SY型清潔壓裂液性能評價研究

盧翔，曹云

（1.陜西延長石油豐源有限責任公司， 陜西 西安 716000； 2.延安市環境保護監測站，陜西 西安 716000）

壓裂是改造低滲透型油氣藏并使其增產的重要手段，而壓裂液是壓裂過程的關鍵組成部分。目前在油氣田開發過程中可見的壓裂液種類較多，雖針對不同類型的儲層能表現出一定的優勢，但仍存在較多的不足，如對儲層傷害較大、成本高、摩阻高等[1-6]。清潔壓裂液作為新型水基壓裂液具有無傷害、無污染等特性被學者廣泛研究，主要是將表面活性劑、穩定劑等在鹽溶液中簡單的配比后經調節 pH而制成的，其清潔環保特點成為明顯優勢[6-10]。但清潔壓裂液的種類也相對較多，不同配比的清潔壓裂液呈現出的性能明顯不同。

論文選用耐溫增粘性較強的磺酸鹽表面活性劑SCJ-1溶液為主劑,通過控量法最終確定配方為4.0%SCJ-1+0.35%YB-21+0.2%KCl，并命名為SY型清潔壓裂液。進行綜合性能評價，為了判定該清潔壓裂液是否具有推廣應用價值，現對其性能進行綜合評價。

1 實驗方法及步驟

1.1 耐溫剪切性能實驗方法及步驟

耐溫剪切性能是壓裂成敗的關鍵，判定壓裂液耐溫剪切性能好壞的重要參數是壓裂液的黏度，實驗選用的主要儀器為流變儀，在其它條件不變的條件下，記錄壓裂液黏度隨溫度和時間的變化情況。

1）打開流變儀及電腦軟件，待初始化完成后設置初始溫度為25 ℃。

2）在測量頭上裝上測量轉子，并開始校正。

3）點擊參數設定程序，設定剪切速率為170 s-1,設定溫度范圍為25~99 ℃。

4）將測試樣品裝入轉筒后固定轉筒，點擊開始按鈕開始測定。

5）測定在剪切速率為170 s-1、溫度為65 ℃條件下，黏度隨時間的變化情況。

1.2 懸砂性能實驗方法及步驟

壓裂液懸砂性能是控制支撐劑下降速度的關鍵，支撐劑下降過快可引起因砂堵而導致壓裂失敗。判定懸砂性能的參數是沉降速度，實驗選用的主要設備和儀器為秒表和恒溫水浴鍋，在其它條件不變的條件下，記錄不同溫度下的沉降速率。

1）設置恒溫水浴鍋的溫度為60 ℃，將配制好的SY型清潔壓裂放入水浴鍋中加熱至設定溫度。

2）將加熱好的樣品倒入1 L的量筒中，選取大小相同的陶粒從量筒液面輕放，用秒表記錄陶粒從樣品液面降至量筒底部時的時間，重復該步驟3次。

3）將恒溫水浴鍋的溫度分別設置為 80 ℃和99 ℃，重復步驟2。

4）計算不同溫度下沉降速度。

1.3 破膠性能實驗方法及步驟

破膠性能好壞的判定是壓裂液是否能快速自動破膠，降低黏度并反排出地層。實驗選用的主要儀器為流變儀，在一定條件下，記錄樣品黏度的變化。

1）將配置好的SY型清潔壓裂液倒入燒杯中。

2）將樣品與煤油按 2∶1配比后置于流變儀轉筒中，設定剪切速率為 170 s-1，測定溶液的黏度變化。

3）將煤油替換為清水，重復步驟2。

1.4 殘渣含量實驗方法及步驟

殘渣是壓裂液破膠后溶液中的不溶物質，存在儲層中易堵塞孔隙和裂縫，使得儲層的物性變差。實驗選用主要儀器為離心機。在其它條件不變的條件下，測定剩余殘渣質量。

1）取100 mL破膠后的清潔壓裂液于離心管中。

2)將離心機設置為 3 000 r·min-1, 離心 30 min，倒出上清液后加入100 mL清水，繼續離心30 min。

3）將離心管的上清液倒出，將離心置于溫度為108 ℃的恒溫干燥箱中，2 h后取出稱重。

4）選用瓜膠壓裂液作對比實驗。

2 實驗結果與討論

2.1 耐溫剪切性能實驗結果與討論

據實驗結果可知（圖1），在一定的剪切速率下，隨著溫度的增加，SY型清潔壓裂液的黏度逐漸降低，當溫度小于 65 ℃時，黏度隨溫度的升高下降較為明顯，溫度從25 ℃升高至65 ℃時，壓裂液的黏度從 175 mPa·s降低到 50 mPa·s；當溫度大于65 ℃時，雖隨著溫度的增加壓裂液的黏度仍在下降，但下降幅度較小，溫度從65 ℃升高至99 ℃時，壓裂液的黏度從50 mPa·s降低到29 mPa·s，并逐漸趨于穩定，此時壓裂液的黏度仍能滿足壓裂工程的需要。表明 SY型清潔壓裂液具有較好的耐高溫性能。

圖1 SY型清潔壓裂液溫度與黏度變化關系圖

據實驗結果可知（圖2），在實驗溫度為65 ℃，剪切速率為179 s-1的條件下，隨著時間的增加，SY壓裂液的黏度逐漸下降，但下降幅度較小，經過2 h的實驗，壓裂液的黏度只從50 mPa·s降到33 mPa·s，表明具有較強的抗剪切性能。

圖2 SY型清潔壓裂液時間與黏度變化關系圖

2.2 懸砂性能實驗結果與討論

據實驗結果可知（表1），在其他實驗條件不變的條件下，隨著溫度的升高，SY型清潔壓裂液平均沉降速率逐漸增大，當溫度為 60 ℃時，壓裂液的平均沉降速度只有 0.26 cm·min-1；當溫度為 99 ℃時，壓裂液的平均沉降速度增加到3.42 cm·min-1；依據壓裂工藝的常用標準，當壓裂液的沉降速度小于5 cm·min-1時，都具有較好沉降速度，表明SY型清潔壓裂液具有優異的懸砂性能。

表1 不同溫度條件下陶粒在SY型清潔壓裂液中的平均沉降速度結果表

2.3 破膠性能實驗結果與討論

據實驗結果可知（表2），SY型清潔壓裂液在與煤油混液中的破膠時間為18.5 min，破膠黏度為3.17 mPa·s，表明用煤油作介質，SY型清潔壓裂液可在20 min內實現快速破膠，且破膠后壓裂液黏度小于5 mPa·s，破膠較為完全；SY型清潔壓裂液在與清水混液中的破膠時間為19.0 min，破膠黏度為3.20 mPa·s，可見SY型清潔壓裂液在煤油和清水兩種介質中的破膠時間和破膠黏度差別不大，破膠也較為完全。

表2 SY 型清潔壓裂液在不同介質中的破膠時間及破膠黏度結果表

因此，在現場實際壓裂過程中，可直接選用清水使 SY型清潔壓裂液自動破膠，不僅破膠時間能滿足壓裂工程需求，還在一定程度上節約了壓裂成本，對壓裂地層具有較高的保護作用。

2.4 破膠殘渣含量實驗結果與討論

據實驗結果可知（表3），采用100 mL的SY型清潔壓裂實驗最終破膠殘渣質量為0 mg，即破膠后沒有殘渣出現，因此殘渣含量為0 mg·mL-1；而在相同實驗條件下采用100 mL的瓜膠壓裂液實驗最終的破膠殘渣質量為25.4 mg，經過計算，該壓裂液的殘渣含量為0.254 mg·mL-1, 通過對比，確定了此次實驗的準確性。可見 SY型清潔壓裂液破膠十分完全，破膠后沒有殘渣，在壓裂過程中，對儲層裂縫及孔隙沒有傷害。

表3 SY 型清潔壓裂液在不同介質中的破膠時間及破膠黏度結果表

3 結 論

論文在前期大量實驗研究并確定 SY型清潔壓裂液配方的前提下，通過控制變量的實驗方法從耐溫性能、抗剪切性能、懸砂性能、破膠性能及破膠后殘渣含量五個方面對該清潔壓裂液的性能進行綜合評價。分別闡明了每個性能的實驗方法及具體步驟，并對實驗結果進行詳細分析研究。實驗結果如下：確定 SY型清潔壓裂液具有較強的耐溫耐剪切能力；明確SY型清潔壓裂液具有優異的懸砂性能；確定 SY型清潔壓裂液具有較好的破膠性能；明確SY型清潔壓裂液破膠后無殘渣。通過對各個性能的綜合評價，認為 SY型清潔壓裂液十分適用于多種油氣藏的壓裂工藝，具有較高的推廣使用價值。