小分子清潔壓裂液體系的研究與應(yīng)用

摘要：針對(duì)納米級(jí)致密砂巖壓裂后，大分子瓜爾膠吸附、滯留儲(chǔ)層滲流通道、壓裂液殘?jiān)氯瘟芽p和濾餅對(duì)裂縫壁面等儲(chǔ)層傷害，通過篩選小分子表面活性劑，開發(fā)出清潔壓裂液體系，適用于不同溫度地層的壓裂改造技術(shù)，一種適用于高溫地層的壓裂改造，對(duì)解決目前大分子瓜爾膠及其改性產(chǎn)品壓裂液對(duì)裂縫導(dǎo)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(chǔ)層改造

1.前言

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國已累計(jì)勘探的致密油儲(chǔ)量有80～100億噸，占剩余可采儲(chǔ)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(fā)。這是由于致密砂巖的孔喉直徑為納米級(jí)，使用通常的大分子瓜爾膠壓裂液往往會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。這些傷害主要集中在大分子物質(zhì)吸附滯留堵塞儲(chǔ)層流體滲流通道、壓裂液殘?jiān)氯瘟芽p和濾餅對(duì)裂縫壁面的傷害這三個(gè)方面。近年來國內(nèi)外針對(duì)這幾個(gè)方面做了大量的研究工作，但大分子物質(zhì)在儲(chǔ)層孔道的吸附滯留等問題始終沒有得到解決。針對(duì)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(jìn)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?jiān)?，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(chǎn)品壓裂液對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的傷害問題。因此，在遼河油田開展具有小分子結(jié)構(gòu)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(yàn)材料及試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)儀器及材料

本實(shí)驗(yàn)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(jí)，且成膠性能和抗溫性能較好，價(jià)格也相對(duì)低廉，有能夠大規(guī)模生產(chǎn)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(wěn)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(yàn)方法及步驟

實(shí)驗(yàn)中對(duì)所選擇的表面活性劑分別與鹽進(jìn)行復(fù)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(jié)果如表3所示。由下表可得到兩個(gè)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(yōu)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?jǐn)嚢?，放?5℃水浴鍋內(nèi)恒溫，30min后用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)其粘度，計(jì)錄數(shù)據(jù)繪出曲線圖。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：不同濃度的表面活性劑S1與水楊酸鹽混合時(shí)其粘度變化都有一個(gè)最高點(diǎn)，選取幾個(gè)最高點(diǎn)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(duì)表面活性劑S2與水楊酸鹽的濃度比進(jìn)行優(yōu)選，得出其最佳濃度比大約為2.5：1。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(dá)到最大值后逐漸降低，并且通過用玻璃棒攪拌發(fā)現(xiàn)其彈性增加，壓裂液變成凍膠狀，很難被挑起。可能導(dǎo)致這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，從其成膠機(jī)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(tuán)和親水基團(tuán)組成。由親水基團(tuán)和長鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)構(gòu)成的粘彈性表面活性劑的水溶液具有獨(dú)特的流變性。當(dāng)粘彈性表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度時(shí)，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?zhǔn)杷鶊F(tuán)為內(nèi)核，親水集團(tuán)向外伸入溶劑的球狀膠束;當(dāng)粘彈性表面活性劑的濃度繼續(xù)增加，并且改變?nèi)芤航M成時(shí)（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(shí)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(huì)進(jìn)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(tuán)的作用會(huì)自動(dòng)糾纏在一起，形成空間交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是隨著鹽的進(jìn)一步增加，蠕蟲狀膠束再收縮成小顆粒，每個(gè)小顆粒都十分緊湊相對(duì)獨(dú)立，所以粘度降低，彈性增加。

3.2表面活性劑最佳濃度優(yōu)選

分別配制不同濃度的最優(yōu)S1+水楊酸鹽200mL，放入恒溫水浴鍋中開始測(cè)其粘度，每升高5℃開始測(cè)其粘度。實(shí)驗(yàn)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(yè)，但其濃度超出2%會(huì)有大量白色微晶析出。為此，本實(shí)驗(yàn)提出將兩種表面活性劑進(jìn)行互配，取長補(bǔ)短，提高其性能。

3.3表面活性劑的復(fù)配

復(fù)配體系解決了S2表面活性劑的濃度大于2%時(shí)會(huì)析出的問題，同時(shí)比較同濃度的S1，耐溫性有了長足的提升。優(yōu)選出最佳配方為1.25%S1+1.25%S2+0.4%水楊酸鹽。

4下步攻關(guān)方向

下一步將繼續(xù)以不同分子結(jié)構(gòu)、尺寸的表面活性劑為主劑來制備壓裂液，豐富整個(gè)壓裂液配方，并進(jìn)一步對(duì)反離子進(jìn)行研究。并對(duì)不同種類表面活性劑進(jìn)行復(fù)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。

5結(jié)論

（1）針對(duì)大分子壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害問題，通過理論調(diào)研和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，得到結(jié)論：對(duì)于致密儲(chǔ)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(duì)推動(dòng)遼河油田壓裂水平提高具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王翔.高分子量表面活性劑清潔壓裂液[D].西南石油學(xué)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(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)于遼河油田鉆采工藝研究院從事酸化壓裂工作。

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