混合水用水相痕量示踪剂室内评价及应用

袁琴 隋明炜 王艺衡 敖科

摘      要： 为考察混合水现场压裂应用情况，选用5种水相痕量化学示踪剂进行监测应用。根据室内实验评价，5种水相痕量示踪剂与混合水的配伍性好，加入混合水后配置的液体的相关性能未受到明显影响，包括混合水的黏度、耐温性能、破胶性能等方面。其中，加入5种水相痕量化学示踪剂后，质量分数为0.1%的SLW-1基液溶解时间为20 s、液体黏度11 mPa·s、降阻率为79.3%，基本与空白样一至;在110 ℃条件下，剪切110 min，质量分数为0.25%的SLW-1冻胶黏度可保持在60 mPa·s以上，加入5种水相痕量化学示踪剂后，耐温耐剪切性能基本保持不变;当加入0.02%破胶剂后，0.25%质量分数的SLW-1（空白样）在 110 ℃条件下，剪切 60 min 后黏度降至50 mPa·s 以下，而加入WCT后，0.25%质量分数的SLW-1在相同剪切条件下，黏度降至50 mPa·s以下。鄂尔多斯盆地H1储层岩心对痕量化学示踪剂的吸附率均小于0.6%。质量分数为0.25%的SLW-1破胶液对痕量化学示踪剂的吸附率均小于0.7%。

關  键  词：混合水;流变性能;破胶液;增稠剂;示踪剂

中图分类号：TE19        文献标识码： A        文章编号： 1671-0460（2020）11-2491-04

Indoor Evaluation and Application of Trace Tracer in Mixed Water

YUAN Qin1，2， SUI Ming-wei1，2， WANG Yi-heng1， AO Ke1

（1. Gepetto Oil Technology Group Co.， Ltd.， Chengdu 610000， China;

2. Sichuan Gaojing Detection Service Co.， Ltd.， Suining 629300， China）

Abstract： In order to investigate the on-site fracturing application of mixed water， trace chemical tracer in water phase was used for monitoring. The laboratory evaluation experiments showed that 5 kinds of water phase tracers had good compatibility with mixed water. It had no effect on the viscosity， rheological behavior and gel breaking performance of the mixed water. The dissolving time of 0.1% SLW-1 base solution was 20 s， the viscosity of the liquid was 11 mPa·s， and the resistance reduction rate was 79.3%， which was basically the same as that of the blank sample. At 110 ℃， the viscosity of SLW-1 gel with 0.25% concentration can be kept above 60 mPa·s after shearing for 110 min. After adding five kinds of trace chemical tracers in water phase， the temperature resistance and shear resistance remained basically unchanged. When adding 0.02% breaker， the viscosity of SLW-1 （blank sample） with 0.25% concentration was reduced to 50 mPa·s after shearing for 60 min at 110 ℃. After adding WCT， the viscosity of 0.25% SLW-1 decreased to below 50 mPa·s under the same shear condition. The adsorption rate of trace chemical tracers on H1 reservoir core from Ordos Basin was less than 0.6%. The adsorption rate of SLW-1 gel breaker with concentration of 0.25% to trace chemical tracers was less than 0.7%.

Key words： Mixed water; Shear rheology; Gel breaking; Thickener; Tracer

近年来混合水压裂技术得到长足的发展，其针对天然裂缝发育、岩石脆性的致密储层效果较好，在国内鄂尔多斯盆地进行过多次应用，适应性较强，前景广阔[1-4]。混合水压裂技术是通过采用低黏液体与高黏冻胶液体交替注入地层的形式，开启地层内天然裂缝，以提高裂缝导流能力及扩大泄流体积为目的，从而增加油气井产量[4-5]。这种方式能够较好地提高单井产量，短期而言，工程性价比较高。但现场作业时往往存在着液体切换不及时导致的压力波动，施工压力过高，前置液量占比升高，增加施工成本，甚至有携砂量和加砂量不能按照施工设计执行的情况出现。

为降低现场施工难度，提高改造规模，研发出配套的增稠剂体系。该增稠剂是通过混合水增稠剂分子设计机理入手，引入耐盐分散单体，改善滑溜水体系耐盐、耐温、抗剪切以及增稠性能，使得到的增稠剂在用量较低时具有明显的减阻性能;当该增稠剂的用量较高时，具有一定耐温及携砂性能。该增稠剂体系在现场应用时可满足作业的基本要求，能够简化现场配液流程。

为确认合成的混合水现场工程应用与地质模拟条件的结合情况，考察各层段的贡献率，对比不同完井方式或施工排量等因素对产量的影响;同时验证该混合水体系能否满足现场压裂返排的基本要求，分析返排过程的调控情况对投产初期的影响，需使用示踪剂进行压后监测分析。

水相痕量化学示踪剂能够合理地对储层改造后进行返排过程监测。它是通过压裂液注入地层，在作业完成后，通过返排液携带出地层，根据不同层段返出的示踪剂类型及质量分数情况，判断出各压裂段出水情况，判断各压裂段是否存在机械或压力阻塞情况，掌握返排过程中各主力段的贡献率，随后结合前期物探、地质数据资料判断各段产能[6-11]。该类示踪剂的特点为无放射性、用量少、安全环保、分析精度及灵敏度高、无背景浓度等，應用前景广阔[11-13]。

本文通过室内实验，选用5种水相痕量化学示踪剂与混合水复配使用，并检测混合水体系与水相痕量化学示踪剂的配伍性，以满足室内评价要求，为现场应用提供数据支撑。

1  实验药剂与仪器

1.1  实验药剂

混合水增稠剂（SLW-1，自制），去离子水，痕量示踪剂（自选）。过硫酸铵、氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙，工业级，天津市福晨化学试剂厂。甲醇、乙醇，分析纯。标物采用美国AChemTeck，Inc.公司。致密砂岩岩心，选自鄂尔多斯盆地H1储层。

水相痕量化学示踪剂（以下简称WCT），共筛选了5种，分别为JPT-JC-01、JPT-JC-02、 JPT-JC-03、 JPT-JC-04 、JPT-JC-05。

1.2  实验仪器

ZNN-D6六速旋转黏度计（青岛海通达），黏度计（Grace），气相色谱质谱联用仪（安捷伦），恒温干燥箱（精宏），管路摩阻议（南通仪创），界面张力仪（TX-500C）。

2  实验方法

2.1  低质量分数液体配置

将SLW-1加入去离子水中配置成质量分数为0.1%的溶液，记录其溶解时间，测试溶液黏度并记录。

将SLW-1加入含有质量分数为5.0×10-10的WCT（5种）去离子水中，配置成质量分数为0.1%的溶液，记录其溶解时间，测试溶液黏度并记录。

2.2  高质量分数液体配置

将SLW-1加入去离子水中配置成质量分数为0.25%的溶液。

将SLW-1加入含有质量分数5.0×10-10的WCT（5种）去离子水中，配置成质量分数为0.25%的溶液。

2.3  降阻率测试

将质量分数为0.1%的SLW-1水溶液，通过摩阻仪测试性能并记录。

降阻率测试基本条件为，管径10 mm，流速   30 L·min-1。

2.4  耐温测试

将质量分数为0.25%的SLW-1水溶液，通过Grace黏度计测试其耐温耐剪切性能并记录。

将质量分数为0.25%的SLW-1水溶液，加入0.02%过硫酸铵，通过Grace黏度计测试其耐温耐剪切性能并记录。

2.5  破胶液配置

将0.02%的过硫酸铵加入0.25%的SLW-1水溶液中，在60 ℃条件下，放置水浴锅中静置2 h，测其相关数据并记录。

2.6  吸附性实验

将致密砂岩储层岩心研磨成粉状（60/80目，即0.18～0.25 mm），配置质量分数为5.0×10-10的WCT水溶液。取25 mL水溶液加入6 g岩心研磨物，搅拌混合后放入烘箱静置，110 ℃恒温48 h，随后使用安捷伦气质联用仪器进行测试。

2.7  示踪剂检测方法

将待测液体进行离心过滤后测试，得到水相痕量化学示踪剂质量分数[7]。

3  结果与分析

3.1  低质量分数液体性能影响

WCT对质量分数为0.1% SLW-1的低质量分数液体（以下简称基液）黏度性能影响如表1所示。由表1数据可以得知，加入痕量化学示踪剂后，基液的溶解时间和液体黏度性能变化不明显，两种数据值分别为20 s和11 mPa·s，表明5种水相痕量化学示踪剂对基液的基本性能没有影响，可满足现场的配液需要。

WCT对质量分数为0.1% SLW-1的基液减阻性能如表1所示。由表1数据可以看出，加入5种WCT后，基液的减阻性能数值保持79.3%不变，表明5种WCT的加入没有影响0.1%S LW-1基液的减阻性能，配伍性能较好。

3.2  耐温耐剪切性能影响

WCT对质量分数为0.25% SLW-1的高质量分数液体（以下简称冻胶）的耐温耐剪切性能影响如图1所示。由图1可以看出，在110 ℃条件下，剪切110 min，加入5种WCT后，冻胶的最终黏度同样可保持在60 mPa·s以上，表明冻胶的耐温耐剪切性能比较稳定，未受5种WCT加入的影响。

3.3  破胶性能影响

WCT对质量分数为0.25% SLW-1冻胶的耐温破胶性能影响如图2 所示。

由图 2 曲线可知，加入 0.02%过硫酸铵的冻胶（空白样）在 110 ℃条件下，剪切 60 min 后，冻胶黏度降至50 mPa·s 以下;当加入WCT后，同样加入 0.02%过硫酸铵破胶剂，在 110 ℃条件下，剪切 60 min 后黏度可降至50 mPa·s以下，表明质量分数为0.25% SLW-1冻胶的破胶性能，未明显受到5种水相痕量化学示踪剂加入的影响，冻胶的耐温破胶过程正常且基本一致，冻胶的破胶时间可控。

3.4  地层吸附性能

将含有5种WCT的去离子水与岩心颗粒混合搅拌后，分别在25 ℃及110 ℃条件下放置48 h，随后检测各WCT的相关质量分数，具体数据如表2所示。由表2数据可以看出，当在25 ℃条件下，5种WCT的吸附率均小于0.5%;当在110 ℃条件下，5种WCT的吸附率均小于0.5%，耐温稳定性能较好。其中，仅有JPC-JC-02和JPC-JC-05两种WCT的吸附率随温度升高而升高，其他3种WCT基本不受温度变化的影响，均在可接受范围之内。数据表明，5种WCT在25 ℃至110 ℃的条件下，检测数值间的相互干扰较小，同时WCT被岩心颗粒的吸附值较低，吸附效果较差，WCT的耐温稳定性较好且受温度变化影响较小。

3.5  破胶液检测

WCT对质量分数为0.25% SLW-1冻胶的破胶液性能影响如表3所示。由表3数据可以得知，当质量分数为0.25%的SLW-1冻胶（空白样）破胶后，其破胶液的黏度为1.3 mPa·s，表面张力为     22.36 mN·m-1。当加入5种WCT后，相同质量分数冻胶的破胶液黏度为1.2 mPa·s，表面张力为   22.34 mN·m-1，表明WCT的加入，未明显影响质量分数为0.25% SLW-1冻胶破胶液的相关性能，且该质量分数的冻胶在相同条件下可彻底破胶。

质量分数为0.25% SLW-1冻胶的破胶液对WCT的吸附性测试如表4所示。由表4数据可以看出，将5种WCT同时混合于质量分数为0.25%的SLW-1冻胶中，在60 ℃水浴条件下进行破胶反应，静置2 h后检测各组分质量分数。经过数据处理换算，得出WCT各组分的吸附率均小于0.7%，表明0.25% SLW-1冻胶破胶液对WCT有一定的吸附作用，但吸附率较低，未明显改变WCT的检测精度和灵敏度，基本可以满足取样测试要求。

4  结 论

1）5种水相痕量化学示踪剂对质量分数为0.1% SLW-1基液性能没有影响，基液的溶解时间、液体黏度各项数据分别为20 s、11 mPa·s 。

2）5种水相痕量化学示踪剂对质量分数为0.1% SLW-1基液的减阻性能没有影响，减阻速率保持在79.3%。

3）5种水相痕量化学示踪剂对SLW-1的冻胶耐温耐剪切性能基本没有影响。在110 ℃条件下，剪切110 min，冻胶的黏度均可保持在60 mPa·s以上。

4）5种水相痕量化学示踪剂对质量分数为0.25% SLW-1的冻胶耐温破胶性能基本没有影响。在110 ℃条件下，剪切60 min，冻胶的黏度可降至在50 mPa·s以下。

5）鄂尔多斯盆地H1储层对5种水相痕量化学示踪剂的吸附率较小，均小于0.6%。5种水相痕量化学示踪剂的耐温稳定性较好，受温度变化影响较小。

6）WCT对质量分数为0.25% SLW-1冻胶的破胶液性能影响较小。其破胶液黏度为1.2 mPa·s，表面张力为22.34 mN·m-1。

7）质量分数为0.25% SLW-1冻胶的破胶液对痕量化学示踪剂的吸附性能影响较小，60 ℃条件下静置2 h后，测得吸附率均小于0.7%。

综合分析，水相痕量化学示踪剂检测灵敏度较高，与SLW-1的低质量分数和高质量分数液体之间配伍性好，相互间的性能影响较小。这5种痕量化学示踪剂可以作为SLW-1压裂液体系的示踪剂进行现场应用。

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