一种新型低分子聚合物压裂液体系及其性能评价

王安培，苏君慧，张文豪

张梅静，刘永花

（中石化中原油田分公司采油工程技术研究院，河南 濮阳457001）

压裂是提高增产效果的主要措施之一。目前常用的水基压裂液增稠剂为天然植物胶及其衍生物，其中应用的瓜尔胶由于良好的抗剪切性、热稳定性，在国内外使用普遍。但植物胶压裂液体系添加剂种类繁多配液程序复杂，且水不溶物较多［1－2］，对地层和裂缝伤害较大，影响压后增产效果。另外，原料瓜胶依赖进口，近年来原料价格上涨波动，大大影响了水基压裂液施工成本。因此，研发一种低伤害、低成本的低分子量聚合物压裂液体系势在必行。下面，笔者针对中原油田高温、低渗储层的特点，对新型低分子量聚合物压裂液体系进行了研究。

1 低分子聚合物压裂液配方研究

1.1 增稠剂

增稠剂PAF经特殊工艺合成，引入抗盐单体和大分子疏水单体，是一种分子量比羟丙基胍胶（HPGF）小25～30倍的低分子聚合物。室内将不同浓度的增稠剂溶液在170s－1剪切速率下进行黏度测定（见图1）。结果表明，选用浓度为0.4%～0.6%的增稠剂水溶液，其表观黏度在50～80mPa·s之间，能够满足高温储层压裂液基液黏度要求［3］。

图1 增稠剂浓度与基液黏度的关系

1.2 交联剂

增稠剂PAF的水溶液可以与许多两性金属盐类交联形成冻胶。使用0.6%JL－3、0.6%OB－10、0.6%SCL－2加入基液进行交联形成冻胶，使用RS6000仪器分别测定其耐温抗剪切性能 （见图2）。结果表明，在120℃、剪切速率170s－1下剪切2h后，加入JL－3交联剂的压裂液黏度仍保持在200mPa·s以上，比其他2种交联剂具有更好的耐温抗剪切性能，能够满足中原油田高温储层压裂施工要求［4］。

图2 不同交联剂类型压裂液的抗剪切曲线图

1.3 助排剂

室内测得0.25%不同类型助排剂的表面张力和界面张力，结果如表1所示。从表1可以看出，助排剂ZP3的表面张力和界面张力最低，说明其表面活性较高，能有效缓解低渗储层水锁效应［5］，有利于压裂液返排，从而减少压裂液对储层的伤害。

表1 不同类型助排剂的表界面张力

1.4 粘土稳定剂

按照文献 ［6］的方法在室内对粘土稳定剂NW3进行了膨润土防膨试验 （见图3）。结果表明，当浓度在0.8%以上时，黏度稳定剂NW3的防膨率达到85%以上，能够满足现场施工要求。

1.5 低分子聚合物压裂液配方的确定

通过上述研究，确定该低分子聚合物压裂液体系的配方为 （0.4%～0.6%）增稠剂PAF＋ （0.3%～0.6%）交联剂JL3＋ （0.5%～1.0%）助排剂ZP3＋ （0.8%～1.0%）粘土稳定剂NW3。

2 压裂液体系综合性能评价

2.1 耐温抗剪切性能

根据中原油田的具体储层温度情况，室内评价了上述配方的低分子聚合物压裂液体系在140℃下的流变性能。采用RS－6000流变仪对该聚合物压裂液进行耐温抗剪切性能测试试验 （见图4）。结果表明，该配方压裂液体系在剪切速率170s－1下剪切90min后黏度仍保持在125.6mPa·s，说明其具有较好的耐温抗剪切性能，可以满足不同储层条件下压裂施工要求。

图3 粘土稳定剂NW3在不同浓度下的防膨率

图4 低分子聚合物压裂液耐温抗剪切性能

2.2 破胶性能

采用不同浓度的强氧化破胶剂过硫酸铵对低分子聚合物压裂液进行了低温（80℃）破胶试验（见表2）。结果表明，破胶剂浓度0.006%时冻胶4h彻底破胶，黏度降到3.76mPa·s；破胶剂浓度0.02%时冻胶2h彻底破胶，黏度降到2.80mPa·s，说明使用该压裂液后容易破胶且破胶彻底，从而更好地满足现场施工压裂液返排要求。

表2 低分子聚合物压裂液破胶试验数据表

2.3 对岩心的伤害情况

根据文献 ［7］进行岩心伤害试验，结果如表3所示。从表3可以看出，低分子聚合物压裂液对岩心的平均伤害率为14.08%，较常规压裂液伤害率低［8］，表明利用上述配方的低分子聚合物压裂液能够更有效地减少对储层的损害。

表3 压裂液对岩心伤害试验数据表

2.4 配伍性

依据文献 ［7］的试验方法，将中原油田地层流体与上述配方的低分子聚合物压裂液分别按3∶1、3∶2、1∶1的体积比混合，放置一定时间后混合液均无沉淀生成，表明上述配方的低分子聚合物压裂液与该地区地层流体配伍性良好。

3 现场应用

依据室内研究成果，应用上述配方的低分子聚合物压裂液体系在中原油田采油三厂采用了油管注入合压的方式施工了5井次，工艺参数如下：平均排量为4.2m3／min，施工破裂压力最高为67.5MPa，总加砂量111.56m3，平均砂比19.36%。前置液采用粉陶和降滤失剂降低滤失，压裂井段2698.3～3106.1m，共37层79.1m。统计结果表明，施工5井次后累计增油3740t。