一种水凝胶覆膜自悬浮支撑剂的性能评价与应用

吴 俊

（中国石油吉林油田分公司油气工程研究院 吉林松原 138000）

压裂是油气藏改造的主要技术，压裂过程中需采用一种黏弹性液体作为陶粒或石英砂的携砂液，国内压裂携砂液65%以上采用胍胶压裂液，成本占整个压裂成本的40%以上；且胍胶携砂液存在较多的水不溶物残渣，对地层渗透率产生不可恢复的伤害降低裂缝导流能力。本文通过水凝胶涂膜常规陶粒或石英砂，制备了一种新型自悬浮支撑剂体系；该支撑剂利用水凝胶涂层的溶胀、润滑、增黏作用，实现在清水中的自悬浮。对自悬浮支撑剂的悬浮性、抗剪切性、溶胀、破胶性能及导流能力评价，并进行了矿场试验。结果表明，自悬浮支撑剂体系在压裂施工中的降本增效效果显著,具有良好的应用前景。

1 新型自悬浮支撑剂自悬浮机理

在常规压裂用的陶粒或石英砂支撑剂表面覆盖干燥的水凝胶涂层，该材料遇水后快速溶胀，在支撑剂周围形成稳固的水化膨胀层，水化膨胀层降低了支撑剂在水中的密度；同时水化膜伸展于水溶液中，增加了水的粘度。通过降低密度和增加粘度双重作用，使常规支撑剂粒在清水中长时间悬浮。

2 自悬浮支撑剂性能评价实验

2.1 自悬浮支撑剂溶胀后的密度评价

自悬浮支撑剂表面的悬浮材料吸水后会溶胀，支撑剂的体积会相应增大，密度减小，以此来实现悬浮。将一定量自悬浮支撑剂加入到清水中，充分溶胀后，在200目的滤网上将溶液中的游离水滤掉，称量剩余自悬浮支撑剂溶胀后的质量，在量筒中测量其溶胀后的体积，计算其密度，结果见下图1。

图1 自悬浮支撑剂溶胀后的密度

图1可以看出，不同砂比的自悬浮支撑剂溶胀后其密度均在1.0左右，能在水中悬浮。

2.2 自悬浮支撑剂自悬浮时间评价

自悬浮支撑剂表面的悬浮性材料吸水膨胀达到悬浮状态需要一定时间，下面简称悬浮时间。悬浮时间受水质、温度的影响较大。

2.2.1 清水、污水对自悬浮时间的影响

将不同砂比的自悬浮支撑剂加入到水中，放到恒温水浴锅中以60r/min速度搅拌，当自悬浮支撑剂膨胀体积不在增加时，认为达到了自悬浮状态，记录悬浮时间，实验结果见下图2。

图2 自悬浮支撑剂的悬浮时间

图2 可以看出，随着砂比的增加，悬浮时间逐步缩短。在清水条件下，砂比为5%悬浮时间为58s,砂比15%悬浮时间为47s，砂比30%悬浮时间为18s。污水能显著延长悬浮时间；以砂比30%为例，清水条件下的悬浮时间18s，污水条件下为35s。认为清水有助于悬浮材料的快速溶胀。

2.2.2 温度对自悬浮支撑剂的悬浮时间影响

将不同砂比的自悬浮支撑剂加入到清水中，分别置于30℃和60℃条件下的恒温水浴锅内，以60r/min速度搅拌，当自悬浮支撑剂膨胀体积不再增加时，认为达到了自悬浮状态，记录悬浮时间，实验结果见下图3。

图3 温度对悬浮时间的影响

从图3可以看出：在砂比为10%时，在30℃清水中的悬浮时间55s，随着砂比提高，悬浮形成时间不断缩短；随着温度升高，悬浮形成时间也在不断缩短，这是因为随着温度升高，支撑剂表面的悬浮材料溶胀速度越快。

2.3 抗剪切性评价

将不同砂比的自悬浮支撑剂置于60℃的清水中，以250r/min速度搅拌，观察剪切过程中溶液整体的状态，实验结果表明：在250r/min剪切速率下，剪切40min后，自悬浮支撑剂基本处于稳定状态，稳定性较好；随着搅拌时间的延长出现轻微的脱砂现象，稳定时间为 60min。总体来看，自悬浮支撑剂的动态悬浮性能较好。

2.4 破胶性能评价

自悬浮支撑剂的破胶性能体现在破胶后破胶液的粘度和破胶后支撑剂的导流能力。

2.4.1 破胶液的粘度评价

将不同砂比的自悬浮支撑剂置于60℃的清水中，以60r/min速度搅拌至充分溶胀后，加入0.05%过硫酸铵，静止8h后测破胶液的粘度，实验结果表明，在60℃下，在砂比30%的自悬浮支撑剂压裂液中加入0.05%过硫酸铵，8h后其黏度为4mpa.s，破胶较为充分。同时对5个样品测残渣含量均为检出，说明自悬浮支撑剂破胶后无水不溶物残渣，对储层污染小。

2.4.2 破胶后支撑剂的导流能力

将30%砂比的自悬浮支撑剂破胶后过滤，取出支撑剂颗粒烘干。采用裂缝导流能力测试仪，测量破胶后烘干的支撑剂颗粒在不同闭合压力下的导流能力，实验结果两种支撑剂的导流能力随闭合压力升高而降低，自悬浮支撑剂的导流能力好于常规石英砂。

3 自悬浮支撑剂现场压裂实施工艺

（1）前置液的配制及注入。按照压裂施工要求，根据储层特点准备前置液进行造缝。

（2）自悬浮支撑剂泵注工艺。自悬浮支撑剂泵注工艺与常规支撑剂泵注工艺一样，在前置液泵注结束后，将装有自悬浮支撑剂的砂罐与清水罐车连在混砂车上进行混砂注入，初始砂比大于15%。

（3）破胶剂添加方式。应用自悬浮支撑剂压裂液压裂时，加砂全过程都要添加破胶剂，添加方式为楔形添加。破胶剂为胶囊破胶剂与过硫酸铵粉剂的组合。

（4）压裂液返排。压裂施工完成后，根据地层温度确定关井时间。关井结束后，需根据井口压力采用不同直径的油嘴控制防喷。

4 现场试验

新型自悬浮支撑剂在XX井清水压裂中进行了现场应用，该井井深1348m，井底温度65℃，地层渗透率20mD。压裂施工时，首先泵注前置液造缝，然后采用清水携自悬浮支撑剂加砂支撑裂缝，施工排2.5m3/min，主加砂段砂比18%-30%，最高砂比40%，压裂后返排率35%。该井压裂后日产油量0.8t（压前0.1t），取得较好的增产效果。

5 结论

（1）水凝胶涂膜制备的自悬浮支撑剂溶胀后密度与水接近，清水中的悬浮时间小于1min，长期悬浮性较好；破胶后溶液粘度较低、无残渣，同时破胶后的支撑剂导流能力基本不变。

（2）自悬浮支撑剂能实现清水中的自悬浮，现场试验效果较好，较大低降低了压裂施工的成本。

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