低浓度瓜胶压裂液在延长油田的应用

程武刚，李 婵

（延长油田股份有限公司甘谷驿采油厂，陕西 延安716000）

1 引言

随着低渗油田的开发，过去不被注意的压裂液残渣问题，得到学者的广泛关注，在渗透率越低的油田，残渣问题越严重［1］。但是瓜尔胶作为一种纯天然的高分子，自身的物理、化学特性决定瓜尔胶压裂液难以完全改善残渣的不利局面。就当下而言，从瓜尔胶的综合性能、市场价格等各方面进行了比较全方位的考虑，瓜尔胶在较长时间内还仍将占据着市场上的主导地位［2～4］。然而为了应对未来更加严酷的油气层环境，需要储备足够的技术指导和工艺支持。破胶残液中的残渣主要来源于瓜胶体系中的水不溶性物质，减少瓜胶用量，可以从源头上减少残渣的引入，对体系的残渣含量起到决定性的作用。

2 材料与方法

2.1 实验材料

羟丙基瓜胶，延长油田甘谷驿采油厂；XR－3改性瓜胶，北京旭日昌盛科技有限公司；XT－12改性瓜胶；硼砂，延长油田甘谷驿采油厂；YC交联剂，北京旭日昌盛科技有限公司；XT－9交联剂，新乡玄泰实业有限公司；助排剂JZ－1，北京希涛化学制品公司；XR引发剂，延长油田甘谷驿采油厂；KCl，延长油田甘谷驿采油厂；过硫酸铵，延长油田甘谷驿采油厂；石英砂，延长油田甘谷驿采油厂；配液用水为自来水。

主要仪器：RS6000流变仪，德国Haake公司；吴茵混调器，美国Baroid公司；品氏毛细管黏度计，上海羽通仪器仪表厂；pH1970i便携式pH测量计，广州市毅佰科学仪器有限公司；恒温水浴锅；离心机；静态滤失仪。

2.2 实验方法

首先对压裂液的各种添加剂（稠化剂、交联剂、助排剂、破胶剂）进行加量优化，确定低浓度瓜胶压裂液体系配方，参照中国石油天然气行业标准SY/T 5107－2005《水基压裂液性能评价方法》的要求对压裂液进行交联、耐温耐剪切、破胶、配伍性等性能评价。

3 结果与分析

3.1 低浓度瓜胶压裂液配方优化

3.1.1 稠化剂的优选

三种稠化剂羟丙基瓜胶、XT－12改性瓜胶和XR－3改性瓜胶增稠剂增黏特性如表1所示。

表1 三种聚合物稠化剂的酸溶时间及增稠能力

3.1.2 交联剂的优选

本次实验采用三种交联剂进行对比，按照配方0.15%瓜胶＋0.1%KCl＋0.5%助排剂＋0.35%引发剂，按照交联剂设计用量分别添加三种交联剂，观察交联性能，结果见表2。

表2 交联性能检测

通过表2可知，YC交联剂0.1%用量下，可使瓜胶25s成胶调挂。为了检测YC交联剂形成的冻胶耐温耐剪切性能，利用RS6000流变仪进行了40℃下耐温耐剪切检测，结果见图1。

由流变图可知，该体系耐温耐剪切性能较好。延长油田东部地区油层埋藏较浅，一般不超过1000m，故该体系属于延长油田东部地层最适宜体系。

通过对比稠化剂和交联剂的性能，优选0.15瓜胶＋0.1%YC 交联剂 ＋0.1%KCl＋0.5%助排剂 ＋0.35%引发剂作为最终的低浓度瓜胶压裂液体系。

图1 40℃YC交联剂冻胶流变

3.2 低浓度瓜胶压裂液性能检测

3.2.1 静态沉降速度（携砂性能）

在室内一般选用静态流体检测支撑剂的沉降速度，可以表达出液体的携砂性能，见表3。

表3 石英砂的沉降速度（30%砂比）

由表3可知，支撑剂在瓜尔胶压裂液中的沉降速度很慢，与延长油田现用0.25%瓜胶溶液通过硼砂交联后冻胶携砂性能相比，具有明显的优势。

2.3 鱼苗培育情况 刚出膜的F2代幼苗全长0.8～1.0 cm，卵黄囊较大，鱼苗平卧于箱底，尾部常微微颤动。出膜后7～9 d，卵黄囊吸收完毕，幼鱼能间歇性游动，全长达到1.2～1.5 cm。至2017年5月中旬，经过2个月的培育，成活6万尾F2代幼苗，成活率为88.2%；最大体长达到4.5 cm，平均体长为4 cm。见图1。

3.2.2 破胶效果

由于破胶剂的活性与温度密切相关，其活性临界温度为49℃，当低于临界温度时反应的速度相当缓慢，需要在反应过程中加入催化剂。故本次过硫酸铵破胶过程中，添加了引发剂。破胶结果见表4。

表4 低浓度瓜胶压裂液过硫酸铵破胶性能

通过表4可知，低浓度瓜胶压裂液可用传统过硫酸铵破胶，当过硫酸铵加量为0.04%时，破胶时间为70min，属于最佳破胶时间，其破胶残液粘度小于5mPa·s。

3.2.3 残渣含量

残渣其大部分来自稠化剂及冻胶破胶不彻底的固态物质、添加剂中的残渣［6］。压裂液的残渣会充填岩石孔隙和人造裂缝，降低导流能力和石油产量，所以，必须对压裂液的残渣成分及含量进行鉴别和甄别［7］，以解决这些现场操作难题。

表5 压裂液残渣对比

由破胶剂破胶后破胶残液残渣含量对比可知，低浓度瓜胶压裂液体系破胶后残渣含量明显低于目前现场使用的体系。因为破胶残液中的残渣只来源于瓜胶体系中的水不溶性物质，因此，减少瓜胶用量，可以从源头上减少残渣的引入，对体系的残渣含量起到决定性的作用。

3.2.4 静态滤失

固定实验的温度为60℃，滤失介质采用多层滤纸（一般为两层），滤失压差设定3.5MPa，分别测定普通0.25%瓜胶压裂液（硼砂做交联剂），低浓度瓜胶压裂液，清洁压裂液的滤失量，并计算结果。实验测得结果见表6。

表6 压裂液滤失系数

由表6数据说明，低浓度瓜胶压裂液体系滤失系数不高，能够达到压裂液的携砂要求。

4 现场应用

自2014年5月，改性瓜胶压裂液体系在延长油田甘谷驿采油厂进行了现场先导性实验。甘谷驿采油厂井组为低渗透储层低温井。在应用过程中，实践了改性瓜胶压裂液低温体系，共作业17口井。其中有3口井属于新井作业。作业过程中，体系携砂性能优良，返排率较高，基本无吐砂现象。通过投产后1个月产量统计，其产油量明显高于同时期作业新井。作业井组产量如表7。

表7 甘谷驿采油厂低浓度瓜胶压裂井生产情况

5 结论

（1）经过室内试验，优选0.15瓜胶＋0.1%YC交联剂＋0.1%KCl＋0.5%助排剂＋0.35%引发剂作为最终的低浓度瓜胶压裂液体系，该体系形成的冻胶具有较好的耐剪切性能。经室内试验检测，该低浓度瓜胶压裂液体系耐剪切、携砂性能强、破胶迅速。残渣含量154mg/L，滤失系数7.36，符合水基压裂液评价标准。

（2）通过现场试验结果可知，低浓度瓜胶压裂井生产状况较好，产量高于同时期作业井。分析原因，主要为稠化剂用量少，从源头上减少了残渣的引入，从而降低了压裂液对地层的伤害，更大程度地保留了裂缝的导流能力。

［1］王鸿勋，张 琪.采油工艺原理［M］.北京：石油工业出版社，1989.

［2］于 涛，丁 伟，罗洪君.油田化学剂［M］.北京：石油工业出版社，2002.

［3］Haya C M，Jenningsa J R，Lambertb R M，et al.Activation of copper－cerium intermetallic catalyst precursors by temperatureprogrammed oxidation［J］.APPLIED CATALYSIS，1988，37（0）：291～304.

［4］姜瑞忠，蒋廷学，汪永利.水力压裂技术的近期发展及展望［J］.石油钻采工艺，2004，26（4）：52～57.

［5］赵福麟.采油化学［M］.北京：中国石油大学出版社，1989.

［6］万仁溥.采油工程手册［M］.北京：石油工业出版社，2000.

［7］H.D.Brannon，M.G.Ault.New，Delayed Borate－Crosslinked Fluid Provides Improved Fracture Conductivity in High－Temperature Applications SPE－22838－MS，1991.