一种高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系

赵立强杜 娟刘平礼赵振峰刘书杰

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学 2.中国石油长庆油田公司油气工艺研究院 3.中海石油研究总院

一种高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系

赵立强1杜 娟1刘平礼1赵振峰2刘书杰3

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学 2.中国石油长庆油田公司油气工艺研究院 3.中海石油研究总院

赵立强等.一种高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系.天然气工业，2012，32（6）：43-45.

前置酸加砂压裂工艺技术在油气田现场增产改造作业中已进行了大量应用，并取得了较好的增产效果，但同时也暴露出了在压裂注入过程中前置酸与压裂液接触提前破胶等问题。为此，根据前置酸加砂压裂工艺技术的要求，从确保施工成功、提高增产效果出发，提出了采用前置酸加砂压裂隔离液隔离前置酸和压裂液技术，通过理论分析和实验研究，优选出了有机酯类物质作为前置酸加砂压裂隔离液体系主剂，提出了高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液配方和制备方法。对系列实验评价分析结果的研究表明，所提出的有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系能较好满足前置酸加砂压裂要求，有效隔离前置酸液和压裂液，提高了施工效果。

压裂（岩石） 前置酸 压裂液 隔离液 有机酯 体系 施工效果

前置酸加砂压裂是将酸液在高于破裂压力下泵入地层，使一部分酸液处于裂缝最前缘，一部分酸液滤失到裂缝壁面两侧，随后继续泵入携砂液、顶替液，从而完成施工［1］。前置酸加砂压裂常使用交联羟丙基瓜胶为主的水基压裂液，采用NaOH和NaCO3调节p H值在9～11，压裂液遇前置酸会破胶［2－3］。为解决该问题，现场进行压裂施工时需加入一种隔离液，以实现隔开前置酸液和压裂液的目的，从而提高施工效果。

目前，国内外无专用前置酸加砂压裂用隔离液，现场施工过程中通常采用未交联压裂液作为隔离液［4－8］。采用未交联压裂液作隔离液会降低酸液浓度，减小反应活性。另外，为了避免酸液和携砂液接触破胶，影响压裂液携砂性能，现场往往加入大量未交联压裂液作为隔离液，易导致储层伤害。笔者针对所存在的问题，通过理论分析和室内评价研究，提出了高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系配方和制备方法。

1 使用隔离液的必要性及性能要求

1.1 使用隔离液的必要性

在室内将压裂液与酸液1∶1混合，搅匀，采用布什黏度计（0号转子34S－1）测定其黏度变化，结果表明酸液和压裂液接触会破胶（图1、表1）。

图1 压裂液（交联羟丙基瓜胶）、压裂液＋3%HCl图

表1 压裂液和酸液混合黏度测定结果表

综上所述，在前置酸加砂压裂中，常使用交联羟丙基瓜胶为主的水基压裂液和前置酸接触会破胶。现场施工过程中通常采用未交联压裂液作为隔离液，然而该隔离液存在会降低隔离液浓度、减小反应活性、易伤害储层等问题。因此非常有必要研制出一种新的前置酸加砂压裂隔离液。

1.2 隔离液性能要求

根据前置酸加砂压裂工艺特点，为了确保施工成功并取得较好效果，隔离液应具备如下性能［9］：①隔离液与压裂液配伍；②隔离液与前置酸配伍；③隔离液与地层流体配伍；④隔离液不会引起压裂液破胶；⑤隔离液不对储层造成伤害；⑥压裂时要求隔离液能起到很好的隔离效果，在压裂后又能让酸液与压裂液接触。

2 有机酯类物质作用机理分析

2.1 有机酯基本性质分析

石油行业中常用有机酯类物质［10］通常为饱和羧酸酯（图2-a）和磷酸酯（图2-b），均属于中性物质，不会对压裂液造成破胶。

图2 羧酸酯、磷酸酯分子结构图

由于有机酯为饱和碳链结构，在井筒及储层中不会发生聚合，仍保持其小分子状态，因此不会对储层造成伤害。

2.2 有机酯水解反应分析

有机酯的水解反应为酰基碳上的亲核取代，羧酸酯水解反应方程式为式（1）［11］，产物为羧酸和饱和醇；磷酸酯水解反应方程式为式（2）～（4），产物为磷酸和饱和醇。可见，有机酯水解后产物为有机酸和醇类物质。由于有机酸为酸化常用体系，有助于酸化，同时醇类物质具有较好的润湿延展性，能降低表面张力。因此，有机酯不仅不会对储层造成伤害，其水解产物有机酸还能起到一定的酸化效果，醇类还能解除水锁现象。

3 有机酯隔离液的配方及其制备方法

3.1 有机酯隔离液配方

有机酯隔离液配方为：A＋B＋D＋E，由以下各种组分按重量份配比组成：15～35份或100份A；0～1份B；0～1份D；63～85份或0份E。

所述A为常见酯类物质，通式C m OOX n H y，C为碳元素、X为碳元素或磷元素，O为氧元素，H为氢元素。m值为2～8，当X为碳元素时，n值为2～4，而当X为磷元素时，n值为1，如乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸二甲酯、磷酸三丁酯等。所述B为吐温80、span80、山梨糖醇酐油酸酯的其中一种或两种以上的混合物。所述D为常见黏土稳定剂，十二烷基胺乙酸氨、氯化十二烷基三甲铵。所述E为水。

3.2 有机酯隔离液制备方法

称取15～35份或100份A、0～1份B、0～1份D、63～85份或0份E，然后将A、B、D、E放在混合容器中，搅拌器以低速转动搅拌30 s，即得到笔者研制的前置酸加砂压裂用隔离液。

4 有机酯隔离液的性能评价

根据有机酯隔离液体系的组成，设计了3种具体的配方（表2），开展了配伍性和隔离效果评价。

表2 有机酯隔离液体系配方组成表

4.1 配伍性评价

将各隔离液配方与苏里格气田的实际地层水1∶1混合，搅拌均匀，水浴90℃，4 h后的结果如图3所示。将液体过滤，滤纸上没有固相物质，表明有机酯隔离液体系与地层水配伍性较好。

图3 隔离液与地层水配伍性能图

4.2 隔离效果评价

将各隔离液配方分别与酸和压裂液混合，在低温（20℃）和高温（80℃）情况下静置观察，其结果表明有机酯隔离液能有效隔离前置酸和压裂液（图4和表3）。

图4 土酸＋隔离液＋压裂液隔离效果图

表3 不同隔离液配方与酸和压裂液的隔离效果表

5 结论

1）优选出了有机酯类物质作为前置酸加砂压裂隔离液体系主剂。

2）形成了有机酯前置酸加砂压裂隔离液配方和制备方法。

3）根据系列实验评价分析结果表明，笔者提出的有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系能较好满足前置酸加砂压裂要求，有效隔离前置酸液和压裂液，提高了施工效果。

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（修改回稿日期 2012-05-07 编辑 韩晓渝）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.010

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（编号：2011ZX05044）、国家科技重大专项“海外大陆边缘盆地勘探开发实用新技术研究”（编号：2011ZX05030-005-08）。

赵立强，1957年生，教授，博士生导师；一直从事酸化压裂增产技术和采油气工程的教学与科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都区新都大道8号。电话：（028）83032911。E-mail：zhaolq＠vip.163.com