一种新型水溶性聚合物压裂液的研制与应用

内蒙古石油化工　　　　　　　　　　２０１６年第８期　

一种新型水溶性聚合物压裂液的研制与应用

林　娜

）（大庆油田有限责任公司井下作业分公司，黑龙江大庆　１６３４５８

水基压裂液是油田压裂增产的主力体系，其增稠剂瓜尔胶的价格近５年呈倍增趋势，严重　　摘　要：

影响了油田压裂生产。本文通过对新型水溶性聚合物压裂液的研制，形成了具有增稠剂用量小、冻胶弹性好、残渣含量低、易破胶等优点的聚合物压裂液，在大庆油田多个区块进行了现场试验，工艺成功率压后效果优于同区块对比井，成本低于常规水基压裂液。在瓜尔胶价格高于３．００％，３万元／ｔ的情况１下，水溶性聚合物压裂液可部分替代常规压裂液。

关键词：水溶性；聚合物；压裂液；增稠剂

＋

（）１　　文献标识码：Ｅ３５７．４６００６—７９８１２０１６０８—０００１０—０３ＴＡ　　文章编号：１　　中图分类号：

　　油层压裂是一项以改造油层渗流特性为目的的

技术，在油田增产、水井增注等方面发挥了不可替代

１，２］

。以瓜尔胶为主要增稠剂的常规水基压的作用［

３，４］

，其携砂性能裂液是油田压裂施工的主体体系［

稳定，但破胶后存在残渣含量较高、滤饼破胶困难、

水中电离，生成羟基水合阳离子，以羟桥联结形成多

［］

通过极性键、配位键与聚合物交联成可核配合物８，挑挂、有弹性的冻胶。

２　耐温抗剪切性能１．

－１

，取１耐温抗剪切评价条件为９０℃、１７０ｓ００ｍｌ

同时加入０．０．５％ＣＨ１２８Ｌ溶液，４ｍｌＨ调节剂和ｐ用Ｒ８ｍｌ交联剂，Ｓ－６０００流变仪测其剪切粘度，０．

，基液表观粘度值为３剪切结３ｍＰａ．ｓ２５ｈ内测量值，

果如下：

配方一：５％ＣＨ１２８Ｌ；０．配方二：５％ＣＨ１２８Ｌ＋０．１％助排剂＋０．１％０．破乳剂＋１％防膨剂ＦＲ－ＣＳ；配方三：５％ＣＨ３２８Ｈ＋０．１％助排剂＋０．０．１％破乳剂＋１％防膨剂ＦＨ－２。

从耐温剪切评价结果可以看出，基液种加入助排剂、破乳剂、不同防膨剂后不影响剪切性能，剪切性能能够达到行业标准。用Ｆａｎ３５旋转粘度计测定基液粘度随着时间的变化关系，静置２５ｈ内基液。粘度基本保持在３３ｍＰａ．ｓ

表１　

不同配方耐温抗剪切性能评价表

初始３０　６０行业标准ｉｎ　　　　时间ｍ·ｓ剪切粘度ｍＰａ　　配方一配方二配方三易吸附滞留、易形成水锁等缺点，在一定程度上影响

５，６］

。此外，受国际市场影响，瓜尔胶了油气井产量［

其价格大幅度提高，仅２０１０年１月至２０１２年５月，

，价格就由２．造成油田２万元／６．５万元／ｔ上涨至１ｔ压裂液生产成本大幅增加。为有效降低压裂液生产

成本，减少常规压裂液对储层的伤害，携砂能力强、低伤害、滤失小、低残渣、易返排、低成本是压裂液体

７］

。系研究发展的方向［

１　室内实验研究

增稠剂和交联剂是压裂液配方的关键，本次筛选评价了１确定使用丙烯酰胺单体和２种聚合物增稠剂，催化剂合成的枝型分子结构聚合物，与阳离子交联剂进行交联可形成球网状冻胶，携砂性能强。本次选用，交联剂为Ｊ呈酸性，聚合物增稠剂为ＣＨ１２８ＬＬ３２８Ｈ，

，。水溶性聚合物１Ｌ０２１Ｈ，Ｈ调节剂为ＴＨ＝１Ｈ＝ｐｐｐ

合成过程中，引入磺酸抗盐单体，以适应不同地区水质；引入支链剂，优化线性分子结构成为枝型分子结构，增强压裂液耐温抗剪切性能。

１　冻胶性能１．

实验室内配制１００ｍｌ聚合物增稠剂ＣＨ１２８Ｌ配比为０．加入０．５％浓度的基液，４ｍｌ调节剂加０．Ｌ０２１Ｈ适当调整基液ｐ８ｍｌ交联剂ＴＨ值，

匀速搅拌约８Ｌ１２８Ｌ，ｓ交联。交联剂中的离子在Ｊ

收稿日期：２０１６－０３－０５

７９３．５５３．４７．２７　１　９７７３．５６１．９４３．２　１　１９４．５２６．７６６．６７　２　１０≥６１．３　破胶性能

破胶性能是评价压裂液性能的重要指标，破胶

）。基金项目：大庆油田原油４０００万ｔ持续稳产关键技术研究（２０１１Ｅ－１２０２，作者简介：林娜（女，助理工程师，从事压裂液与支撑剂的检测与鉴定工作。１９８３—）

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１１

彻底能有效减少压裂液对储层的伤害，提升返排率，因此破胶效果直接影响压裂增产效果。室内筛选了不同种类破胶剂，确定了最佳使用量。实验表明，压裂液破胶后的水化液为澄清透明溶液。

表２　不同破胶剂、

不同用量破胶状态破胶剂类型用量％破胶时间及状态ＰＡ－１　０．０５　１６ｈ完全破胶如水０．１　８ｈ破胶，液粘滑，破胶不彻底０．１５　８ｈ破胶彻底ＰＡ－１＋ＰＢ－２　０．１＋０．０２加入ＰＢ－２后交联不好，冻胶脱水ＬＹＸ－１　０．１　８ｈ破胶如水，２．７３８８ｍＰａ·ｓ０．１５　６ｈ破胶如水，澄清透明　　实验表明，

０．１％的ＬＹＸ－１与０．１５％的ＰＡ－１破胶效果一样；但现场施工快，破胶剂加量多，会出现施工结束，破胶剂还没有加进携砂液中的情况。综合考虑，确定使用０．１％的ＬＹＸ－１进行现场施工。．

４　残渣含量评价实验制作配方２（０．

５％ＣＨ１２８Ｌ＋０．１％助排剂＋０．１％破乳剂＋１％防膨剂ＦＲ－ＣＳ）和配方三（０．％ＣＨ３２８Ｈ＋０．１％助排剂＋０．１％破乳剂＋１％防膨剂ＦＨ－２）的破胶水化液各１００ｍｌ

，用恒温烘箱、离心机和电子天平测定压裂液的残渣含量。

表３　不同配方压裂液残渣含量分析样品平行样瓶重瓶＋样残渣含量平均残渣行业标准ｇ　ｇｍｇ／ｌ含量ｍｇ／ｌｍｇ／ｌ配方二１　５８．４３３２　４８．４３７６　８８　８０２　５６．９７８２　５６．９８２１　７８≤６００３　５６．４１９９　５６．４２３６　７４配方三１　４９．２０４６　４９．２０８３　７４　７２２　４９．５７３７　４９．５７７１　６８３　５０．４５３１　５０．４５６８　７４增稠剂的水不溶物是压裂液残渣主要来源，常

规水基压裂液中胍胶的水不溶物含量约占１３．６％，而水溶性聚合物由于是化工合成产品，所以水不溶物含量相对更易控制，含量约４．２％。聚合物压裂

液残渣含量约７５ｍｇ／ｌ，远远小于同温度下胍胶压裂液残渣含量３２１ｍｇ

／ｌ。．５　表、界面张力评价表、界面张力影响着压裂液的返排效率，因此有

必要筛选配伍性好的助排剂。使用ＪＸ－Ｄ助排剂

．

２％时，表面张力２７．６ｍＮ／ｍ，界面张力０．６ｍＮ／ｍ。满足企业标准（表面张力≤２８ｍＮ／ｍ、界面张力≤２

ｍＮ／ｍ）。．

６　滤失性能降低压裂液滤失有四方面优势：①利于提高压裂液的效率，减少压裂液的用量，在降低压裂液伤害

的同时，降低成本；②利于造成长而宽的裂缝，

提高砂比，使裂缝具有较高的导流能力；③减少压裂液在油气层的渗流和滞留，降低对储层的伤害；④防止压裂液对水敏性油层、泥岩、页岩和粘土矿物的膨胀和

运移［

９，１０］

。表４　不同助排剂、不同加量对表、界面张力影响助排剂浓度（％）表面张力（ｍＮ／ｍ）界面张力（ｍＮ／ｍ）ＺＣ－６　０．１　３０．６　３．２０．２　３０．０　１．８ＣＳ－３　０．１　３０．４　１．４０．２　２９．６　１．７ＪＸ－Ｄ　０．１　２８．６　０．５０．２　２７．６　０．６实验测定聚合物压裂液与胍胶压裂液滤失对

比，聚合物压裂液的滤失系数为０．９×１０

－３　

ｍ／ｍｉｎ１／２，胍胶压裂液的滤失系数为０．７８×１０

－３　

ｍ／ｍｉｎ１／２，滤失系数接近，都在行业标准范围内（≤１．０×１０－３　

ｍ／ｍｉｎ１／２

）。图１　聚合物压裂液滤失曲线

１．７　对岩心渗透率的伤害性能

室内使用人造岩心（规格：２．

５ｃｍ×５ｃｍ），评价配方对不同渗透率岩心伤害率。聚合物压裂液对人

造岩心的伤害率平均为１０．５％，远远低于胍胶压裂液伤害平均值２３．３％。实验表明聚合物压裂液具

有低伤害的特性。

表５　聚合物压裂液对人造岩心伤害率

岩心煤油渗透率（１０－３μｍ

２

）伤害率伤害前渗透率

伤害后渗透率

（％）备注１　１３８．６　１２４　１０．５聚合物２　１４．４　１２．９　１０．４压裂液３　３８．５　２９．３　２３．９４　

１１４．３　

８８．５２２．６

胍胶压裂液

２　现场应用

压裂施工方面，满足渗透率≤４６０ｍＤ储层目前加砂规模的施工需要。现场进行了７口井（２

１１５１０１２１

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在胍胶成本大于３．聚合物压裂３万元／ｔ的情况下，

液体系可部分替代胍胶压裂液体系，有一定的应用前景。

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层）现场试验，现场配液、发液时间同常规液相同；最

３，渗透率低单层平均加砂７．高渗透率５５０ｍＤ，２ｍ渗透率于４最高砂比４６０ｍＤ的储层施工正常，０％，

如曲线３所示，５７－５５０ｍＤ的储层试验２层，５％４３砂比后略有脱砂显示，压后破胶正常，压后平均返排

压后效果好于对比井。率１９％，

（）图２　喇５－Ｐ号层，渗透率４Ｓ２５１４井ＰⅡ７－９１，２５７ｍＤ　表６　聚合物压裂液与同区块对比井加砂强度和增油强度对比表井别试验对比

／增油强度，．ｍｔｄ

压后初期１．８４　２９１．　

压后１月１．５０　１．５１　

压后２月２．０６　１．２８　

平均加砂强度，

ｍ／ｍ

３

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３．６９３．００

３　结论

水溶性聚合物压裂液具有冻胶强度高、耐温剪切性能良好、残渣含量低（约是常规压裂液残渣的、破胶快速彻底的优点，滤失性能与常规压裂８％）１

液相近，适用于渗透率小于４６０ｍＤ的储层。水溶性聚合物压裂液压后增油强度和平均加砂强度好于对比井；货源充足，能满足压裂生产需要；

ＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔａｎｄＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａＮｅｗＴｅｏｆＷａｔｅｒ－ｓｏｌｕｂｌｅＰｏｌｍｅｒＦｒａｃｔｕｒｉｎＦｌｕｉｄ　　　　　　　　　　ｐｐｐｙｐｙｇ　

ＬＮＩＮ　ａ（，ＤＤａｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍａｎＬｔｄ．，ｏｗｎＨｏｌｅＳｅｒｖｉｃｅＳｕｂ－Ｃｏｍａｎ　　　　ｑｇｐｙｐｙ　　

，）Ｈｅｉｌｏｎｉａｎ１６３４５８，ＣｈｉｎａＤａｉｎｑｇｇｊｇ　

：ＡｂｓｔｒａｃｔＷａｔｅｒ－ｂａｓｅｄｆｒａｃｔｕｒｉｎｆｌｕｉｄｉｓｔｈｅｍａｉｎｓｓｔｅｍｏｆｆｒａｃｔｕｒｉｎｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅ　　　　　　　　　ｇｙｇ　　

，ｒｉｃｅｏｆｔｈｅｔｈｉｃｋｅｎｅｒｕａｒｕｍｓｈｏｗｓａｄｏｕｂｌｉｎｔｒｅｎｄｉｎｎｅａｒｌ５ｙｅａｒｓｗｈｉｃｈｈａｓｓｅｒｉｏｕｓｌａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　ｐｇｇｇｙｙ　　　

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