小分子清潔壓裂液體系的研究與應用

摘要：針對納米級致密砂巖壓裂后，大分子瓜爾膠吸附、滯留儲層滲流通道、壓裂液殘渣堵塞支撐裂縫和濾餅對裂縫壁面等儲層傷害，通過篩選小分子表面活性劑，開發出清潔壓裂液體系，適用于不同溫度地層的壓裂改造技術，一種適用于高溫地層的壓裂改造，對解決目前大分子瓜爾膠及其改性產品壓裂液對裂縫導流能力的傷害問題有重大意義。

主題詞：清潔壓裂液;致密油;表面活性劑;儲層改造

1.前言

數據統計，我國已累計勘探的致密油儲量有80～100億噸，占剩余可采儲量的40%以上。單就遼河油田而言，遼河油田致密油氣資源非常豐富，但一直不能有效開發。這是由于致密砂巖的孔喉直徑為納米級，使用通常的大分子瓜爾膠壓裂液往往會對儲層造成傷害。這些傷害主要集中在大分子物質吸附滯留堵塞儲層流體滲流通道、壓裂液殘渣堵塞支撐裂縫和濾餅對裂縫壁面的傷害這三個方面。近年來國內外針對這幾個方面做了大量的研究工作，但大分子物質在儲層孔道的吸附滯留等問題始終沒有得到解決。針對上述問題，必須開展以小分子表面活性劑為主劑的清潔壓裂液體系的研究。一方面，該壓裂液體系中不含高分子，其小分子可以自由進出孔喉，不至于造成孔喉的堵塞;另一方面，表面活性劑壓裂液破膠徹底，無殘渣，且濾失量小，可以很好的解決目前大分子瓜爾膠及其改性產品壓裂液對裂縫導流能力的傷害問題。因此，在遼河油田開展具有小分子結構且易返排、無傷害的表面活性劑清潔壓裂液成為重大需求。

2.試驗材料及試驗方法

2.1 試驗儀器及材料

本實驗選用了兩種不同鏈長的陽離子季銨鹽類表面活性劑，這兩種表面活性劑的分子及膠束尺寸均為納米級，且成膠性能和抗溫性能較好，價格也相對低廉，有能夠大規模生產的潛力。

表面活性劑S1和S2均是一種白色微晶粉末，季銨鹽，穩定性好，能與陽離子、非離子、兩性表面活性劑有良好的配位性。

2.2試驗方法及步驟

實驗中對所選擇的表面活性劑分別與鹽進行復配。首先配制50mL1%的表面活性劑，隨后加入50mL1%的鹽溶液，用玻璃棒攪拌使其充分混合，選出具有粘度的體系，結果如表3所示。由下表可得到兩個具有粘度的體系：表面活性劑S1+水楊酸鹽;表面活性劑S2+水楊酸鹽。

3.小分子清潔壓裂液配方的研制

3.1表面活性劑與鹽最佳比例優選

分別配制濃度0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、200mL的S1和S2表面活性劑溶液，再分別加水楊酸鹽溶液配成壓裂液，使其中鹽的濃度為0.25%、0.5%、0.75%、1%、1.5%、2%，充分攪拌，放入35℃水浴鍋內恒溫，30min后用旋轉粘度計測其粘度，計錄數據繪出曲線圖。

從實驗結果得出：不同濃度的表面活性劑S1與水楊酸鹽混合時其粘度變化都有一個最高點，選取幾個最高點的兩種藥品的比值，分析算出其比例平均值，得出表面活性劑S1與水楊酸鹽的最佳濃度比大約為2.3：1。用同樣的方法對表面活性劑S2與水楊酸鹽的濃度比進行優選，得出其最佳濃度比大約為2.5：1。

實驗現象：兩種表面活性劑組成的壓裂液的粘度開始都隨著鹽濃度的增加而增加，達到最大值后逐漸降低，并且通過用玻璃棒攪拌發現其彈性增加，壓裂液變成凍膠狀，很難被挑起。可能導致這種現象產生的原因，從其成膠機理上分析，粘彈性表面活性劑屬兩親分子，分子由長鏈的疏水基團和親水基團組成。由親水基團和長鏈疏水基團構成的粘彈性表面活性劑的水溶液具有獨特的流變性。當粘彈性表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度時，疏水基長鏈伸入水相，使粘彈性表面活性劑分子聚集，形成以長鏈疏水基團為內核，親水集團向外伸入溶劑的球狀膠束;當粘彈性表面活性劑的濃度繼續增加，并且改變溶液組成時（加鹽或加反向離子的表面活性劑），表面活性劑膠束占有的空間變小，膠束之間的排斥作用增加，此時球形膠束開始變形，合并成為占用空間更小的線狀或棒狀膠束;棒狀膠束會進一步合并成更長的蠕蟲狀束，這些蠕蟲狀膠束之間由于疏水基團的作用會自動糾纏在一起，形成空間交聯網絡結構，但是隨著鹽的進一步增加，蠕蟲狀膠束再收縮成小顆粒，每個小顆粒都十分緊湊相對獨立，所以粘度降低，彈性增加。

3.2表面活性劑最佳濃度優選

分別配制不同濃度的最優S1+水楊酸鹽200mL，放入恒溫水浴鍋中開始測其粘度，每升高5℃開始測其粘度。實驗起初，壓裂液體系的粘度隨溫度的升高而有所增加，隨后隨著溫度的升高而大幅度降低，得出本配方適合的溫度較低，約在50℃，不能滿足目前深井壓裂的要求。同樣的方法得出S2+水楊酸鹽壓裂液體系在80℃下的粘度可適用于施工作業，但其濃度超出2%會有大量白色微晶析出。為此，本實驗提出將兩種表面活性劑進行互配，取長補短，提高其性能。

3.3表面活性劑的復配

復配體系解決了S2表面活性劑的濃度大于2%時會析出的問題，同時比較同濃度的S1，耐溫性有了長足的提升。優選出最佳配方為1.25%S1+1.25%S2+0.4%水楊酸鹽。

4下步攻關方向

下一步將繼續以不同分子結構、尺寸的表面活性劑為主劑來制備壓裂液，豐富整個壓裂液配方，并進一步對反離子進行研究。并對不同種類表面活性劑進行復配，以提高壓裂液的耐溫性能;從而研制出兩種配方體系：一種適用低溫地層的壓裂改造，一種適用于高溫地層的壓裂改造。最后將進行現場實驗。

5結論

（1）針對大分子壓裂液對儲層的傷害問題，通過理論調研和室內實驗研究，得到結論：對于致密儲層，小分子清潔壓裂液的研究方向的可行的。

（2）小分子、低傷害、粘彈性壓裂液體系的形成，對推動遼河油田壓裂水平提高具有重要意義。

參考文獻：

[1]王曉康.水基清潔壓裂液的制備及性能研究[D].蘭州理工大學.2011

[2]肖丹鳳.大慶外圍低滲透油田低傷害壓裂液技術研究與應用[D].大慶石油學院.2005

[3]王翔.高分子量表面活性劑清潔壓裂液[D].西南石油學院.2005

作者簡介：曾雙紅，女，1983年6月出生，湖南省婁底市，漢族，工程師，2008年畢業于西南石油大學應用化學專業，現于遼河油田鉆采工藝研究院從事酸化壓裂工作。

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