延长油田胍胶压裂液体系性能优化研究

郭锦涛，范昊坤，何 静

（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安 710075）

由于延长油田属于低孔、特低渗致密储层，所以油井必须经过压裂才能投产，而压裂液的性能影响着压裂施工的成败并影响增产效果[1]。因此，选择适宜延长油田储层特性的压裂液体系，降低对储层的伤害，对提高单井产量有着重要的意义。本文根据延长油田低孔低渗的地质条件，进行了胍胶压裂液添加剂的筛选及配方优化与性能评价，改善压裂效果，降低压裂液的综合伤害率，进而提高油田的勘探开发效益。

1 药品及仪器

羟丙基胍胶、碳酸钠、戊二醛、氯化钾均为工业品，交联剂为有机硼交联剂YP-2，胶囊破胶剂为SRJNYL1，助排剂SY-ZP 为实验室复配、配液用水为自来水。主要仪器：K100C 型全自动表界面张力仪；HTP-2A型高温高压页岩膨胀仪；HAAKE RS6000 型旋转流变仪；LDY-40-200 型自动岩心流动实验仪；Wi2793 型自动混调器；TDL-40B 型离心机。

2 压裂液的配制

2.1 稠化剂加量的性能测试

稠化剂是压裂液组成中的主要成分，不同的加量会影响压裂液的理想性能以及破胶后的残渣含量。本文选取羟丙基胍胶作为稠化剂，分别按照0.3 %、0.35 %、0.4 %、0.45 %、0.5 %的加量，缓慢加入低速搅拌的Wi2793 自动混调器中，搅拌时间设置10 min，等搅拌停止后放置30 ℃水浴锅中溶胀4 h，使基液黏度趋于稳定。然后用六速旋转黏度计，在200 r/min 下测量基液黏度，以最低的稠化剂加量达到稳定高黏度压裂液为筛选指标，筛选出稠化剂加量为0.35 %（见图1）。

图1 不同稠化剂加量的基液黏度

2.2 助排剂加量的性能测试

助排剂是用以降低压裂液破胶液的表面张力，减小油气层毛细管压力，促进压裂液返排，从而减少对储层的污染。油井压裂助排剂具有对油气层良好的润湿性和减小油气层毛细管阻力的特性[2]，经常是复配优化的，本文将碳氢表面活性剂与氟碳表面活化剂进行复配，形成了理想的助排剂SY-ZP，然后使用K100C 型全自动表界面张力仪，分别测试了不同浓度下助排剂的表界面张力，测试结果（见表1）：当助排剂SY-ZP 的使用浓度为0.4 %时，在保证表面张力小于24 mN/m的同时其界面张力也小于1 mN/m，满足助排剂降低压裂返排液表界面张力的要求，再增大浓度时其表界面张力变化较小，考虑到压裂现场施工的成本，因此确定助排剂SY-ZP 的加量为0.4 %。

2.3 交联剂的性能测试

交联剂是水基压裂液必不可少的重要成分之一，通过交联离子（基团）与稠化剂发生交联反应形成三维网状结构冻胶。本文选择具有良好剪切恢复性能的有机硼交联剂YP-2，按照压裂液配方0.35 %胍胶+0.5 %助排剂+1.0 %KCl+0.1 %杀菌剂+0.05 %Na2CO3配制基液，杀菌剂选用戊二醛，用Na2CO3溶液调节pH 值为10，分别测试不同交联比（100:0.2、100:0.25、100:0.3、100:0.35、100:0.4、100:0.45、100:0.5）的交联性能，当交联比为100:0.3 时，交联时间为40 s，且挑挂性能良好，从压裂成本考虑，确定交联比为100:0.3。

2.4 黏土稳定剂的性能测试

压裂施工时，压裂液中需要添加黏土稳定剂来防止由储层中黏土矿物的水化、膨胀、分散、运移引起的渗透率下降。黏土稳定剂通过范德华力和静电吸附，使黏土晶层的离子保持一定的交换吸附能力避免发生膨胀和分解，从而降低对渗透率的影响[3]。延长油田压裂施工时黏土稳定剂主要有KCl、NH4Cl、COP-1、BR-1、SJR。室内使用HTP-2A 型高温高压页岩膨胀仪对1 %浓度的KCl、NH4Cl、COP-1、BR-1、SJR 的防膨率进行测试，结果（见表2），1 %KCl、1 %BR-1、1 %SJR 防膨率均大于90 %，满足现场施工要求，但SJR 加入体系后出现絮凝不配伍，BR-1 加入后使助排剂的表面张力增大，降低了压裂液的返排，因此确定本体系的黏土稳定剂为KCl，加量为1 %。

3 压裂液体系性能评价

3.1 压裂液流变性能评价

压裂液流变性能是压裂液的重要性能指标，具有较好的耐温耐剪切性并保持高黏度，支撑剂才能悬浮其中缓慢沉降，从而确保支撑剂顺利进入地层裂缝。室内按上文所述配制好压裂液后，使用HAAKE RS6000型旋转流变仪在温度90 ℃、剪切速率170 s-1、剪切时间90 min 条件下评价压裂液的耐温耐剪切性能（见图2）。从图2 可以看出，压裂液黏度保持在100 mPa·s 以上，表明具有较好的耐温耐剪切性能，满足现场压裂施工的要求。

表1 不同浓度助排剂SY-ZP 的表界面张力

表2 各黏土稳定剂的防膨率

图2 胍胶压裂液流变性能检测

表3 90 ℃时不同加量破胶液黏度

3.2 压裂液破胶性能评价

破胶性能也是压裂液的重要性能指标，破胶是否彻底将直接影响压后返排以及对储层的伤害程度。由于胶囊破胶剂具有较好的延缓释放性能，在压裂施工中使冻胶保持较高的黏度，有利于造缝和携砂，施工后可使压裂液彻底破胶水化，利于返排，降低施工风险，减少压裂液对支撑裂缝导流能力的伤害，本文采用陕西森瑞石油技术开发有限公司生产的胶囊破胶剂SRJN-YL1，在室内恒温90 ℃条件下评价体系的破胶性能，并用毛细管黏度计测定不同加量的破胶液黏度（见表3）：当破胶剂加量为0.02 %、破胶时间为2.5 h时，破胶液黏度小于5 mPa·s，满足压裂施工返排的要求，同时测定了破胶液残渣含量仅为247 mg/L，远低于标准SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》要求。

3.3 压裂液伤害性能评价

压裂液在压裂施工过程中会给储层带来不同程度的伤害，主要有水敏伤害、水锁伤害、乳化伤害以及压裂液残渣的堵塞伤害，严重时造成油气井减产，因此评价压裂液的伤害程度就显得十分重要[4]。本文在室内使用海安石油科研仪器有限公司生产的LDY-40-200 型自动岩心流动实验仪来评价压裂液对储层的伤害程度，实验方法参考标准SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》，对本压裂液体系的破胶液进行岩心伤害测试，结果（见表4）：压裂液滤液对岩心渗透率的伤害率低于30 %，表明对储层的伤害较小，可以快速返排。

4 结论

通过实验室对该胍胶压裂液体系性能评价，优化出稠化剂、助排剂、黏土稳定剂的最优加量以及交联剂的最优交联比，并对压裂液体系进行了流变性能、破胶性能以及压裂液伤害性能等评价实验，结果显示该压裂液体系具有易返排、易破胶、防膨效果和流变性能好、对岩心伤害率低等性能，下一步应根据现场压裂施工情况，进一步验证和优化压裂液体系各项性能指标。

表4 压裂液伤害实验数据