SY型清潔壓裂液性能評(píng)價(jià)研究

盧翔，曹云

（1.陜西延長(zhǎng)石油豐源有限責(zé)任公司， 陜西 西安 716000； 2.延安市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，陜西 西安 716000）

壓裂是改造低滲透型油氣藏并使其增產(chǎn)的重要手段，而壓裂液是壓裂過程的關(guān)鍵組成部分。目前在油氣田開發(fā)過程中可見的壓裂液種類較多，雖針對(duì)不同類型的儲(chǔ)層能表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，但仍存在較多的不足，如對(duì)儲(chǔ)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(xué)者廣泛研究，主要是將表面活性劑、穩(wěn)定劑等在鹽溶液中簡(jiǎn)單的配比后經(jīng)調(diào)節(jié) pH而制成的，其清潔環(huán)保特點(diǎn)成為明顯優(yōu)勢(shì)[6-10]。但清潔壓裂液的種類也相對(duì)較多，不同配比的清潔壓裂液呈現(xiàn)出的性能明顯不同。

論文選用耐溫增粘性較強(qiáng)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(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)，為了判定該清潔壓裂液是否具有推廣應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)對(duì)其性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

1.1 耐溫剪切性能實(shí)驗(yàn)方法及步驟

耐溫剪切性能是壓裂成敗的關(guān)鍵，判定壓裂液耐溫剪切性能好壞的重要參數(shù)是壓裂液的黏度，實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shè)置初始溫度為25 ℃。

2）在測(cè)量頭上裝上測(cè)量轉(zhuǎn)子，并開始校正。

3）點(diǎn)擊參數(shù)設(shè)定程序，設(shè)定剪切速率為170 s-1,設(shè)定溫度范圍為25~99 ℃。

4）將測(cè)試樣品裝入轉(zhuǎn)筒后固定轉(zhuǎn)筒，點(diǎn)擊開始按鈕開始測(cè)定。

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

1.2 懸砂性能實(shí)驗(yàn)方法及步驟

壓裂液懸砂性能是控制支撐劑下降速度的關(guān)鍵，支撐劑下降過快可引起因砂堵而導(dǎo)致壓裂失敗。判定懸砂性能的參數(shù)是沉降速度，實(shí)驗(yàn)選用的主要設(shè)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(shè)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(shè)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(shí)的時(shí)間，重復(fù)該步驟3次。

3）將恒溫水浴鍋的溫度分別設(shè)置為 80 ℃和99 ℃，重復(fù)步驟2。

4）計(jì)算不同溫度下沉降速度。

1.3 破膠性能實(shí)驗(yàn)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(dòng)破膠，降低黏度并反排出地層。實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)筒中，設(shè)定剪切速率為 170 s-1，測(cè)定溶液的黏度變化。

3）將煤油替換為清水，重復(fù)步驟2。

1.4 殘?jiān)繉?shí)驗(yàn)方法及步驟

殘?jiān)菈毫岩浩颇z后溶液中的不溶物質(zhì)，存在儲(chǔ)層中易堵塞孔隙和裂縫，使得儲(chǔ)層的物性變差。實(shí)驗(yàn)選用主要儀器為離心機(jī)。在其它條件不變的條件下，測(cè)定剩余殘?jiān)|(zhì)量。

1）取100 mL破膠后的清潔壓裂液于離心管中。

2)將離心機(jī)設(shè)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(xù)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(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 耐溫剪切性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dāng)溫度小于 65 ℃時(shí)，黏度隨溫度的升高下降較為明顯，溫度從25 ℃升高至65 ℃時(shí)，壓裂液的黏度從 175 mPa·s降低到 50 mPa·s；當(dāng)溫度大于65 ℃時(shí)，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(shí)，壓裂液的黏度從50 mPa·s降低到29 mPa·s，并逐漸趨于穩(wěn)定，此時(shí)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(guān)系圖

據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知（圖2），在實(shí)驗(yàn)溫度為65 ℃，剪切速率為179 s-1的條件下，隨著時(shí)間的增加，SY壓裂液的黏度逐漸下降，但下降幅度較小，經(jīng)過2 h的實(shí)驗(yàn)，壓裂液的黏度只從50 mPa·s降到33 mPa·s，表明具有較強(qiáng)的抗剪切性能。

圖2 SY型清潔壓裂液時(shí)間與黏度變化關(guān)系圖

2.2 懸砂性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知（表1），在其他實(shí)驗(yàn)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(dāng)溫度為 60 ℃時(shí)，壓裂液的平均沉降速度只有 0.26 cm·min-1；當(dāng)溫度為 99 ℃時(shí)，壓裂液的平均沉降速度增加到3.42 cm·min-1；依據(jù)壓裂工藝的常用標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)壓裂液的沉降速度小于5 cm·min-1時(shí)，都具有較好沉降速度，表明SY型清潔壓裂液具有優(yōu)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(jié)果表

2.3 破膠性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知（表2），SY型清潔壓裂液在與煤油混液中的破膠時(shí)間為18.5 min，破膠黏度為3.17 mPa·s，表明用煤油作介質(zhì)，SY型清潔壓裂液可在20 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)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(shí)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(zhì)中的破膠時(shí)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(zhì)中的破膠時(shí)間及破膠黏度結(jié)果表

因此，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓裂過程中，可直接選用清水使 SY型清潔壓裂液自動(dòng)破膠，不僅破膠時(shí)間能滿足壓裂工程需求，還在一定程度上節(jié)約了壓裂成本，對(duì)壓裂地層具有較高的保護(hù)作用。

2.4 破膠殘?jiān)繉?shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知（表3），采用100 mL的SY型清潔壓裂實(shí)驗(yàn)最終破膠殘?jiān)|(zhì)量為0 mg，即破膠后沒有殘?jiān)霈F(xiàn)，因此殘?jiān)繛? mg·mL-1；而在相同實(shí)驗(yàn)條件下采用100 mL的瓜膠壓裂液實(shí)驗(yàn)最終的破膠殘?jiān)|(zhì)量為25.4 mg，經(jīng)過計(jì)算，該壓裂液的殘?jiān)繛?.254 mg·mL-1, 通過對(duì)比，確定了此次實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性?？梢?SY型清潔壓裂液破膠十分完全，破膠后沒有殘?jiān)?，在壓裂過程中，對(duì)儲(chǔ)層裂縫及孔隙沒有傷害。

表3 SY 型清潔壓裂液在不同介質(zhì)中的破膠時(shí)間及破膠黏度結(jié)果表

3 結(jié) 論

論文在前期大量實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?jiān)课鍌€(gè)方面對(duì)該清潔壓裂液的性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。分別闡明了每個(gè)性能的實(shí)驗(yàn)方法及具體步驟，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：確定 SY型清潔壓裂液具有較強(qiáng)的耐溫耐剪切能力；明確SY型清潔壓裂液具有優(yōu)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?jiān)?。通過對(duì)各個(gè)性能的綜合評(píng)價(jià)，認(rèn)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(jià)值。