適用于高廟構造的地層水壓裂液體系研究

胡俊龍　譚佳　王文耀　劉素華　馮文光

摘 要：川西地區須家河組地層水產出量大，水質復雜，礦化度含量高，地層水處理達標外排難度大，給西南分公司造成了嚴重的環保壓力。該文通過地層水中主要離子對壓裂液性能的影響研究，確定了地層水中主要離子對壓裂液性能具有不利影響的臨界濃度，采用將地層水稀釋的方法配制了一套適用于高廟構造的壓裂液配方，該壓裂液配方不僅綜合性能好于原配方，而且還大幅度降低了配套處理劑的加量，實現了降本增效和節能減排。

關鍵詞：高廟 地層水 稀釋法 壓裂液 環保

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0063-02

川西氣田氣水同產現象十分普遍。高產氣井同時也是高產水井。截止2013年底，西南油氣田日產水量達到1300m3/d，其中，深層須家河組日產水量達到1000m3/d，占總產水量的73%左右。由于產出的地層水水質復雜、礦化度高，含有鈣、鎂、氯等多種離子，達標外排難度大，給現有污水處理站帶來了極大的處理壓力。

1 技術難點及壓裂液性能需求

1.1 深層地層水水質復雜、礦化度高，無法直接配制壓裂液

根據資料分析，川西地區深層須家河組水型為CaCl2型，埋深在3500～5500 m之間，地層水礦化度非常高，在50000～100000 mg/L之間，水中Cl-含量在60000～100000 mg/L，Ca2+含量在3000 mg/L以上。

采用深層地層水配制壓裂液時發現，形成的凍膠交聯較弱，不能挑掛，在45 ℃，170S-1條件下剪切初始粘度只有40 mPa.s，耐溫耐剪切性能差，不能滿足行業標準對壓裂液施工性能的要求。

1.2 高廟地區儲層易于水化膨脹，要求壓裂液具有較好的防膨性能

高廟地區沙溪廟組儲層含有一定數量的水敏性粘土礦物，從表1可以看出，高廟地區儲層粘土礦物中伊蒙混層含量相對較高，儲層易于水化膨脹，這就需要壓裂液體系具有良好的防膨性能，同時儲層具有明顯的水敏特征，如圖2所示，隨著礦化度的升高，儲層傷害程度下降，因此需要提高壓裂液的礦化度起到平衡地層礦化度，降低水敏的作用。

2 技術對策

針對地層水中離子成分多、含量高，對壓裂液體系的交聯和耐溫耐剪切性能影響大的難點。有必要開展地層水中離子對壓裂液耐溫耐剪切性能影響研究，確定地層水中主要金屬離子對壓裂液性能產生不利影響的臨界點。并通過稀釋法把地層水中的各種影響壓裂液性能的離子濃度降低到臨界濃度以下，消除這些離子對壓裂液交聯和耐溫耐剪切性能的不利影響，配制出與高廟地區儲層適應性好的壓裂液體系。

2.1 稀釋比例確定

通過室內開展的地層水主要離子對壓裂液耐溫耐剪切性能的影響研究表明：影響地層中對壓裂液性能的離子主要是鈣、鎂和氯離子，其臨界影響濃度范圍為Ca2+≤1200 mg/L，Mg2+≤1500 mg/L、Cl-≤1×10 5mg/L。對新2井地層水水樣進行稀釋，稀釋比例分別為地層水∶蒸餾水=40∶60和地層水∶蒸餾水=30∶70，稀釋后的水質分析如表2所示。

分別采用地層水和清水混合比例為30∶70和40∶60進行了壓裂液交聯性能和耐溫耐剪切性能評價，結果如圖3所示。當混合比例為地層水∶蒸餾水=30∶70時，壓裂液體系在75℃條件下具有更好的耐溫耐剪切性能，170S-1條件下剪切120 min后粘度保持在150 mPa.s左右，滿足施工對凍膠流變和攜砂性能的要求，因此，選擇稀釋比例為30∶70作為地層水的最佳稀釋比例。

2.2 防膨體系優化

為了防止粘土礦物的水化膨脹，高廟構造現有壓裂液配方中加入了無機防膨劑KCL和有機防膨劑FK-5復合而成的防膨體系。鑒于深層地層水中含有大量鈣鎂等陽離子，對粘土礦物具有良好的抑制水化膨脹的作用，并與儲層及地層流體具有很好的配伍性。針對不同稀釋比例的地層水進行了防膨率評價，并與原配方復合防膨體系進行對比，對比結果如表3所示。

由表3可以得出：任意稀釋比例的地層水防膨率都在80%以上，均高于現有配方防膨體系的防膨性能，尤其地層水稀釋比例為30∶70時具有最佳的防膨效果。由此可知：稀釋后的地層水可以很好的替代防膨體系，起到抑制粘土膨脹、運移的效果。

2.3 助排劑優化

按地層水∶蒸餾水=30∶70的比例稀釋地層水后，加入不同濃度的助排劑，進一步考察地層水與助排劑復配后的表面張力，結果如表4所示：當助排劑濃度為0.1%具有最低的表面張力。

3 高廟地區深層地層水壓裂液的綜合性能

在地層水稀釋比例、防膨性能以及配套處理劑優化的基礎上，初步形成了一套適用于高廟構造沙溪廟組的地層水壓裂液配方：0.42%瓜膠+0.3%殺菌劑+0.3%助排劑+0.3%增效劑+0.5%碳酸鈉+0.5%破乳劑+（地層水∶清水=30∶70），基液pH為8.5，基液粘度為32 MPa.s（170S-1），并按照SY/T 5107水基壓裂液性能評價方法行業標準，對其性能進行了評價。測試結果如表5和圖4所示，測試結果表明高廟地區地層水調試的壓裂液完全能滿足行業標準的要求。

4 結論

（1）通過將地層水稀釋，有效克服了高礦化度對壓裂液耐溫耐剪切性能的不利影響，成功配制了一套適合于高廟構造沙溪廟組的地層水壓裂液體系。該壓裂液具有耐溫耐剪切性能好、高防膨、低表面張力以及低傷害的特點。

（2）地層水壓裂液具有良好的防膨性能，實現現有防膨劑的完全替代，同時，與助排劑和增效劑具有良好的配伍性，減少了其用量，實現了將本增效。

（3）用深層地層水配制壓裂液能緩解川西深層地層水帶來的巨大環保壓力，并且做到了“廢水利用、變廢為寶”，促進了油氣田的綠色環保開發。

參考文獻

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