復合壓裂液耐溫性的影響因素研究

鄒鵬，楊庭安，任秋軍（中石油渤海鉆探井下技術服務分公司，天津大港　300283）

復合壓裂液耐溫性的影響因素研究

鄒鵬，楊庭安，任秋軍
（中石油渤海鉆探井下技術服務分公司，天津大港300283）

采用具有冷水可溶性的改性淀粉與羥丙基胍膠作為復合稠化劑，輔以其它添加劑，制備了一種新型水基復合壓裂液。利用高溫高壓流變儀研究了交聯劑、溫度穩定劑與稠化劑加量對復合壓裂液耐溫性影響規律。結果表明，使用有機硼鋯作為壓裂液的交聯劑時，在170 s-1剪切速率下，凍膠粘度穩定，耐溫能力達160℃；另外，溫度穩定劑硫代硫酸鈉較鄰苯二胺更能顯著改善復合壓裂液的耐溫性能。

復合稠化劑；改性淀粉；水基壓裂液；交聯液；耐溫性

水力壓裂是油氣井增產、水井增注的重要措施［1-3］。作為主要組分的稠化劑一直是壓裂液領域研究的重點和熱點。目前使用的胍膠、田菁膠、香豆膠等水基壓裂液稠化劑不僅價格高，而且由于水不溶組分含量高、破膠不徹底、不溶性殘渣含量高及與地層水不配伍而易引起油層傷害，造成壓裂增產效果差［4-8］。因此，研制質優價廉的壓裂液稠化劑勢在必行。玉米淀粉來源廣泛，價格低廉。若將改性淀粉與胍膠進行復合，將降低胍膠使用量，降低成本及減輕對地層的傷害。周亞軍報道了以玉米變性淀粉與植物膠XDF作為復合稠化劑制備了一種水力壓裂液，其表現出較優異的性能，但該壓裂液只適合于80℃以下的地層條件下使用［9］。本文研制了一種經預糊化處理的醋酸酯化與磷酸酯化改性淀粉稠化劑，將其與羥丙基胍膠復合，制備了一種新型的復合稠化劑水力壓裂液，并研究了顯著提高其耐溫性能的方法。

1　試驗部分

1.1試劑與儀器

醋酸酯與磷酸酯改性淀粉（預糊化處理，冷水可溶、極低殘渣，實驗室自制）；羥丙基胍爾膠（中石油昆山公司）；有機硼及有機硼鋯交聯劑（實驗室自制）；氯化鉀、碳酸鈉、硫代硫酸鈉、鄰苯二胺（國藥集團化學試劑有限公司）；氟碳助排劑（上海福田化工科技有限公司）；殺菌劑（新鄉市申亞化工有限公司）；鐵離子穩定劑（盤錦富隆化工有限公司）。RT-20型旋轉流變儀：德國哈克公司；吳茵混調器（北京探礦研究所）。

1.2實驗方法

1.2.1復合壓裂液的制備在吳茵混調器內以表1的配方配制復合壓裂液，先配制基液，待稠化劑完全溶脹，最后加入交聯劑。

1.2.2復合壓裂液耐溫性測試采用HAAKE RT-20型旋轉流變儀在不同設定溫度下測試復合壓裂液表觀粘度變化情況。該實驗的升溫程序為：50 mL左右復合交聯液從室溫快速升溫至第一段設定溫度，恒溫2 h；第一段升溫結束后，交聯液不取出，繼續從第一段設定溫度升溫至第二段設定溫度，恒溫2 h；依次規律升溫并恒溫2 h。

2　結果與討論

2.1交聯劑對復合壓裂液耐溫性的影響

選用有機硼作為復合稠化劑（羥丙基胍膠與改性淀粉復合）壓裂液的交聯劑，制備了1號配方的壓裂交聯液，其粘溫曲線（見圖1）。圖1表明，在剪切速率為170 s-1及溫度在100℃左右，交聯液1在連續剪切2 h的粘度保持在40 mPa·s～50 mPa·s，不能滿足壓裂液通用技術標準要求。

圖1　壓裂交聯液1的粘溫曲線（試驗配方1）

為了提高復合壓裂液的耐溫性能，在相同的配比下，以有機硼鋯交聯劑代替有機硼，制備了2號配方的壓裂交聯液，其粘溫曲線（見圖2）。圖2表明，復合交聯液2在剪切速率為170 s-1及溫度在100℃～160℃范圍內，復合交聯液在剪切2 h后粘度保持在50 mPa·s以上，基本符合壓裂液通用技術標準要求。不同溫度下對應的粘度值分別為：100℃，75 mPa·s～80 mPa·s；120℃，80 mPa·s～90 mPa·s；140℃，75 mPa·s～80 mPa·s；160℃，50 mPa·s～60 mPa·s。可見，該配方的復合交聯液的耐溫性達到了160℃。相比于有機硼，有機硼鋯交聯劑顯著提高了復合壓裂液的耐溫性。

2.2溫度穩定劑對復合壓裂液耐溫性的影響

在其它組成相同的情況下，分別測試了不添加溫度穩定劑（見圖3）、添加溫度穩定劑鄰苯二胺（見圖4）與硫代硫酸鈉（見圖2）的復合壓裂交聯液的粘溫曲線。圖3表明，不添加溫度穩定劑復合壓裂交聯液3在170 s-1及80℃左右，連續剪切2 h后粘度勉強保持在50 mPa·s以上。圖4表明，在添加鄰苯二胺作為復合壓裂液4的溫度穩定劑后，其耐溫能力達到了140℃。不同溫度下對應的粘度值分別為：100℃，75 mPa·s～90 mPa·s；120℃，60 mPa·s～70 mPa·s；140℃，50 mPa·s～55 mPa·s。圖2表明，以硫代硫酸鈉作為復合壓裂液2的溫度穩定劑后，其耐溫能力提高到160℃。可見，在這種復合壓裂液體系中，溫度穩定劑對耐溫性的貢獻程度為：硫代硫酸鈉＞鄰苯二胺＞不添加溫度穩定劑。

表1試驗配方

圖3壓裂交聯液3的粘溫曲線（試驗配方3）

圖4　壓裂交聯液4的粘溫曲線（試驗配方4）

2.3稠化劑對復合壓裂液耐溫性的影響

為了研究稠化劑加量對復合壓裂液耐溫性的影響，在交聯液2的配方基礎上，增加羥丙基胍膠加量至0.3％，得到配方5，其粘溫曲線（見圖5）。從圖5中可以看出，幾種溫度對應的粘度值分別為：100℃，240 mPa·s～340 mPa·s；140℃，80 mPa·s～90 mPa·s；160℃，50 mPa·s～65 mPa·s。其耐溫能力達到160℃。與圖2比較可知，稠化劑加量對復合壓裂液耐溫性沒有影響，但其加量越大，壓裂交聯液的粘度值越高。

3　結論

以具有冷水可溶性的改性淀粉與羥丙基胍膠作為復合稠化劑，輔以其它添加劑，制備了一種新型壓裂液。該新型壓裂液中羥丙基胍膠的加量較低（0.2％～0.3％），降低了壓裂液的使用成本；其耐溫性優良，可達160℃，可滿足大港油區大部分油氣井井溫要求。論文著重研究了該新型復合壓裂液的耐溫性能影響因素，高溫有機硼鋯交聯劑與溫度穩定劑的添加能夠顯著提高復合壓裂液的耐溫性能。

［1］李秀花，陳進富，佟曼麗.近期國內外水基壓裂液添加劑的發展概況［J］.石油與天然氣化工，1995，24（1）：12-17.

［2］崔明月.水基壓裂液添加劑的應用與評價［J］.油田化學，1997，14（4）：377-383.

［3］盧擁軍.九十年代國外壓裂液技術發展的新動向［J］.石油與天然氣化工，1998，27（2）：115-118.

［4］楊秀夫，劉希圣，陳勉，等.國內外水力壓裂技術現狀及發展趨勢［J］.鉆采工藝，1998，21（4）：21-25.

［5］寧廷偉，等.勝利油田開發和應用的水基壓裂液及其添加劑［J］.油田化學，1995，12（1）：84-87.

［6］楊秀夫，劉希圣，陳勉，等.國內外水力壓裂技術現狀及發展趨勢［J］.鉆采工藝，1998，21（4）：21-25.

［7］管保山，薛曉佳，何治武，等.低分子量合成聚合物壓裂液研究［J］.油田化學，2006，23（1）：36-37.

［8］周亞軍，王淑杰，于慶宇，等.玉米變性淀粉壓裂液稠化劑的研制［J］.吉林大學學報（工學版），2003，33（3）：64-67.

Influence research of temperature-stable ability of complex fracturing fluid

ZOU Peng，YANG Ting'an，REN Qiujun
（Downhole Technology Service Company，Bohai Drilling Engineering Company Limited，CNPC，Dagang Tianjin 300283，China）

A novel water-based fracturing fluid was prepared by using mixing hydroxypropylguar gum and modified starch with solubility in cold water，and adding the other additives. Effects of cross-linking agents，temperature stabilizers and thickening agents on temperature-stable ability of complex fracturing fluids were investigated via rheometer with high temperature and high pressure.Results showed that the cross-linking fracturing fluid had a good viscosity stability and temperature-stable ability reach 160℃at shear rate of 170 s-1，when organic boron zirconium cross-linking agent was used.In addition，temperature-stable ability could be observably improved by adding sodium thiosulfate comparing with ophenylenediamine.

complex thickener；modified starch；water-based fracturing fluids；cross-linking fluids；temperature-stable ability

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.006

TE357.1+2

A

1673-5285（2015）01-0022-04

2014－10-25

鄒鵬，男（1982-），2012年畢業于華中科技大學，博士，工程師，現從事增產措施改造及油田化學的相關研究工作。