壓裂液現(xiàn)場快速檢測方法的研究與應(yīng)用

洪怡春 魯 楠 李建閣

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司 采油工程研究院 (黑龍江 大慶 163453）

壓裂液現(xiàn)場快速檢測方法的研究與應(yīng)用

洪怡春 魯 楠 李建閣

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司 采油工程研究院 (黑龍江 大慶 163453）

壓裂是重要的油田增產(chǎn)措施，壓裂液的性能直接關(guān)系到壓裂措施效果，為保證現(xiàn)場應(yīng)用效果，需加強(qiáng)壓裂液的現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控。但常規(guī)檢測方法需要36h，難以在壓裂施工之前對壓裂液質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。為此研究了壓裂液現(xiàn)場快速檢測方法，把壓裂液檢測時間控制在50min以內(nèi)，為實現(xiàn)壓裂液質(zhì)量現(xiàn)場監(jiān)督提供了方便快捷、可操作性強(qiáng)的檢測方法。

壓裂液 快速檢測 質(zhì)量監(jiān)控

壓裂是重要的油田增產(chǎn)措施，壓裂液的質(zhì)量直接影響壓裂施工效果,甚至嚴(yán)重影響油氣的產(chǎn)量。由于現(xiàn)場施工環(huán)境的改變,配液條件以及攪拌程度的不同等諸多因素的影響,壓裂液性能與室內(nèi)研究結(jié)果存在較大差異,對壓裂液進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)測是十分必要的[1]。

壓裂液的質(zhì)量檢驗一般是在施工現(xiàn)場抽取壓裂液樣品，按照SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》進(jìn)行常規(guī)檢測，常規(guī)方法耗時較長，至少需要36h。壓裂施工是一個需要多部門配合的復(fù)雜過程，需調(diào)動大量的人員和車組，且壓裂液配制完成后易腐敗變質(zhì)，無法在壓裂液常規(guī)檢驗完成后再開始施工。目前對壓裂液的質(zhì)量檢測主要是配液前對配制用水及其他原料進(jìn)行監(jiān)測。壓裂液配制完成后，施工前的現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)測僅限于測定基液黏度和交聯(lián)挑掛性能[1,2]，不能反映壓裂液主要性能，如果壓裂液不合格，造成的傷害將無法挽回。因此，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，開展壓裂液快速檢測方法研究，將檢驗時間控制在1h之內(nèi)，在施工前完成壓裂液檢測，真正實現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控。

1 壓裂液快速檢測參數(shù)的確定

按照SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》，常規(guī)壓裂液檢測主要包括以下參數(shù)：基液黏度、基液密度、交聯(lián)時間、凍膠耐溫耐剪切能力、破膠液黏度、破膠液表界面張力、壓裂液與地層原油破乳率、殘渣含量等。根據(jù)所需檢驗時間將這些參數(shù)分為3類：能在1h之內(nèi)檢驗完成的參數(shù)、破膠后能在1h內(nèi)完成的參數(shù)、按常規(guī)方法難以在破膠后1h內(nèi)完成的參數(shù)。

1.1 能在1h內(nèi)完成的性能參數(shù)

這類參數(shù)包括基液黏度、基液密度、耐溫耐剪切能力。

（1）基液黏度。基液黏度是指未交聯(lián)的壓裂液基液在170s-1下的黏度，可用6速旋轉(zhuǎn)黏度計在100r/ min下進(jìn)行測定，幾分鐘即可完成，是最基本的控制壓裂液質(zhì)量的參數(shù)。

（2）基液密度。基液密度是指未交聯(lián)的壓裂液基液在室溫下的密度，可用數(shù)顯密度計方便地進(jìn)行測量，此項指標(biāo)對現(xiàn)場施工效果沒有直接影響，也可略去。

（3）耐溫耐剪切能力。此項指標(biāo)主要表現(xiàn)凍膠抗剪切的能力和懸砂能力，一般用壓裂液在儲層溫度、170s-1下連續(xù)剪切一段時間后的黏度來表征，通常用流變儀進(jìn)行測定。要實現(xiàn)現(xiàn)場檢測關(guān)鍵是為流變儀提供穩(wěn)定的電源和良好的工作環(huán)境。

（4）交聯(lián)時間。此項指標(biāo)表現(xiàn)壓裂液從基液轉(zhuǎn)變?yōu)閮瞿z的時間，通常用秒表測定，比較簡單易行。

1.2 破膠后能在1h之內(nèi)完成的項目

這類參數(shù)包括破膠液黏度、破膠液表界面張力。按照常規(guī)方法，破膠時間約需4～12h，這類指標(biāo)要實現(xiàn)快速檢測的關(guān)鍵是在不影響檢測結(jié)果的條件下快速破膠得到水化液。

（1）破膠液黏度。破膠液黏度指破膠水化液在170s-1下的黏度，一般在5mPa·s以下，用6速旋轉(zhuǎn)黏度計很難得到準(zhǔn)確結(jié)果，可用毛細(xì)管黏度計進(jìn)行測定。但由于破膠劑用量加大，溫度升高，快速破膠后的破膠液黏度不能準(zhǔn)確體現(xiàn)實際情況，因此不將此項列為快速檢測參數(shù)。

（2）破膠液表界面張力。此指標(biāo)主要表現(xiàn)破膠液返排性能，破膠后幾分鐘內(nèi)即可完成，快速檢測主要考慮過量破膠劑和高溫對實驗結(jié)果的影響。

1.3 破膠后在1h之內(nèi)難以完成的項目

（1）破乳率。SY/T 6376-1998按照《壓裂液通用技術(shù)條件》，破乳時間應(yīng)為1h，再加上加溫時間、乳化時間，破膠后至少仍需90min，如人為縮短乳化和破乳時間，檢驗結(jié)果就會失去意義，因此不將此項列為快速檢測參數(shù)。

（2）殘渣含量。SY/T 5107-2005按照《水基壓裂液性能評價方法》，進(jìn)行壓裂液殘渣含量測定需在壓裂液破膠后對破膠液進(jìn)行離心分離，然后烘干至恒重。用傳統(tǒng)的離心瓶法烘至恒重至少需要12h，因此必須采用其它方法分離和烘干殘渣，或用其它指標(biāo)間接反應(yīng)殘渣含量。

（3）巖心傷害率。按照常規(guī)檢驗方法，除去準(zhǔn)備巖心的時間，收集足夠的壓裂液濾液至少需要4h，進(jìn)行巖心驅(qū)替和傷害實驗至少需要4h，驅(qū)替和傷害的時間是不可壓縮的，因此不將此項列為快速檢測參數(shù)。

通過上述分析，根據(jù)壓裂液參數(shù)的重要性和現(xiàn)場檢驗的可行性，確定壓裂液快速檢測方法的主要參數(shù)為：基液黏度（直接體現(xiàn)配液質(zhì)量）、凍膠耐溫耐剪切能力（表征攜砂性能）、破膠液表面張力、界面張力（表征返排性能）、殘渣含量（表征壓裂液對儲層及填砂裂縫的傷害程度）。

2 壓裂液快速檢測方法的確定

壓裂液快速檢測方法的主要參數(shù)確定以后，通過室內(nèi)實驗確定能在1h之內(nèi)完成的快速檢測方法。

2.1 基液黏度和凍膠耐溫耐剪切能力的測定方法

基液黏度和凍膠耐溫耐剪切能力采用常規(guī)方法即可在40min內(nèi)完成。

（1）基液黏度測定方法。用6速旋轉(zhuǎn)黏度計在室溫170s-1下進(jìn)行測定，5min內(nèi)完成。

（2）凍膠耐溫耐剪切能力測定方法。按照《SY/T 5107-2005水基壓裂液性能評價方法》，實驗溫度從30℃開始，控制升溫速度為3.0±0.2℃/min，直到升至地層溫度，剪切速率設(shè)為170s-1，凍膠剪切時間為壓裂施工時間，如施工時間超過30min，則按30min進(jìn)行測試[3]。

2.2 殘渣含量和破膠液表界面張力的快速檢測方法

按照常規(guī)檢驗方法，殘渣含量和破膠液表界面張力都需要在壓裂液凍膠破膠后進(jìn)行測定，測定殘渣含量還需將殘渣離心分離并烘干至恒重[3]，至少需要36h以上。若要在1h內(nèi)完成表界面張力和殘渣含量的測定，破膠時間和殘渣分離恒重時間都必須控制在30min以內(nèi)，因此加快檢驗速度的關(guān)鍵是壓裂液快速破膠和殘渣的快速分離干燥。

（1）壓裂液快速破膠方法。按照常規(guī)檢驗方法，破膠實驗是將交聯(lián)劑加入到基液中配制成壓裂液凍膠，在地層溫度下恒溫破膠[3]。破膠速度和溫度及破膠劑濃度有關(guān)，加入過量的破膠劑，提高破膠溫度可大大加快破膠速度。考慮到測定壓裂液殘渣和表界面張力需要的是破膠水化液，其結(jié)果與交聯(lián)劑關(guān)系不大，因此不加交聯(lián)劑，直接用基液進(jìn)行破膠實驗，從而減少操作環(huán)節(jié)，并使破膠速度進(jìn)一步加快。采用過量追加破膠劑和提高加熱溫度的方法可把破膠時間從常規(guī)的4～12h縮短至10min。

（2）殘渣含量測定。為快速分離殘渣并稱量其重量，將破膠液進(jìn)行加壓過濾，過濾后的濾液進(jìn)行表界面張力測定，過濾后的殘渣和濾紙一起在紅外線水分分析儀中烘干（濾紙預(yù)先烘干稱重），將殘渣分離恒重的時間縮短到15min以內(nèi)。快速方法與常規(guī)方法殘渣含量檢驗時間的對比見表1。

（3）表界面張力測定。用破膠液過濾后的濾液用常規(guī)方法進(jìn)行表界面張力測定。

壓裂液破膠后，表界面張力測定方法與常規(guī)方法相同，由于破膠時間從12h縮短到10min，表界面張力檢驗時間相應(yīng)從13h縮短到30min。

經(jīng)過多次室內(nèi)實驗，由2個檢驗員分工協(xié)作，壓裂液快速檢測時間從第一個檢測項目開始到最后一個檢驗項目結(jié)束，可以控制在40min以內(nèi)。從常規(guī)和快速檢測的對比實驗結(jié)果看，過量破膠劑和短時間高溫加熱對結(jié)果影響不大（見表2）。

3 壓裂液快速檢測現(xiàn)場試驗

2008年5月至2010年10月，共進(jìn)行了40口井的壓裂液快速檢測，每口井壓裂液現(xiàn)場快速檢測約需35～50min，檢驗結(jié)果與常規(guī)實驗方法吻合，實驗結(jié)果見表3。

表1 快速方法與常規(guī)方法殘渣含量檢驗時間的對比

表2 快速檢測方法與常規(guī)檢測方法的對比

表3 壓裂液現(xiàn)場快速檢測與常規(guī)實驗結(jié)果對比（部分）

4 結(jié)論與建議

（1）采用快速檢測方法可以在50min內(nèi)完成壓裂液基液黏度、凍膠耐溫耐剪切能力、殘渣含量、破膠液表面張力、破膠液界面張力5項主要參數(shù)的檢測，檢測可在施工前進(jìn)行，可加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控，防止不合格壓裂液進(jìn)入地層。

（2）配備壓裂液快速檢測車，可以在施工現(xiàn)場進(jìn)行快速檢測。

（3）在配液站配備快速檢測設(shè)備，可以進(jìn)行更全面的出廠檢測。

[1]叢連鑄,崔明月,張睿達(dá),等.水基壓裂液現(xiàn)場實施質(zhì)量控制技術(shù)[J].鉆井液與完井液,2004(4):56-57.

[2]鄭克祥,王玉斌,怡寶安.壓裂液現(xiàn)場實施的質(zhì)量控制[J].新疆石油科技,2007(2):23-24.

[3]SY/T 5107-2005水基壓裂液性能評價方法[S].

Fracturing is an important measure of production increase in oilfields.The property of fracturing fluid is directly related to the effect of fracturing measures,so it is necessary to strengthen the field quality control of fracturing fluid in order to guarantee the effect of field application.However,the routine testing method is difficult to control the quality of fracturing fluid before the fracturing operation because it needs 36 hours.Therefore,the paper studies the rapid field detecting method for the fracturing fluid,and also reduces the time of fracturing detection to 50 minutes.This provides the convenient,rapid,workable method for realizing the field supervision over fracturing fluid quality.

fracturing fluid;rapid detection;quality control

洪怡春(1972-)，女，現(xiàn)從事油田入井流體質(zhì)量檢驗工作。

尉立崗

2011-01-05