一種用于低滲透油藏的壓裂體系制備及性能評價

陳文萍 王淑君

摘要：針對低滲透油藏的特點，以AM、AA、氧氯化鋯等作為原材料，制備一種適用于高溫的壓裂體系。對此，首先考察稠化劑、交聯(lián)劑、助排劑和粘土穩(wěn)定劑的最佳用量方案，重點探討了不同溫度、不同用量下的壓裂體系性能。結(jié)果表明，在0.5%稠化劑+0.35%交聯(lián)劑+0.2%助排劑+0.2%粘土穩(wěn)定劑的摻量下，得到的壓裂體系性能最佳。

關(guān)鍵詞：低滲透油藏;壓裂體系;稠化劑

中圖分類號：TE357 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0029-04

壓裂技術(shù)開始于上世紀(jì)的30年代，是一種油氣井增產(chǎn)的重要措施。在早期的油氣開發(fā)中，采用的是向油氣中添加可壓開和延伸裂縫的液體，以提高油氣的產(chǎn)量。但是隨著油氣田的開發(fā)，大部分油氣田開始轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜐B透油藏，進而使得油氣田開發(fā)進入后期階段。此時加強對傳統(tǒng)水力壓裂技術(shù)的改造，提高和增加低滲透油藏的產(chǎn)能，成為當(dāng)前非常具有價值的工作。如西安石油大學(xué)的李海娟（2014）對傳統(tǒng)的水力壓裂技術(shù)進行改造，提出適用于30～70℃不等的壓裂體系;范海明（2017）則提出從壓裂穩(wěn)定劑的角度對壓裂體系進行改造，進而得到耐高溫的壓裂體系;陳效領(lǐng)（2016）則提出從增稠劑的角度對壓裂體系進行改進。通過上述的研究看出，近些年來針對壓裂體系溫度的研究成為一種趨勢。而隨著四舌頭油藏的開發(fā)，使得開發(fā)儲層的深度在不斷增加。在部分開發(fā)的深井中，溫度甚至達到100～200℃。如在此時采用傳統(tǒng)的壓裂液，那么必然會在高溫中講解，進而不能保證壓裂體系的性能。因此，研制新型的耐高溫壓裂體系應(yīng)用于低滲透油藏，是當(dāng)前比較迫切的一個問題。

1 實驗方案設(shè)計

1.1實驗主要儀器與原材料

在壓裂體系中，最為重要的屬交聯(lián)劑和稠化劑。除上述兩種組成部分以外，還包括破膠劑、助排劑、溫度穩(wěn)定劑、殺菌劑等等。在明確壓裂體系的情況下，本文重點探討交聯(lián)劑、稠化劑、粘土穩(wěn)定劑和助排劑對壓裂體系的影響，以制備一種可以耐高溫的壓裂體系。

實驗原材料：丙烯酰胺（深圳伯順化工，AM）、丙烯酸（濟南仁源化工，AA）、十二燒基烯丙基氯化銨（自配）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（成都科龍，AMPS）、氧氯化鋯（成都科龍）、氫氧化鈉（濟南鑫盈化工）、有機胺粘土穩(wěn)定劑（自配）等。

實驗室主要儀器：旋滴界面張力儀（德國KRUSS，Site100）、電子天平（常州諾基，O.O1g）、電子表面平衡張力儀（KNOWA SXIENTIFIC，ESB-v）、電動攪拌器（杭州儀表電機廠，D90-2F）。

1.2主要試驗方法

為評價上述得到的壓裂體系性能，按照石油行業(yè)中的SY/T6376-2008《壓裂液通用技術(shù)條件》和SY/T5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》等的相關(guān)要求對壓裂體系進行制備和評價。

1.2.1壓裂液試樣制備

試樣的制備總共分為3個步驟：①對基液的制備。具體是采用電動攪拌器，在攪拌的狀態(tài)下緩慢加入稠化劑和助排劑，攪拌20min，進行形成均勻的液體;②凍膠制備。在上述制備的基礎(chǔ)基液中，在計算量的前提下加入交聯(lián)劑和破膠劑，進而形成凍膠;③破膠液制備。在模擬儲層溫度的情況下，加入破膠劑。上述壓裂體系滿足6h破膠的要求。

1.2.2剪切切性能實驗

根據(jù)上述制備的凍膠，在模擬120℃的前提下，運用粘度計對壓裂體系的剪切性能進行測試。具體測試方法為：將壓裂液在杯中加滿，并將蓋子固定。在固定后放置與加熱套中。調(diào)整零點，開始實驗。具體步驟為：設(shè)置溫度，然后進行粘溫曲線實驗，剪切速率設(shè)置為170/s，溫度變化速度為3.0±0.2℃/min。在上述基礎(chǔ)上，繪制時間曲線，剪切時間1h。

1.2.3靜態(tài)濾失性測定

在對低滲透儲層進行壓裂的過程中，壓裂液在高壓的條件下會滲透到地層，進而造成粘土水化，孔隙縮小，最終降低地層的孔隙度。同時較高的濾失量會在一定程度上導(dǎo)致壓裂液在近井形成非常致密的濾餅，進而阻礙壓裂液進入到地層。對此，測試其濾失性是檢驗壓裂液性能的關(guān)鍵。其具體測試步驟為：首先將配制好的凍膠樣品裝入測試筒中，然后放入相應(yīng)規(guī)格的濾紙;將濾簡裝好，并加入到加熱套中，然后在對樣品進行加壓和加熱處理。設(shè)定實驗的壓力為3.5MPa，溫度從30℃逐步上升到160℃。記錄濾液滲出時間和滲出量，并精確到O.1mL。在完成后，以時間平方根和累積濾失量為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，然后繪制擬合直線。

2 結(jié)果與分析

2.1最佳壓裂體系配方

2.1.1交聯(lián)條件優(yōu)化

為考察不同因素對交聯(lián)劑相關(guān)性能的影響，測定不同交聯(lián)比和不同溫度對凍膠黏度的影響。如交聯(lián)比過大，很容易造成交聯(lián)劑的浪費，交聯(lián)比過少，則容易造成交聯(lián)效果差。因此，在0.1～0.45之間設(shè)定不同交聯(lián)比，然后計時測定交聯(lián)時間。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，考慮隨著交聯(lián)時間的推移，溫度也在逐步上升。因此，選擇中間交聯(lián)用量，0.3%交聯(lián)劑+0.5%稠化劑的用量配比，并得到表1的統(tǒng)計結(jié)果。

通過上述的結(jié)果看出，在固定的用量下，當(dāng)溫度上升到60℃時，得到的黏度都大于60mPa·s，說明交聯(lián)比設(shè)定為10：7比較合理。

同時考察不同pH值下的交聯(lián)黏度，分別在0.5%稠化劑的水溶液中加入一定量的氯化氫溶液和氫氧化鈉溶液，以調(diào)節(jié)溶液的pH值，得到圖1所示的結(jié)果。

通過圖1的結(jié)果看出，當(dāng)pH在5～7的情況下，其得到的黏度最大。

2.1.2稠化劑最佳加量

選擇0.1%～0.6%不等的加量，考察在不同溫度對粘度的影響，剪切速率設(shè)定為160/s，根據(jù)上述的剪切實驗方法，得到表2的結(jié)果。

通過上述的結(jié)果看出，隨著交聯(lián)體系加量的不斷增加，得到的壓裂體系的黏度也在不斷的增加，并伴隨著溫度的升高在逐步減小。本文研究的是高溫120℃下的壓裂體系，所以將黏度變化與剪切時間進行統(tǒng)計，得到圖2的結(jié)果。

通過圖2的結(jié)果看出，隨著剪切時間的變化，粘度逐步降低，并在30min后，黏度降低到77mPa·s，滿足油井施工要求。因此，剪切時間設(shè)定為30min較為合理。

2.2黏土穩(wěn)定劑的優(yōu)選

研究認(rèn)為，在儲層油藏高溫環(huán)境下，壓裂液會引起黏土膨脹，進而堵塞油氣層，最終降低石油采收率。為解決這問題，在研究中人們會選擇適當(dāng)?shù)酿ね羷?，以抑制黏土水化。對此，本文選擇4種不同的黏土劑，得到表3所示的結(jié)果。

根據(jù)上述的防膨率等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，選擇有機胺類黏土穩(wěn)定劑。同時為選擇最佳的用量，分別在破膠液中摻入0.5%、1.OO%、1.50%、2.OO%、2.50%、3.OO%不同濃度的黏土穩(wěn)定劑，得到如圖3所示的結(jié)果。

通過圖3結(jié)果看出，在摻入2%濃度的有機胺類下，得到的防膨率最大。

2.3助排劑優(yōu)選

助排劑的目的是提高返排效率?？蓡为毤尤耄部膳c其他助排劑一起加入。文章則在破膠液中加入甲醇助排劑和JFC助排劑，得到表4的結(jié)果。

通過以上結(jié)果看出，JFC在煤油表面的張力最小，所以選擇JFC助排劑最佳。同時，摻入不同濃度的JFC助排劑，得到圖4所示的結(jié)果。

根據(jù)圖4的統(tǒng)計看出，當(dāng)JFC助排劑濃度在0.2%時，其得到的表面張力最小。

2.4壓裂液性能評價結(jié)果

2.4.1抗溫剪切切性能

根據(jù)上述的實驗方法，得到圖5所示的抗溫剪切切性能。

根據(jù)圖5的結(jié)果看出，在試驗溫度下90min后壓裂體系的黏度都大于50mP·s，滿足施工要求。

2.4.2濾失性能

在120℃的高溫下進行濾失實驗，從而得到如圖6所示的結(jié)果。

通過上述的結(jié)果看出，在高溫下其濾失量為3.02×10﹣3m3/m2。所以文章研制的壓裂體系具有良好的降濾失性能。

3 結(jié)語

通過上述的研究看出，壓裂液作為一種復(fù)合體系，包含多種成分。文章只是探討了以AM、AA等作為原材料制備壓裂體系。而對壓裂體系的組成來講，除上述的制備以外，還可以采用其他原材料進行制備。因此，文章所探討的壓裂體系性能只是眾多壓裂體系中的一種。同時通過上述的研究表明，在120℃的溫度下，0.5%稠化劑+0.35%交聯(lián)劑+0.2%助排劑+0.2%黏土穩(wěn)定劑得到的性能最優(yōu)。

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