復合型防膨劑與壓裂液配伍性研究

張紅麗

（1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西西安 710000）

油田開發過程中，對儲層進行壓裂作業時，壓裂液中加入防膨劑的目的在于防止由于黏土發生膨脹和運移，對儲集層造成傷害。但是通過調查發現，由于選擇的防膨劑的類型，或者防膨劑濃度使用不當，使得壓裂液與防膨劑不配伍，導致壓裂液性能改變，不能滿足作業要求。因此配制具有高防膨率和良好配伍性的壓裂液用防膨劑，對于確保采用良好性能的壓裂液進行壓裂具有重要意義。

目前所用防膨劑分為[1]：低聚季銨鹽型防膨劑、雙子季銨鹽型防膨劑、四元共聚物磷酸鹽防膨劑、復合型黏土防膨劑等。相對其他類型的防膨劑季銨型陽離子防膨劑具有以下特點[2]：該類型防膨劑可借助“中和”作用和“包被”作用，減小黏土顆粒和黏土晶層間的靜電斥力，防止黏土水化膨脹和分散；并且該類型防膨劑能夠同時吸附多個黏土晶層或微粒，達到抑制黏土分散運移的目的。并且其吸附性能不受pH值影響。因此，采用雙子季銨鹽與SY-1、SY-2復配防膨劑并測定其性能，然后進行配伍性研究。

1 復合型防膨劑性能評價

雙子季銨鹽XNW-2與SY-1、SY-2復配防膨劑。復配質量比例為XNW-2為48.8%，SY-1為9.9%，SY-2為4%，其余為水。復配后的防膨劑命名為XYNW-1。

參考SY/T5762－95《壓裂酸化用防膨劑性能評價方法》對XYNW-1防膨劑進行性能評價。將含有0.5%的XYNW-1防膨劑溶液置于常溫、90℃及140℃條件下放置7 d后測其防膨率（見表1）。由表1可知，在常溫、90℃及140℃條件下該防膨劑防膨率均高于80%，表明XYNW-1防膨劑防膨率能夠達到作業要求，并且XYNW-1防膨劑熱穩定性良好。

表1 XYNW-1防膨劑性能評價

2 復合型防膨劑與油氣井壓裂液配伍性研究

2.1 復合型防膨劑與油井壓裂液的配伍性

根據壓裂要求，一般會在壓裂液中加入多種添加劑如稠化劑、交聯劑、破膠劑、助排劑、降濾失劑等[3]。為了評價該防膨劑與壓裂液中的其他添加劑的配伍性，將加入0.5%XYNW-1防膨劑的壓裂液在水浴（90℃）24 h后，結果沒有產生沉淀和殘渣，表明該防膨劑與壓裂液的其他添加劑配伍性良好。進而對加入0.5%XYNW-1防膨劑的壓裂液進行表觀黏度，耐溫抗剪切性能及其破膠性能評價。

2.1.1 油井壓裂液表觀黏度測定 XYNW-1防膨劑對壓裂液表觀黏度的影響測試結果（見表2）。由表2可知：加入0.5%XYNW-1防膨劑的油井壓裂液表觀黏度并未發生顯著變化。

2.1.2 油井壓裂液的耐溫抗剪切性能評價 參照SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》使用HAAKE流變儀對添加0.5%XYNW-1防膨劑的壓裂液進行耐溫抗剪切能力測試。測定結果（見圖1、圖2）。

由圖1可以看出，加0.5%XYNW-1防膨劑，壓裂液的初期（30℃）黏度為450 mPa·s，升溫至90℃時，黏度高于 120 mPa·s。

圖2中說明：在30℃～80℃加熱過程中，大約用時17 min。在80℃下剪切60 min，壓裂液的黏度為110 mPa·s。可見加0.5%XYNW-1防膨劑時壓裂液高溫抗剪切性能良好。

2.1.3 油井壓裂液的破膠性能評價 破膠液黏度、殘渣含量及其界面張力測定結果（見表3）。

由表3可見，加入研制復配防膨劑XYNW-1的油井壓裂液的破膠性能均達到標準要求。0.5%破膠液的防膨率在80%以上。

2.2 復合型防膨劑與氣井壓裂液的配伍性

XYNW-1防膨劑與壓裂液中其他添加劑的配伍性測定實驗結果顯示，加入0.5%防膨劑的壓裂液在水浴（95℃）24 h后，無沉淀、殘渣，表明XYNW-1防膨劑與壓裂液中的其他添加劑配伍性良好。

表2 油井壓裂液的表觀黏度（黏度計轉速100 r/min，30℃）

圖1 XYNW-1防膨劑配制壓裂液的耐溫性能測試結果（油井）

圖2 XYNW-1防膨劑配制壓裂液抗剪切性能測試結果（油井）

表4 氣井壓裂液的表觀黏度（黏度計轉速100 r/min，30℃）

圖3 XYNW-1配制的壓裂液耐溫性能測試曲線（氣井）

圖4 XYNW-1配制的壓裂液抗剪切性能測試曲線（氣井）

表5 氣井壓裂液破膠性能評價

2.2.1 氣井壓裂液表觀黏度測定 XYNW-1防膨劑對氣井壓裂液表觀黏度的影響結果（見表4）。由表4可知：加入0.5%XYNW-1防膨劑后，壓裂液的表觀黏度并未發生顯著變化。

2.2.2 氣井壓裂液的耐溫抗剪切性能評價 加入0.5%XYNW-1防膨劑的氣井壓裂液耐溫抗剪切性能測定結果（見圖3、圖4）。由圖3、圖4可知：溫度升至140℃時，壓裂液黏度為140 mPa·s，可見其耐溫性能良好；在120℃剪切120 min，黏度125 mPa·s，可見其高溫抗剪切性能良好。

2.2.3 氣井壓裂液破膠性能評價 破膠液黏度、殘渣含量及其界面張力測定結果（見表5）。

由表5可見，加入0.5%XYNW-1防膨劑的氣井壓裂液的破膠性能可以達到作業要求。

3 小結

（1）XYNW-1防膨劑在常溫、90℃及140℃條件下防膨率都高于80%，表明復配防膨劑性能良好，能夠達到作業要求。

（2）復合型防膨劑XYNW-1常溫下及在油、氣井壓裂地層條件下，0.5%加量的防膨率均在80%以上。

（3）XYNW-1防膨劑與油氣井壓裂液其他添加劑配伍性良好，用0.5%XYNW-1防膨劑配制的油氣井壓裂液能夠保持較好的耐溫抗剪切性能和破膠性能。

［1］覃艷燕，等.防膨劑的研究進展［J］.化學工程師，2007，（5）：12-18.

［2］孔素東，朱馴，等.雙季銨鹽類化合物的研究現狀及合成進展［J］.化工中間體，2006，（10）：10-12.

［3］張軒，黃志宇，李雯.新型雙子季銨鹽的合成及黏土防膨性能評價［J］.石油天然氣化工，2012，41（1）：91-98.