JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液的性能评价及在吉林油田的应用

2016-04-23徐占东代延伟李丽书中石油大庆钻探工程公司井下作业工程公司吉林松原138000

长江大学学报(自科版) 2016年8期

徐占东，代延伟，李丽书　(中石油大庆钻探工程公司井下作业工程公司，吉林松原 138000)

徐占东，代延伟，李丽书(中石油大庆钻探工程公司井下作业工程公司，吉林松原 138000)

[摘要]吉林油田开发的双坨子、小合隆、长岭气田具有储层岩性复杂、埋藏深、地层温度高、压裂改造难度大等特点。针对这些特点研究了JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液，该压裂液具有良好的耐温、耐剪切性能。室内试验中将JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液与羟丙基胍胶压裂液对比，JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液在摩阻性、破胶性、悬砂性、黏弹性上优于羟丙基胍胶压裂液。2012～2013年JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液在吉林油田累计施工42口天然气井，注入压裂液143912m3，支撑剂19374m3，施工压力平稳，开发效果良好，得到了广泛应用。

[关键词]JK-1002高温羧甲基胍胶；压裂液；吉林油田

吉林油田开发的双坨子、小合隆、长岭气田储层岩性都十分复杂。如长岭气田的储层是火山岩和致密砂岩，埋藏深、地层温度可达130～180℃、储层厚度大、裂缝型发育、压裂改造难度大[1,2]。针对这些地层特点，笔者研究了JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液，并在吉林油田天然气井开发中成功推广应用。

1合成机理

对胍胶原粉进行改性，在胍胶分子中引入羧甲基基团[3]。螯合作用延缓了JK-1002高温羧甲基胍胶的交联反应速度，使体系黏度慢慢增加。共轭结构使得羧甲基胍胶具有更好的耐高温耐剪切性能。JK-1002高温羧甲基胍胶的合成反应是针对原粉进行的，首先将胚乳片通过水合、粉碎加工成原粉，然后在乙醇溶液中进行改性反应[4]，合成出JK-1002高温羧甲基胍胶，之后还需要再次进行粉碎加工，得到成品改性粉。工艺流程为胚乳片→水合→粉碎→原粉→改性→洗涤→干燥→粉碎得成品。反应过程为：

2压裂液的性能

图1　130℃流变曲线

图2　150℃流变曲线

图3　180℃流变曲线

2.1耐温耐剪切性能

参照SY/T 6376—2008《压裂液通用技术条件》标准，对JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液进行耐温耐剪切测试。图1为当压裂液质量分数0.4%，试验温度130℃，剪切速率170s-1时，剪切1h后黏度为139.6mPa·s；图2为当试验温度150℃，剪切速率170s-1时，剪切1h后黏度为130.1mPa·s；图3为当压裂液质量分数0.5%，试验温度180℃，剪切速率170s-1时，剪切1h后黏度为114.1mPa·s。研究表明，JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液的耐高温耐剪切性能满足压裂液标准要求。

2.2摩阻性能

JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液稠化剂使用浓度较羟丙基胍胶压裂液低，致使基液黏度相对较低，同时JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液具有的独特半交联型冻胶使得该压裂液体系具有适宜的黏度和良好的弹性，既能很好地携砂又能有效地降低摩阻。在昌37井分别用JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液和羟丙基胍胶压裂液进行了摩阻测试(图4)。施工中前30m3砂使用JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液，施工压力61～68MPa，后10m3砂使用羟丙基胍胶压裂液，最高施工压力接近80MPa，从测试结果可看出JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液施工摩阻低于羟丙基胍胶压裂液。

图4　昌37井施工压力曲线

2.3悬砂性能

将JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液与支撑剂按100∶40的体积比混合，加入交联剂并搅拌均匀使之形成冻胶，观察支撑剂的沉降情况(图5)。随着时间推移，支撑剂出现了下沉。支撑剂在羧甲基胍胶压裂液中的平均沉降速度为0.036mm/s，而羟丙基胍胶的沉降速度约为0.101mm/s。

图5　悬砂性能示意图

2.4破胶液的残渣

表1中列出的是羟丙基胍胶和JK-1002高温羧甲基胍胶在各自交联体系下破胶试验结果，破胶温度90℃，破胶时间4h后，JK-1002高温羧甲基胍胶残渣含量明显低于羟丙基胍胶。

表1　羟丙基胍胶与JK-1002高温羧甲基胍胶破胶数据

注：配方中NaOH溶液浓度为0.1mol/L，配方中的百分数均为质量分数。

2.5黏弹性

用控制应力流变仪进行交联压裂液的黏弹性试验。由表2可见，随着温度的升高，羟丙基胍胶交联压裂液的终切力降幅较大，表明弹性结构破坏比较严重，直接影响支撑剂的输送能力；而羧甲基胍胶交联压裂液在质量分数较低的情况下，由于其交联结构较强，温度升高对弹性结构的破坏程度低，所以终切力较高，说明JK-1002高温羧甲基胍胶有利于支撑剂的输送。当温度从100℃升至130℃时，羟丙基胍胶交联压裂液的初切力明显降低，而JK-1002高温羧甲基胍胶交联压裂液的初切力变化较小，表明JK-1002高温羧甲基胍胶交联压裂液黏弹性优于羟丙基胍胶交联压裂液。

表2　JK-1002高温羧甲基胍胶与羟丙基胍胶黏弹性试验数据

2.6岩心伤害

JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液和羟丙基胍胶压裂液对长岭1号气田登娄库组砂岩岩心进行岩心伤害对比试验，试验数据如表3所示，可以看出JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液对岩心伤害率均值为18.75%，而羟丙基胍胶压裂液对岩心伤害率均值为30.2%，可见JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液对岩心的伤害要远低于羟丙基胍胶压裂液。

表3　羟丙基胍胶与JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液伤害试验数据

2.7破胶性能

JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液破胶时间随着破胶剂(APS)加量的增加而缩短，破胶时间可控，见表4。

表4　不同APS加量JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液破胶试验

图6　加入生物酶JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液破胶试验

JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液具有很好的破胶性能[5]，破胶迅速，较低浓度APS即可使其破胶。施工lh后就可放喷返排。生物酶可使破胶液中大分子结构进一步降解，与破胶剂同时使用后，破胶液黏度小于1.5mPa·s，可提高返排率10%，见图6。

2.8铁离子敏感性

JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液在英台地区施工，用当地井水进行配液时发现JK-1002高温羧甲基胍胶的黏度远小于正常值，且无法交联。经过分析发现现场配液使用的地下水中Fe2+含量较高，为4mg/L，JK-1002高温羧甲基胍胶分子结构中的羧基与Fe2+发生反应，生成物溶度积非常低，从而导致羧甲基胍胶无法正常溶胀。