度不能准确体现实际情况，因此不将此项列为快速检测参数。

（2）破胶液表界面张力。此指标主要表现破胶液返排性能，破胶后几分钟内即可完成，快速检测主要考虑过量破胶剂和高温对实验结果的影响。

1.3 破胶后在1h之内难以完成的项目

（1）破乳率。SY/T 6376-1998按照《压裂液通用技术条件》，破乳时间应为1h，再加上加温时间、乳化时间，破胶后至少仍需90min，如人为缩短乳化和破乳时间，检验结果就会失去意义，因此不将此项列为快速检测参数。

（2）残渣含量。SY/T 5107-2005按照《水基压裂液性能评价方法》，进行压裂液残渣含量测定需在压裂液破胶后对破胶液进行离心分离，然后烘干至恒重。用传统的离心瓶法烘至恒重至少需要12h，因此必须采用其它方法分离和烘干残渣，或用其它指标间接反应残渣含量。

（3）岩心伤害率。按照常规检验方法，除去准备岩心的时间，收集足够的压裂液滤液至少需要4h，进行岩心驱替和伤害实验至少需要4h，驱替和伤害的时间是不可压缩的，因此不将此项列为快速检测参数。

通过上述分析，根据压裂液参数的重要性和现场检验的可行性，确定压裂液快速检测方法的主要参数为：基液黏度（直接体现配液质量）、冻胶耐温耐剪切能力（表征携砂性能）、破胶液表面张力、界面张力（表征返排性能）、残渣含量（表征压裂液对储层及填砂裂缝的伤害程度）。

2 压裂液快速检测方法的确定

压裂液快速检测方法的主要参数确定以后，通过室内实验确定能在1h之内完成的快速检测方法。

2.1 基液黏度和冻胶耐温耐剪切能力的测定方法

基液黏度和冻胶耐温耐剪切能力采用常规方法即可在40min内完成。

（1）基液黏度测定方法。用6速旋转黏度计在室温170s-1下进行测定，5min内完成。

（2）冻胶耐温耐剪切能力测定方法。按照《SY/T 5107-2005水基压裂液性能评价方法》，实验温度从30℃开始，控制升温速度为3.0±0.2℃/min，直到升至地层温度，剪切速率设为170s-1，冻胶剪切时间为压裂施工时间，如施工时间超过30min，则按30min进行测试[3]。

2.2 残渣含量和破胶液表界面张力的快速检测方法

按照常规检验方法，残渣含量和破胶液表界面张力都需要在压裂液冻胶破胶后进行测定，测定残渣含量还需将残渣离心分离并烘干至恒重[3]，至少需要36h以上。若要在1h内完成表界面张力和残渣含量的测定，破胶时间和残渣分离恒重时间都必须控制在30min以内，因此加快检验速度的关键是压裂液快速破胶和残渣的快速分离干燥。

（1）压裂液快速破胶方法。按照常规检验方法，破胶实验是将交联剂加入到基液中配制成压裂液冻胶，在地层温度下恒温破胶[3]。破胶速度和温度及破胶剂浓度有关，加入过量的破胶剂，提高破胶温度可大大加快破胶速度。考虑到测定压裂液残渣和表界面张力需要的是破胶水化液，其结果与交联剂关系不大，因此不加交联剂，直接用基液进行破胶实验，从而减少操作环节，并使破胶速度进一步加快。采用过量追加破胶剂和提高加热温度的方法可把破胶时间从常规的4～12h缩短至10min。

（2）残渣含量测定。为快速分离残渣并称量其重量，将破胶液进行加压过滤，过滤后的滤液进行表界面张力测定，过滤后的残渣和滤纸一起在红外线水分分析仪中烘干（滤纸预先烘干称重），将残渣分离恒重的时间缩短到15min以内。快速方法与常规方法残渣含量检验时间的对比见表1。

（3）表界面张力测定。用破胶液过滤后的滤液用常规方法进行表界面张力测定。

压裂液破胶后，表界面张力测定方法与常规方法相同，由于破胶时间从12h缩短到10min，表界面张力检验时间相应从13h缩短到30min。

经过多次室内实验，由2个检验员分工协作，压裂液快速检测时间从第一个检测项目开始到最后一个检验项目结束，可以控制在40min以内。从常规和快速检测的对比实验结果看，过量破胶剂和短时间高温加热对结果影响不大（见表2）。

3 压裂液快速检测现场试验

2008年5月至2010年10月，共进行了40口井的压裂液快速检测，每口井压裂液现场快速检测约需35～50min，检验结果与常规实验方法吻合，实验结果见表3。

表1 快速方法与常规方法残渣含量检验时间的对比

表2 快速检测方法与常规检测方法的对比

表3 压裂液现场快速检测与常规实验结果对比（部分）

4 结论与建议

（1）采用快速检测方法可以在50min内完成压裂液基液黏度、冻胶耐温耐剪切能力、残渣含量、破胶液表面张力、破胶液界面张力5项主要参数的检测，检测可在施工前进行，可加强质量监控，防止不合格压裂液进入地层。

（2）配备压裂液快速检测车，可以在施工现场进行快速检测。

（3）在配液站配备快速检测设备，可以进行更全面的出厂检测。

[1]丛连铸,崔明月,张睿达,等.水基压裂液现场实施质量控制技术[J].钻井液与完井液,2004(4):56-57.

[2]郑克祥,王玉斌,怡宝安.压裂液现场实施的质量控制[J].新疆石油科技,2007(2):23-24.

[3]SY/T 5107-2005水基压裂液性能评价方法[S].

Fracturing is an important measure of production increase in oilfields.The property of fracturing fluid is directly related to the effect of fracturing measures,so it is necessary to strengthen the field quality control of fracturing fluid in order to guarantee the effect of field application.However,the routine testing method is difficult to control the quality of fracturing fluid before the fracturing operation because it needs 36 hours.Therefore,the paper studies the rapid field detecting method for the fracturing fluid,and also reduces the time of fracturing detection to 50 minutes.This provides the convenient,rapid,workable method for realizing the field supervision over fracturing fluid quality.

fracturing fluid;rapid detection;quality control

洪怡春(1972-)，女，现从事油田入井流体质量检验工作。

尉立岗

2011-01-05