多效壓裂助劑的研究及應用

董曉軍，王佳，路建萍，沈燕賓，李俊華

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司 油氣勘探公司，陜西 延安 716000；2.陜西省石油化工研究設計院 陜西省石油精細化學品重點實驗室，陜西 西安 710054)

對油田儲層進行壓裂處理和酸化處理的外來流體通常稱為壓裂液，所有的壓裂液都需要化學添加劑來改善其流體的性能[1]。目前，用作改善壓裂液流體性能的化學添加劑有很多種，例如防膨劑、助排劑、起泡劑、殺菌劑、破乳劑等[2-4]。但是，這些化學添加劑性能比較單一，通常都是單個加入到壓裂液中，以改變壓裂液特定的一種性能。由于壓裂時現場情況復雜，往往需要同時或者依次加入幾種助劑來解決相應的問題[5]。雖然這些添加劑在作為單劑添加時性能較好，但是由于各廠家的產品不同，導致體系中不同產品之間配伍性差，協同效應不理想，甚至會產生拮抗作用，導致各單劑均無法發揮各自的最佳效果，從而降低了壓裂液體系的綜合性能，嚴重傷害了地層，同時也增加了油氣開發的生產成本。

本文采用防膨穩定劑[6]、氧化銨型兩性表面活性劑、增效劑和包裹劑為原料，制備了一種多效壓裂助劑。該多效壓裂助劑同時具有較高的殺菌、助排、破乳、防膨效果，可以提高壓裂液的整體效果，降低對地層的傷害。并在陜北地區進行了現場應用。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

羥丙基瓜膠、硼砂、碳酸鈉、過硫酸銨、氧化胺型兩性表面活性劑、常規粘土穩定劑、殺菌劑、破乳劑、助排劑均為工業品；防膨穩定劑、增效劑、包裹劑均為自制。

ZNN-D6型六速旋轉粘度計；NDJ-8S型旋轉粘度計；XZD-5型旋轉滴界面張力儀；FA2004型電子天平；101-2AB型電熱鼓風干燥箱；76-1型恒溫水浴；98-1-C型數字控溫電熱套；TDL-40B型離心機；GJ-3S型數顯高速攪拌機；DK-98-1型恒溫水浴鍋。

1.2 多效壓裂助劑的制備

首先，加甲醇到反應釜中，開啟攪拌器，向反應釜中緩慢加入嵌段聚醚類破乳劑，反應1 h；升高反應釜的溫度至50 ℃，然后加入雙季銨鹽類殺菌劑，反應1 h，即得增效劑。加53 g水到燒瓶中，升溫至40 ℃，開啟攪拌器，緩慢加入20 g的防膨穩定劑反應1 h；加入13 g氧化胺兩性表面活性劑反應1 h；加入7 g的增效劑，升高反應溫度至50 ℃反應2 h；向反應釜中加入7 g的包裹劑反應60 min，即得到該多效壓裂助劑。

1.3 性能測試

依據行業標準的相關規定對壓裂液助劑進行評價。其中，防膨率采用《SY/T 5971—2016油氣田壓裂酸化及注水用黏土穩定劑性能評價方法》中規定的方法進行測定；表面張力和界面張力采用《SY/T 5755—2016壓裂酸化用助排劑性能評價方法》中規定的方法進行測定；破乳率參照水基壓裂液性能評價方法SY/T 5107中6.15.1規定執行：在35 ℃，壓裂液破膠液與原油按照1∶1配比乳化，分別記錄15，30，60，90 min分離出破膠液的體積，計算破乳率；基液粘度下降率的測定參照水基壓裂液性能評價方法SY/T 5107中5.2規定執行[7-9]。

2 結果與討論

2.1 多效壓裂助劑的性能測試

按照1.3節性能測試方法對1.2節制備的多效壓裂助劑進行測定，實驗結果見表1。

表1 多效壓裂助劑的性能測試結果Table 1 Performance test results of multi-effect aid

由表1可知，多效壓裂助劑具有良好的防膨、助排、破乳、殺菌的功能，實現了“一劑多效”，提高壓裂液的整體效果，具有制備方便的優點。

2.2 多效壓裂助劑添加在壓裂液體系中的性能評價

2.2.1 破膠性能評價 按照表2中的壓裂液體系配方配制加入多效壓裂助劑的壓裂液和常規壓裂液[10-11]。按照SY/T 6376、SY/T 5107對配制的常規壓裂液和加入多效壓裂助劑的壓裂液進行性能測試，實驗結果見表3。

表2 壓裂液配方Table 2 The formulation of fracturing fluid

表3 壓裂液性能測試Table 3 The test data of fracturing fluid performance

由表3可知，當各單劑分別加入壓裂液基液中時，效果不如加入多效壓裂助劑的情況。加入的多效壓裂助劑對壓裂液體系的粘度影響不大。能有效地降低表界面張力，具有更好的助排作用。殘渣含量低于常規壓裂液殘渣，從而減少了破膠殘渣對地層的傷害。

2.2.2 巖心傷害實驗 按照表2中的壓裂液體系配方配制加入多效壓裂助劑的壓裂液和常規壓裂液。用巖心流動測定儀測定兩種體系的破膠液對巖心的傷害率，保證其它測定條件盡可能相同，實驗結果見表4。

表4 巖心傷害率測試數據Table 4 The test data of core damage

由表4可知，常規壓裂液對巖心的傷害率>20%，而新型壓裂液體系對巖心的傷害率為14.65%，與常規瓜膠壓裂液體系相比，傷害率大幅度減少。

2.2.3 配伍性實驗 由于配伍性決定著壓裂液體系的效果[12-13]，因此室內用新型壓裂液體系的破膠液，與陜北地區取回的地層水按不同的體積比進行混合，放置12 h后，觀察是否有沉淀，實驗結果見表5。

表5 配伍性實驗結果Table 5 The result of compatibility experiment

由表5可知，破膠液和地層水按不同比例混合后，結果無沉淀產生，配伍性好。這是由于新型壓裂液體系中的多效壓裂助劑具有一劑多功能作用，防止了破膠液與地層水中離子的反應。

3 現場應用

目前在陜北油田進行了30余井次的現場試驗。圖1為在陜北采油廠現場實驗的6023-13井的施工曲線。壓裂體系采用0.275%胍膠+0.35%一體化助劑+0.22%交聯劑+0.15%過硫酸銨。

圖1 6023-13井壓裂施工曲線Fig.1 Fracturing curve of well 6023-13

由圖1可知，該井上層壓力波動平穩，施工壓力較低，按照施工設計順利加砂15 m3，最高砂比45%，下層施工過程壓力波動平穩，施工壓力較低，按照施工設計順利加砂20 m3，最高砂比45%，施工后壓裂液破膠徹底，滿足大砂量壓裂施工的需求，壓裂后該井產油1.6 m3/d，具有良好的產油效果。該多效壓裂助劑在壓裂液體系中配伍性良好。

4 結論

(1)采用防膨穩定劑、氧化銨型兩性表面活性劑、增效劑和包裹劑為原料，制備了一種多效壓裂助劑，表面張力為22.81 mN/m，界面張力為1.41 mN/m，破乳率為92.10%，基液粘度下降率為4.8%，防膨率為91.70%，具有較高的助排、破乳、殺菌、防膨效果，達到一劑多效的作用。

(2)與常規羥丙基胍膠體系相比，加入的多效壓裂助劑對壓裂液體系的粘度影響不大，配伍性好。有效地降低了表界面張力，具有更好的助排作用。殘渣含量低于常規壓裂液殘渣，減少了破膠殘渣對地層的傷害。

(3)常規壓裂液對巖心的傷害率>20%，新型壓裂液體系對巖心的傷害率為14.65%，與常規瓜膠壓裂液體系相比，傷害率大幅度減少，有效地降低了壓裂液對地層的傷害。

(4)新型壓裂液體系中的多效壓裂助劑具有一劑多功能作用，破膠液和地層水按不同比例混合后，結果無沉淀產生，配伍性好，防止了破膠液與地層水中離子的反應。

(5)通過現場應用情況可看出，多效壓裂助劑在壓裂液體系中配伍性良好。配制的胍膠壓裂液體系施工后壓裂液破膠徹底，滿足大砂量壓裂施工的需求，產油效果良好，具有良好的推廣價值。