低溫條件下提高連續混配施工穩定性研究

謝新秋 ，文 果 ，馬新東

（1.川慶鉆探工程有限公司工程技術研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710018；3.川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司，陜西西安 710018）

目前長慶油田水平井多采用連續混配壓裂工藝，該工藝具有縮短施工周期，提高施工效率，同時減輕施工勞動強度，減少液體浪費等優點。但是在低溫環境下，由于連續混配車上混合柜容積小，清水與胍膠混合后溶脹時間短，導致基液黏度低，形成的交聯液不能滿足施工要求。目前常用的方法是提高胍膠粉比，將胍膠粉比由0.25%提高到0.40%，這將大大提高施工成本。本文將通過研究配液用水pH 值對胍膠溶脹、延長胍膠溶脹時間、調整添加劑添加順序等因素對胍膠溶脹的影響，達到在不提高胍膠粉比的情況下配制出的壓裂液能夠滿足正常壓裂施工的要求[1-4]。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

羥丙基胍膠、黏土穩定劑、助排劑、調節劑、交聯劑、破膠劑、陶粒、堿 A、堿 B 和酸C、水源井水樣、ZNN-D6S 六速旋轉黏度計、攪拌器、流變儀、pH 計。

1.2 實驗方法

先在水源井取回配液用水水樣，在實驗室內，先用堿B、堿A 和酸C 等試劑調整配液用水的酸堿度到指定值，然后量取不同pH 值的水樣500 mL 放入攪拌器內，加入0.25%胍膠粉，然后高速下攪拌5 min，倒入燒杯中，采用ZNN-D6S 六速旋轉黏度計測量液體黏度，具體參數（見表1）。

表1 酸堿度對胍膠粉溶脹速率的影響

從表1 中看出，配液水的酸堿度影響胍膠的溶解速率，溶解后體系pH 值略有升高。配液水pH 值為9.5時，胍膠粉溶解極慢，經過60 min 液體黏度僅達到3.0mPa·s，胍膠基本不溶解，靜置一會即產生沉淀（見圖1）；pH 值為 6.0～6.5 時，溶解快，溶液黏度迅速上升（見圖2），由此可知胍膠粉在弱酸性的水中易溶脹溶解，形成高分子溶液。胍膠水合、溶解形成黏稠的原膠液需要一定的時間。如果在胍膠粉黏度未釋放完全之前，將堿A、堿B 或酸C 加入胍膠基液體系里，將導致基液黏度無法再釋放出來，影響壓裂液的配制效果。

圖1 pH＞9 胍膠溶脹情況

圖2 pH=6.5 胍膠溶脹情況

根據酸堿度對胍膠粉“酸性分散，堿性水合”的性能特點，依據各種壓裂液添加劑的特性，調整了添加劑的加料順序，將pH 調節劑和交聯劑按1:1 的比例提前倒入燒杯中，按1.0%比例加入破膠劑，充分攪拌均勻待用，配液順序為：把黏度穩定劑和助排劑加入配制好的胍膠基液中，攪拌均勻，然后靜置30 min，測定基液黏度為 16 mPa·s，然后按照 100:0.4 加入 JL-13 交聯劑和TJ-1 調節劑的混合液，充分攪拌1 min 后，交聯液可挑掛，交聯效果較好（見圖3）。

通過實驗可以確定：在低溫條件下，首先調節配液用水pH 值，使配液用水pH 值達到6.5，然后按照胍膠0.25%加入配液用水中，靜置25 min，配制成胍膠基液，依次加入助排劑和黏土穩定劑，最后按照100:0.4的比例將交聯劑加入胍膠基液中，充分攪拌1 min，實驗表明，交聯胍膠挑掛性良好，可以達到施工要求。

圖3 胍膠基液交聯液

2 現場應用

在某水平井現場壓裂用水溫度測定為5℃，pH 值為7.0～7.5，通過加入酸C，循環5 min，測得配液用水pH 值為6.5，現場準備兩具50 m3大罐作為緩沖罐，用于提高胍膠溶脹時間。

通過室內實驗確定施工模式（見圖4、圖5），首先調節配液用液體pH 達到6.5，提高胍膠粉分散性，現場通過增加緩沖罐的方法延長溶脹時間，溶脹時間滿足25 min 以上，使胍膠粉充分溶脹，用緩沖罐配制100 m3胍膠基液，靜置30 min，連續混配車和混砂車與緩沖罐相連，施工時清水攜帶胍膠粉進入混合柜，充分攪拌后加入COP-3 及CF-5D，然后由連續混配車輸送至緩沖罐，混砂車直接從緩沖罐吸入液體，在混砂車測得基液黏度為14 mPa·s 左右，在混砂攪拌柜加入JL-13 交聯劑和TJ-1 調節劑的混合液交聯后攜砂進入地層。現場取樣，將基液和JL-13 交聯劑和TJ-1 調節劑的混合液按照100：0.4 交聯，可挑掛，交聯效果較好（見圖6）。

圖4 傳統連續混配模式

圖5 改進連續混配模式

圖6 現場施工攜砂液

經過調整后的壓裂液攜砂性能良好（見圖7、見圖8），施工過程壓力平穩。返排液水化效果良好，測得返排液黏度為 5.1 mPa·s。

圖7 某水平井施工曲線

圖8 破膠水化效果

3 結論

通過室內及現場的系列實驗，得出以下結論：

（1）經現場實踐證明，通過增加緩沖罐，延長胍膠基液的溶脹時間，提高了壓裂施工的成功率。

（2）對配液用水的酸堿度進行調節，加快胍膠粉的溶脹溶解速度，在弱酸性水中配制胍膠基液溶脹效果好。

（3）壓裂液體系中的加料順序調整，改變了TJ-1調節劑加入方式，減少了胍膠在堿性環境中的溶脹時間，提高了胍膠的溶解速度，攜砂性能良好。

（4）通過以上改進，可以大幅度降低胍膠的使用量，壓裂綜合成本大幅降低。