一種用于低滲透油藏的壓裂體系制備及性能評價

陳文萍 王淑君

摘要：針對低滲透油藏的特點，以AM、AA、氧氯化鋯等作為原材料，制備一種適用于高溫的壓裂體系。對此，首先考察稠化劑、交聯劑、助排劑和粘土穩定劑的最佳用量方案，重點探討了不同溫度、不同用量下的壓裂體系性能。結果表明，在0.5%稠化劑+0.35%交聯劑+0.2%助排劑+0.2%粘土穩定劑的摻量下，得到的壓裂體系性能最佳。

關鍵詞：低滲透油藏;壓裂體系;稠化劑

中圖分類號：TE357 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0029-04

壓裂技術開始于上世紀的30年代，是一種油氣井增產的重要措施。在早期的油氣開發中，采用的是向油氣中添加可壓開和延伸裂縫的液體，以提高油氣的產量。但是隨著油氣田的開發，大部分油氣田開始轉變為低滲透油藏，進而使得油氣田開發進入后期階段。此時加強對傳統水力壓裂技術的改造，提高和增加低滲透油藏的產能，成為當前非常具有價值的工作。如西安石油大學的李海娟（2014）對傳統的水力壓裂技術進行改造，提出適用于30～70℃不等的壓裂體系;范海明（2017）則提出從壓裂穩定劑的角度對壓裂體系進行改造，進而得到耐高溫的壓裂體系;陳效領（2016）則提出從增稠劑的角度對壓裂體系進行改進。通過上述的研究看出，近些年來針對壓裂體系溫度的研究成為一種趨勢。而隨著四舌頭油藏的開發，使得開發儲層的深度在不斷增加。在部分開發的深井中，溫度甚至達到100～200℃。如在此時采用傳統的壓裂液，那么必然會在高溫中講解，進而不能保證壓裂體系的性能。因此，研制新型的耐高溫壓裂體系應用于低滲透油藏，是當前比較迫切的一個問題。

1 實驗方案設計

1.1實驗主要儀器與原材料

在壓裂體系中，最為重要的屬交聯劑和稠化劑。除上述兩種組成部分以外，還包括破膠劑、助排劑、溫度穩定劑、殺菌劑等等。在明確壓裂體系的情況下，本文重點探討交聯劑、稠化劑、粘土穩定劑和助排劑對壓裂體系的影響，以制備一種可以耐高溫的壓裂體系。

實驗原材料：丙烯酰胺（深圳伯順化工，AM）、丙烯酸（濟南仁源化工，AA）、十二燒基烯丙基氯化銨（自配）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（成都科龍，AMPS）、氧氯化鋯（成都科龍）、氫氧化鈉（濟南鑫盈化工）、有機胺粘土穩定劑（自配）等。

實驗室主要儀器：旋滴界面張力儀（德國KRUSS，Site100）、電子天平（常州諾基，O.O1g）、電子表面平衡張力儀（KNOWA SXIENTIFIC，ESB-v）、電動攪拌器（杭州儀表電機廠，D90-2F）。

1.2主要試驗方法

為評價上述得到的壓裂體系性能，按照石油行業中的SY/T6376-2008《壓裂液通用技術條件》和SY/T5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》等的相關要求對壓裂體系進行制備和評價。

1.2.1壓裂液試樣制備

試樣的制備總共分為3個步驟：①對基液的制備。具體是采用電動攪拌器，在攪拌的狀態下緩慢加入稠化劑和助排劑，攪拌20min，進行形成均勻的液體;②凍膠制備。在上述制備的基礎基液中，在計算量的前提下加入交聯劑和破膠劑，進而形成凍膠;③破膠液制備。在模擬儲層溫度的情況下，加入破膠劑。上述壓裂體系滿足6h破膠的要求。

1.2.2剪切切性能實驗

根據上述制備的凍膠，在模擬120℃的前提下，運用粘度計對壓裂體系的剪切性能進行測試。具體測試方法為：將壓裂液在杯中加滿，并將蓋子固定。在固定后放置與加熱套中。調整零點，開始實驗。具體步驟為：設置溫度，然后進行粘溫曲線實驗，剪切速率設置為170/s，溫度變化速度為3.0±0.2℃/min。在上述基礎上，繪制時間曲線，剪切時間1h。

1.2.3靜態濾失性測定

在對低滲透儲層進行壓裂的過程中，壓裂液在高壓的條件下會滲透到地層，進而造成粘土水化，孔隙縮小，最終降低地層的孔隙度。同時較高的濾失量會在一定程度上導致壓裂液在近井形成非常致密的濾餅，進而阻礙壓裂液進入到地層。對此，測試其濾失性是檢驗壓裂液性能的關鍵。其具體測試步驟為：首先將配制好的凍膠樣品裝入測試筒中，然后放入相應規格的濾紙;將濾簡裝好，并加入到加熱套中，然后在對樣品進行加壓和加熱處理。設定實驗的壓力為3.5MPa，溫度從30℃逐步上升到160℃。記錄濾液滲出時間和滲出量，并精確到O.1mL。在完成后，以時間平方根和累積濾失量為橫坐標和縱坐標，然后繪制擬合直線。

2 結果與分析

2.1最佳壓裂體系配方

2.1.1交聯條件優化

為考察不同因素對交聯劑相關性能的影響，測定不同交聯比和不同溫度對凍膠黏度的影響。如交聯比過大，很容易造成交聯劑的浪費，交聯比過少，則容易造成交聯效果差。因此，在0.1～0.45之間設定不同交聯比，然后計時測定交聯時間。本文在以往研究的基礎上，考慮隨著交聯時間的推移，溫度也在逐步上升。因此，選擇中間交聯用量，0.3%交聯劑+0.5%稠化劑的用量配比，并得到表1的統計結果。

通過上述的結果看出，在固定的用量下，當溫度上升到60℃時，得到的黏度都大于60mPa·s，說明交聯比設定為10：7比較合理。

同時考察不同pH值下的交聯黏度，分別在0.5%稠化劑的水溶液中加入一定量的氯化氫溶液和氫氧化鈉溶液，以調節溶液的pH值，得到圖1所示的結果。

通過圖1的結果看出，當pH在5～7的情況下，其得到的黏度最大。

2.1.2稠化劑最佳加量

選擇0.1%～0.6%不等的加量，考察在不同溫度對粘度的影響，剪切速率設定為160/s，根據上述的剪切實驗方法，得到表2的結果。

通過上述的結果看出，隨著交聯體系加量的不斷增加，得到的壓裂體系的黏度也在不斷的增加，并伴隨著溫度的升高在逐步減小。本文研究的是高溫120℃下的壓裂體系，所以將黏度變化與剪切時間進行統計，得到圖2的結果。

通過圖2的結果看出，隨著剪切時間的變化，粘度逐步降低，并在30min后，黏度降低到77mPa·s，滿足油井施工要求。因此，剪切時間設定為30min較為合理。

2.2黏土穩定劑的優選

研究認為，在儲層油藏高溫環境下，壓裂液會引起黏土膨脹，進而堵塞油氣層，最終降低石油采收率。為解決這問題，在研究中人們會選擇適當的黏土劑，以抑制黏土水化。對此，本文選擇4種不同的黏土劑，得到表3所示的結果。

根據上述的防膨率等數據的統計，選擇有機胺類黏土穩定劑。同時為選擇最佳的用量，分別在破膠液中摻入0.5%、1.OO%、1.50%、2.OO%、2.50%、3.OO%不同濃度的黏土穩定劑，得到如圖3所示的結果。

通過圖3結果看出，在摻入2%濃度的有機胺類下，得到的防膨率最大。

2.3助排劑優選

助排劑的目的是提高返排效率。可單獨加入，也可與其他助排劑一起加入。文章則在破膠液中加入甲醇助排劑和JFC助排劑，得到表4的結果。

通過以上結果看出，JFC在煤油表面的張力最小，所以選擇JFC助排劑最佳。同時，摻入不同濃度的JFC助排劑，得到圖4所示的結果。

根據圖4的統計看出，當JFC助排劑濃度在0.2%時，其得到的表面張力最小。

2.4壓裂液性能評價結果

2.4.1抗溫剪切切性能

根據上述的實驗方法，得到圖5所示的抗溫剪切切性能。

根據圖5的結果看出，在試驗溫度下90min后壓裂體系的黏度都大于50mP·s，滿足施工要求。

2.4.2濾失性能

在120℃的高溫下進行濾失實驗，從而得到如圖6所示的結果。

通過上述的結果看出，在高溫下其濾失量為3.02×10﹣3m3/m2。所以文章研制的壓裂體系具有良好的降濾失性能。

3 結語

通過上述的研究看出，壓裂液作為一種復合體系，包含多種成分。文章只是探討了以AM、AA等作為原材料制備壓裂體系。而對壓裂體系的組成來講，除上述的制備以外，還可以采用其他原材料進行制備。因此，文章所探討的壓裂體系性能只是眾多壓裂體系中的一種。同時通過上述的研究表明，在120℃的溫度下，0.5%稠化劑+0.35%交聯劑+0.2%助排劑+0.2%黏土穩定劑得到的性能最優。

參考文獻

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