一種高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系

趙立強杜 娟劉平禮趙振峰劉書杰

1.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·西南石油大學 2.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 3.中海石油研究總院

一種高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系

趙立強1杜 娟1劉平禮1趙振峰2劉書杰3

1.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·西南石油大學 2.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 3.中海石油研究總院

趙立強等.一種高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系.天然氣工業，2012，32（6）：43-45.

前置酸加砂壓裂工藝技術在油氣田現場增產改造作業中已進行了大量應用，并取得了較好的增產效果，但同時也暴露出了在壓裂注入過程中前置酸與壓裂液接觸提前破膠等問題。為此，根據前置酸加砂壓裂工藝技術的要求，從確保施工成功、提高增產效果出發，提出了采用前置酸加砂壓裂隔離液隔離前置酸和壓裂液技術，通過理論分析和實驗研究，優選出了有機酯類物質作為前置酸加砂壓裂隔離液體系主劑，提出了高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液配方和制備方法。對系列實驗評價分析結果的研究表明，所提出的有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系能較好滿足前置酸加砂壓裂要求，有效隔離前置酸液和壓裂液，提高了施工效果。

壓裂（巖石） 前置酸 壓裂液 隔離液 有機酯 體系 施工效果

前置酸加砂壓裂是將酸液在高于破裂壓力下泵入地層，使一部分酸液處于裂縫最前緣，一部分酸液濾失到裂縫壁面兩側，隨后繼續泵入攜砂液、頂替液，從而完成施工［1］。前置酸加砂壓裂常使用交聯羥丙基瓜膠為主的水基壓裂液，采用NaOH和NaCO3調節p H值在9～11，壓裂液遇前置酸會破膠［2－3］。為解決該問題，現場進行壓裂施工時需加入一種隔離液，以實現隔開前置酸液和壓裂液的目的，從而提高施工效果。

目前，國內外無專用前置酸加砂壓裂用隔離液，現場施工過程中通常采用未交聯壓裂液作為隔離液［4－8］。采用未交聯壓裂液作隔離液會降低酸液濃度，減小反應活性。另外，為了避免酸液和攜砂液接觸破膠，影響壓裂液攜砂性能，現場往往加入大量未交聯壓裂液作為隔離液，易導致儲層傷害。筆者針對所存在的問題，通過理論分析和室內評價研究，提出了高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系配方和制備方法。

1 使用隔離液的必要性及性能要求

1.1 使用隔離液的必要性

在室內將壓裂液與酸液1∶1混合，攪勻，采用布什黏度計（0號轉子34S－1）測定其黏度變化，結果表明酸液和壓裂液接觸會破膠（圖1、表1）。

圖1 壓裂液（交聯羥丙基瓜膠）、壓裂液＋3%HCl圖

表1 壓裂液和酸液混合黏度測定結果表

綜上所述，在前置酸加砂壓裂中，常使用交聯羥丙基瓜膠為主的水基壓裂液和前置酸接觸會破膠?，F場施工過程中通常采用未交聯壓裂液作為隔離液，然而該隔離液存在會降低隔離液濃度、減小反應活性、易傷害儲層等問題。因此非常有必要研制出一種新的前置酸加砂壓裂隔離液。

1.2 隔離液性能要求

根據前置酸加砂壓裂工藝特點，為了確保施工成功并取得較好效果，隔離液應具備如下性能［9］：①隔離液與壓裂液配伍；②隔離液與前置酸配伍；③隔離液與地層流體配伍；④隔離液不會引起壓裂液破膠；⑤隔離液不對儲層造成傷害；⑥壓裂時要求隔離液能起到很好的隔離效果，在壓裂后又能讓酸液與壓裂液接觸。

2 有機酯類物質作用機理分析

2.1 有機酯基本性質分析

石油行業中常用有機酯類物質［10］通常為飽和羧酸酯（圖2-a）和磷酸酯（圖2-b），均屬于中性物質，不會對壓裂液造成破膠。

圖2 羧酸酯、磷酸酯分子結構圖

由于有機酯為飽和碳鏈結構，在井筒及儲層中不會發生聚合，仍保持其小分子狀態，因此不會對儲層造成傷害。

2.2 有機酯水解反應分析

有機酯的水解反應為酰基碳上的親核取代，羧酸酯水解反應方程式為式（1）［11］，產物為羧酸和飽和醇；磷酸酯水解反應方程式為式（2）～（4），產物為磷酸和飽和醇?？梢姡袡C酯水解后產物為有機酸和醇類物質。由于有機酸為酸化常用體系，有助于酸化，同時醇類物質具有較好的潤濕延展性，能降低表面張力。因此，有機酯不僅不會對儲層造成傷害，其水解產物有機酸還能起到一定的酸化效果，醇類還能解除水鎖現象。

3 有機酯隔離液的配方及其制備方法

3.1 有機酯隔離液配方

有機酯隔離液配方為：A＋B＋D＋E，由以下各種組分按重量份配比組成：15～35份或100份A；0～1份B；0～1份D；63～85份或0份E。

所述A為常見酯類物質，通式C m OOX n H y，C為碳元素、X為碳元素或磷元素，O為氧元素，H為氫元素。m值為2～8，當X為碳元素時，n值為2～4，而當X為磷元素時，n值為1，如乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸二甲酯、磷酸三丁酯等。所述B為吐溫80、span80、山梨糖醇酐油酸酯的其中一種或兩種以上的混合物。所述D為常見黏土穩定劑，十二烷基胺乙酸氨、氯化十二烷基三甲銨。所述E為水。

3.2 有機酯隔離液制備方法

稱取15～35份或100份A、0～1份B、0～1份D、63～85份或0份E，然后將A、B、D、E放在混合容器中，攪拌器以低速轉動攪拌30 s，即得到筆者研制的前置酸加砂壓裂用隔離液。

4 有機酯隔離液的性能評價

根據有機酯隔離液體系的組成，設計了3種具體的配方（表2），開展了配伍性和隔離效果評價。

表2 有機酯隔離液體系配方組成表

4.1 配伍性評價

將各隔離液配方與蘇里格氣田的實際地層水1∶1混合，攪拌均勻，水浴90℃，4 h后的結果如圖3所示。將液體過濾，濾紙上沒有固相物質，表明有機酯隔離液體系與地層水配伍性較好。

圖3 隔離液與地層水配伍性能圖

4.2 隔離效果評價

將各隔離液配方分別與酸和壓裂液混合，在低溫（20℃）和高溫（80℃）情況下靜置觀察，其結果表明有機酯隔離液能有效隔離前置酸和壓裂液（圖4和表3）。

圖4 土酸＋隔離液＋壓裂液隔離效果圖

表3 不同隔離液配方與酸和壓裂液的隔離效果表

5 結論

1）優選出了有機酯類物質作為前置酸加砂壓裂隔離液體系主劑。

2）形成了有機酯前置酸加砂壓裂隔離液配方和制備方法。

3）根據系列實驗評價分析結果表明，筆者提出的有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系能較好滿足前置酸加砂壓裂要求，有效隔離前置酸液和壓裂液，提高了施工效果。

［1］?？酥Z米德斯.油藏增產措施［M］.3版.北京：石油工業出版社，2002.

［2］劉紅現，趙立強，劉平禮，等.前置酸改善水力壓裂效果機理分析［J］.石油天然氣學報：江漢石油學院學報，2008，30（1）：332-334.

［3］郭大立，趙金洲，吳剛，等.水力壓裂優化設計方法研究［J］.西南石油學院學報，1999，21（4）：61-63.

［4］顧燕凌，樊紅旗，劉運強，等.前置酸壓裂工藝在低滲砂巖儲層中的試驗與評價［J］.油氣田地面工程，2008，27（8）：4-5.

［5］ALOTAIBI M B，NASR-EI-DIN H A.Use of ester as a precursor to clean formate drill-in fluid damage in horizontal wells［J］.SPE Drilling ＆ Completion，2009，24（3）：404-412.

［6］NASR-EI-DIN H A，AL-ZAHRANI A .Investigation of a new single-stage sandstone acidizing fluid for high temperature formations［C］∥paper 107636-MS presented at the SPE European Formation Damage Conference，30 May-1 June 2007，Scheveningen，Netherlands.New York：SPE，2007.

［7］王道成，趙立強，劉平禮，等.低滲透非均質油藏徑向滲流特征研究［J］.西南石油大學學報，2007，29（5）：72-76.

［8］TUEDOR F E，XIAO Z，FULLER M J，et al.A breakthrough fluid technology in stimulation of sandstone reservoirs［C］∥paper 98314-MS presented at the SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control，15-17 February 2006，Lafayete，Louisiana USA.New York：SPE，2006.

［9］楊振杰，李家芬，蘇長明，等.新型膠乳沖洗隔離液試驗［J］.天然氣工業，2007，27（9）：51-53.

［10］陳大鈞.油氣田應用化學［M］.北京：石油工業出版社，2006.

［11］王積濤.有機化學［M］.天津：南開大學出版社，2009.

（修改回稿日期 2012-05-07 編輯 韓曉渝）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.010

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”（編號：2011ZX05044）、國家科技重大專項“海外大陸邊緣盆地勘探開發實用新技術研究”（編號：2011ZX05030-005-08）。

趙立強，1957年生，教授，博士生導師；一直從事酸化壓裂增產技術和采油氣工程的教學與科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都區新都大道8號。電話：（028）83032911。E-mail：zhaolq＠vip.163.com