現(xiàn)場水配制壓裂液的質(zhì)量控制方法

王焱，王永昌，王磊，范克明

中國石油大慶油田有限責任公司 采油工程研究院（黑龍江 大慶 163453)

壓裂液是壓裂工藝技術(shù)的重要組成部分，其主要功能是造縫并沿著張開的裂縫輸送支撐劑[1-2]，在影響壓裂成敗的諸因素中，壓裂液及其性能極為重要。在水力壓裂過程中，對壓裂液的耐溫、耐剪切性能有著較高要求，其現(xiàn)場配置過程的管理、控制對壓裂液的性能保證和施工效果起著重要作用。在利用現(xiàn)場水對壓裂液進行配制時容易出現(xiàn)影響壓裂液流變性能、壓裂液失效的情況，因此施工前對壓裂液進行室內(nèi)試驗評價和配方體系優(yōu)化，避免不合格壓裂液注入地層造成施工失效具有重要意義。壓裂液質(zhì)量控制是壓裂現(xiàn)場施工的重要構(gòu)成，可以有效保證油氣藏增產(chǎn)改造的順利實施。

1 壓裂液質(zhì)量控制要求

使用壓裂液的目的有兩方面：一是提供足夠的黏度，利用水力尖劈作用形成裂縫使之延伸，并在裂縫沿程輸送及鋪設壓裂支撐劑；二是具有驅(qū)油增產(chǎn)的作用。一些特殊壓裂液可以改變巖石潤濕性，幾乎無殘渣傷害，無需返排，壓裂液保留在儲層中，燜井后可以把油置換出來。為了滿足壓裂施工要求，壓裂液需要具備以下功能特征：①基液黏度合格，交聯(lián)膠具有良好的耐溫耐剪切性能；②壓裂液與油藏配伍，摩阻低，破膠徹底，有利于返排；③壓裂液具有良好的流變性能和低濾失性；④可滿足長時間、較高溫度以及高砂比施工要求。

2 壓裂液現(xiàn)場質(zhì)量控制方法

2.1 室內(nèi)壓裂液配方體系優(yōu)化

不同濃度稠化劑對壓裂液剪切黏度存在影響，壓裂液殘渣滯留在裂縫和空隙中，對裂縫導流能力和儲層滲透率會造成較大的影響，應優(yōu)選增稠劑，使用合理的濃度和交聯(lián)比，在滿足施工的條件下，降低粉劑濃度。充分考慮地層因素，利用施工井測井資料和巖心實驗數(shù)據(jù)，分析目的層敏感性，對施工井配方體系進行優(yōu)化，優(yōu)選添加劑用量，合理地進行壓裂施工。

2.2 壓裂液原材料質(zhì)量控制

嚴格控制稠化劑、添加劑和交聯(lián)劑原材料質(zhì)量，做好產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)。在壓裂液配制前應通過工藝技術(shù)提高各添加劑的連續(xù)性和穩(wěn)定性，提高破膠劑性能，減少地層污染和傷害。施工前做好原材料優(yōu)選，嚴格對入庫壓裂原材料進行質(zhì)量檢測，防止不合格產(chǎn)品進入現(xiàn)場，保證順利施工。

2.3 現(xiàn)場配液用水質(zhì)量控制

現(xiàn)場配液用水礦化度高，重碳酸根離子、雜質(zhì)含量多，容易對壓裂液流變性產(chǎn)生影響，造成壓裂施工風險。為避免這種現(xiàn)象出現(xiàn)，需嚴格控制現(xiàn)場水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)問題及時做出處理和調(diào)整，最大限度降低現(xiàn)場因素對壓裂施工的影響。

2.4 現(xiàn)場壓裂液配制過程質(zhì)量控制

在施工前期做好用料統(tǒng)計并充分準備好。做好壓裂液配制監(jiān)督，現(xiàn)場嚴格計量，按照設計要求配好基液，按順序加入添加劑。在投料時準確計量交聯(lián)液，進行壓裂液實時性能檢測。現(xiàn)場抽樣檢測壓裂液小樣的pH值、基液黏度、交聯(lián)黏度及破膠情況。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，將檢測時間控制在1 h之內(nèi)，進行壓裂液現(xiàn)場快速檢測[4]。施工過程中注意觀察交聯(lián)比是否按要求泵入。施工后確定壓裂液的實際用量，觀察返排液性能和返排時間，并通知生產(chǎn)經(jīng)營單位的現(xiàn)場[5]。

YP1井屬于松遼盆地中央坳陷區(qū)大慶長垣葡萄花構(gòu)造。配液用水為現(xiàn)場水，為了保證壓裂成功，施工前對YP1井壓裂液配液用水進行了水質(zhì)檢測分析，對不符合條件的現(xiàn)場水進行了凈化處理，并開展了壓裂液流變性能室內(nèi)實驗，對配方體系進行優(yōu)化。

3.1 實驗原理及依據(jù)

為了評價現(xiàn)場水對流變及破膠實驗的影響，參照SY/T 5107—2016《水基壓裂液性能評價方法》、SY/T 6376—2008《壓裂液通用技術(shù)條件》以及SY/T 5764—1995《壓裂用瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠》對壓裂液基液、凍膠等性能參數(shù)進行評價。

3.2 現(xiàn)場水樣分析

對現(xiàn)場水樣成分進行檢測分析，結(jié)果如下：現(xiàn)場水樣水質(zhì)渾濁，雜質(zhì)含量較多；pH值偏酸性，需通過調(diào)節(jié)水樣和壓裂液的pH值（pH=9），增強凍膠強度；配液水重碳酸根離子含量是自來水的3.4倍，而且礦化度高，嚴重影響改性胍膠壓裂液的配制。現(xiàn)場水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表1，需要對水進行凈化。

表1 YP1井現(xiàn)場水水質(zhì)分析結(jié)果

3.3 現(xiàn)場水水質(zhì)對壓裂液性能影響評價

分別用自來水和現(xiàn)場水配制壓裂液，并開展室內(nèi)實驗。由圖1流變曲線可以看出，自來水配制壓裂液剪切60 min，黏度降至170 mPa·s，現(xiàn)場水配制壓裂液剪切60 min，黏度降至62 mPa·s。現(xiàn)場水配制的壓裂液剪切1 h后比自來水配制的壓裂液的黏度降低了63.5%，雖然滿足行業(yè)標準，但現(xiàn)場和室內(nèi)配液條件有差別，施工風險大。

1.融資條件不足。民營、小微企業(yè)資金和財務管理不規(guī)范，不少小微企業(yè)因抵押擔保品條件不足以及土地、規(guī)劃、環(huán)評等證照不全，影響貸款的獲得。廣西企業(yè)規(guī)模偏小，大企業(yè)不多，多數(shù)屬于傳統(tǒng)資源型企業(yè)，公司治理不完善，難以達到上市發(fā)行股票和發(fā)行債券的融資條件。

圖1 YP1井現(xiàn)場水配液流變曲線

3.4 現(xiàn)場水水質(zhì)對破膠性能的影響

在現(xiàn)場水配制壓裂液中加入0.01%、0.03%、0.05%濃度的破膠劑20 h均完全破膠，破膠液黏度為1.8 mPa·s，雖然對破膠無影響，但因水樣雜質(zhì)較多，杯底殘渣量大（圖2）。

圖2 現(xiàn)場水對破膠性能的影響

3.5 凈水劑篩選

取500 mL樣品，加入0.05%的凈水劑，充分震蕩后，放入80℃水浴中，靜置2 h，觀察絮體形貌，取中部清液以蒸餾水為參比用721分光光度計測其透光率。

LHL凈水劑、LYS凈水劑的處理效果較好，透光率均達到50%，其最佳處理濃度分別為0.5 mg/L、4.0 mg/L（表2）。

表2 凈水劑篩選實驗結(jié)果

LHL凈水劑在同等條件下劑量濃度最小，優(yōu)勢明顯。故選LHL凈水劑進行下步評價實驗。

3.6 配方優(yōu)化、壓裂液評價

通過優(yōu)化壓裂液配方體系，優(yōu)選了稠化劑與添加劑，并開展了室內(nèi)實驗。實驗結(jié)果表明，改性胍膠壓裂液各項性能均達到行業(yè)標準，性能優(yōu)良，符合現(xiàn)場施工要求。

1）利用現(xiàn)場水配制壓裂液流變性能檢測。實驗室內(nèi)對現(xiàn)場水進行凈化處理，應用處理后的現(xiàn)場水配制壓裂液，凍膠狀態(tài)良好，在80℃、170 s-1條件下剪切90 min，凍膠黏度99 mPa·s（圖3）。

圖3 凈化現(xiàn)場水配制壓裂液實驗室流變曲線

2）在應用凈化后現(xiàn)場水配制的壓裂液凍膠中加入0.01%破膠劑，20 h均完全破膠,破膠液黏度為1.74 mPa·s。對比觀察殘渣含量減少，由830.58 mg/L降至290 mg/L，降低了65%。

3）在對現(xiàn)場水進行凈化處理后，現(xiàn)場配制壓裂液，即刻取樣于現(xiàn)場檢測車中快速檢測，在80℃、170 s-1條件下剪切60 min，凍膠黏度81.2 mPa·s，流變性能滿足施工要求（圖4）。

圖4 凈化現(xiàn)場水配制壓裂液現(xiàn)場流變曲線

3.7 鞏固措施

建立壓裂施工制度規(guī)范，形成操作標準，嚴格按照操作規(guī)程和實施細則對壓裂液進行質(zhì)量監(jiān)督和考核，保證壓裂液施工的順利進行，確保壓裂效果。

4 壓裂液質(zhì)量控制的效果

通過對YP1井現(xiàn)場水進行水質(zhì)處理和壓裂液質(zhì)量控制，完成了該直井7段增產(chǎn)改造壓裂施工，共注入支撐劑1 084 m3，泵入壓裂液9 886 m3，施工順利，壓后日產(chǎn)油71.26 t，為同區(qū)塊對比井的20.25倍，且YP1井壓后返排較好，初期返排比例達58%。

5 結(jié)論與建議

1）對壓裂液進行現(xiàn)場質(zhì)量控制，可以有效提高壓裂施工成功率，提高壓裂設計水平和施工質(zhì)量，對壓裂施工的順利進行具有重要意義。

2）壓裂液配方體系可根據(jù)現(xiàn)場情況進行單井優(yōu)化，提高壓裂設計針對性和有效性。

3）通過對配液用水進行凈化處理，優(yōu)化壓裂液配方體系，實現(xiàn)了應用現(xiàn)場水配制壓裂液滿足施工需要的目的。應用處理后的現(xiàn)場水配制壓裂液，拓寬了配制壓裂液的用水范圍，為降低壓裂增產(chǎn)改造施工成本提供了技術(shù)保障。