延長氣田壓裂液體系室內評價研究

李文博

（陜西延長石油油氣勘探公司勘探開發部，陜西延安 716000）

壓裂液體系的性能是關乎整個壓裂施工作業成敗及壓裂效果的關鍵點之一。性能好的壓裂液不但能夠保障壓裂施工的順利進行，而且能夠保護儲層，獲得理想的增產效果。壓裂過程中，要求壓裂液具有高的攜帶支撐劑的能力、低的摩阻力及在不同的幾何空間、不同的流動狀態下優良的承受破壞的能力。能否達到完善這些性能，首要的工作在于對壓裂液流變性能進行正常評價。壓裂液性能的測試和評價是為配制和選用壓裂液提供依據，為壓裂設計提供參考。

1 壓裂液體系性能評價

壓裂液的作用是攜帶支撐劑進入裂縫后破膠排出。體系良好的耐溫耐剪切和破膠性能是保證施工順利的前提。

室內根據行業標準SY/T 5107－2005《水基壓裂液性能評價方法》，對體系進行了評價。

1.1 壓裂液配方

基液：0.5 %羥丙基瓜爾膠+0.5 %助排劑+0.1 %殺菌劑+0.12 %Na2CO3+0.5 %起泡劑+0.5 %粘土穩定劑。

交聯劑：將交聯劑A 和交聯劑B 按100:10 充分混合均勻后，用蒸餾水稀釋到50 %。

交聯比：100：0.5。

1.2 壓裂液性能評價

1.2.1 配伍性 室內按壓裂液配方中各添加劑的使用濃度，依次將添加劑加入100 mL 工業水中，分別置于20 ℃和95 ℃水浴鍋中，觀察不同時間下該液體的狀態，測試壓裂液添加劑之間的配伍性，測試結果（見表1）。測試結果表明該配方中各添加劑在95 ℃及20 ℃下配伍性良好。

表1 配伍性測試結果

1.2.2 基液性能 現場施工受氣候、機械、操作習慣等諸多不確定性因素影響較大，壓裂液基液參數是現場質量控制的重要判斷標準，基液性能的穩定性對于降低作業風險和成本是至關重要的。室內采用工業用水按照體系配方配制基液，在室溫20 ℃條件下實時檢測基液參數變化，結果（見表2），可以看出基液性能穩定性較好。

表2 基液性能測試結果

1.2.3 交聯時間及交聯狀態 交聯狀態是實驗室環境下直觀評價壓裂液體系，和現場調整交聯比的重要依據，延遲交聯時間的長短也決定著施工管柱摩阻的大小。室內在20 ℃下測試了壓裂液的交聯時間及交聯狀態，測試結果（見表3）。

表3 交聯情況測試結果

1.2.4 耐溫耐剪切性能 壓裂液的作用是攜帶支撐劑順利進入裂縫，并形成較好的鋪置狀態。攜砂液在裂縫內的高溫高壓剪切條件下，只有保持較高粘度，才能保證較小的濾失和很好的攜砂能力，以確保支撐劑緩慢沉降，隨流體推向裂縫遠端，形成良好支撐面，保證裂縫閉合后的導流能力。

室內應用美國BROOKFIELD 公司PVS 型高溫高壓流變儀在95 ℃、3.5 MPa、170 s-1剪切速率下評價了體系凍膠的耐溫耐剪切性能，結果表明該壓裂液交聯凍膠在95 ℃下剪切90 min 后粘度保持在100 mPa·s以上，具有較好的耐溫抗剪切性能。

圖1 95 ℃下的耐溫耐剪切曲線

圖2 85 ℃下的耐溫耐剪切曲線

1.2.5 破膠性能 壓裂施工后，必須及時徹底破膠，才能保證返排順利進行，降低液體對儲層滲透率和支撐裂縫導流能力的傷害，同時在該破膠劑的加量下，必須保證壓裂液有一定的粘度和較好攜砂能力，避免過早脫砂導致砂堵，影響改造措施效果（見表4、表5）。

表4 95 ℃破膠性能

表5 85 ℃破膠性能

表6 體系破膠液殘渣

實驗結果表明，該壓裂液體系在3 h 以內皆能徹底破膠，破膠液粘度在5 mPa·s 左右。

1.2.6 殘渣含量 壓裂液殘渣是影響支撐裂縫導流能力的重要因素。破膠液殘渣是HPG 中水不溶物和壓裂液中各種添加劑之間經過復雜的化學反應后留下的難溶于水組份的綜合，當交聯凍膠破膠后，這些組份或吸附在裂縫壁面，或被支撐劑過濾，隨著破膠液的返排和天然氣的流動，殘渣逐漸滲透進入堵塞孔喉或支撐裂縫，降低裂縫導流能力。

室內在95 ℃、不同APS 加量條件下制備破膠液，離心烘干稱量得出體系的破膠液殘渣，結果（見表6）。

1.2.7 靜態濾失性能 壓裂液進入裂縫后，在壓差作用下，液體進入巖石孔隙空間，聚合物被過濾滯留在巖石表面形成濾餅，一方面降低濾失，一方面傷害儲層。從施工角度來講，控制液體濾失是有效壓裂作業的關鍵。同等條件下，濾失系數的大小直接決定著液體效率的高低，是壓裂設計參數確定的重要依據。

室內應用GGS71-A 型高溫高壓濾失儀評價了體系凍膠在3.5 MPa 壓差下的靜態濾失性能。

表7 靜態濾失性能評價結果

1.2.8 破膠液性能 室內測試了壓裂液破膠液的表面性能、粘土防膨性能及起泡性能，測試結果為：破膠液表面張力為30.72 mN/m，粘土防膨率為75.9 %，泡沫質量為87.1 %，半衰期為10.6 min。

1.2.9 破膠液對巖心基質滲透率的損害率 使用美國TEMCO 公司生產的酸化多功能巖心驅替模擬實驗系統測試了壓裂液破膠液對巖心基質滲透率的損害率，試驗步驟如下：

標準鹽水飽和→濕氮氣正向驅替測試損害前巖心滲透率→反向破膠液驅替2 倍孔隙體積，損害2 h→濕氮氣正向驅替測試損害后巖心滲透率。試驗測試結果（見表8）。

表8 巖心基質滲透率損害率測試結果

壓裂液體系對延長氣田延497 井山2 層巖心平均損害率為21.1 %，小于行業標準技術指標30 %。

2 結論

（1）參照行業標準及相關產品企業標準，評價了延長氣田壓裂液各添加劑性能，結果表明各添加劑性能良好。壓裂液體系性能評價結果表明，體系具有較好的交聯、耐溫抗剪切、破膠、助排、粘土防膨、起泡、巖心損害率等性能。

（2）以后生產中根據實際需要和所遇到的問題，可進一步做新型壓裂液的室內研究和現場試驗評價。

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