水平井新型压裂液体系研究

龙华（中油辽河油田分公司钻采工艺研究院 辽宁 盘锦 124010）

随着油气勘探开发不断进行，我国陆上大部分主力油田都进入中后期开发阶段，为了实现稳产上产，新探区块中低渗透油气藏所占比例不断增加，低渗透油气储量将是今后相当长一段时间内增储上产的主要资源基础。为了实现低渗透油田的产能，采用水平井开发和压裂改造是实现低渗透油气藏经济开发的有效手段。压裂液是压裂技术的重要组成部分，起着传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝的作用。国内外常用的压裂液体系有水基压裂液、泡沫压裂液、油基压裂液、乳化压裂液等，但目前使用压裂液抗剪切的能力并不理想，随着时间的推移，压裂液的粘度因剪切而变小，容易造成在压裂过程中脱砂，直接影响压裂改造效果。开发优质压裂液是国内外研究人员一直致力研究的问题，新型压裂液体系不断出现，本文通过对压裂液增稠剂的溶解性、降解性和耐温性等方面的研究，研制出高取代度的羟丙基胍胶JK-5作为基液的新型压裂液体系，该体系具有抗高剪切、抗高温性能，能够满足水平井压裂改造的需要。

一、稠化剂JK-5性能研究

1.溶解性能

稠化剂性能好坏，直接影响到压裂的效果，是检验压裂液性能的主要参数。目前在压裂液中经常使用的是羟丙基瓜胶（HPG），在溶解过程中仍含有较多的不溶性残渣，易造成支撑裂缝堵塞。通过对胍胶进行改性，研制出一种新型稠化剂JK-5，在相同实验条件下与HPG在含水率、表观粘度和水不溶物进行比较。结果表明，在相同浓度条件下，0.4%的JK-5和0.6%的HPG含水率基本一致，但JK-5的表观黏度比HPG高25Mpa·s，水不溶物的含量仅是HPG的1/3，从而降低了压裂液对地层的二次伤害。

2.降解性能

压裂液在地层中由于滤失将造成稠化剂在裂缝中浓缩，促使稠化剂浓度过高，即使经历了相当长时间的破胶降解，压裂液仍具有很高的粘度，稠化剂中原有的或降解过程中形成的不溶残渣，会通过减少支撑剂充填层的有效孔隙空间来降低裂缝的导流能力，从而造成地层伤害。井底条件下实际残渣量的多少，同使用的稠化剂类型有着密切关系。HPG一般仅含约2%～4%的不溶性残渣，一般认为HPG对地层和支撑剂充填层的伤害较小。

评价实验结果可以看出，JK-5的不溶性残渣在0.03%～0.05%之间，因此，JK-5可以有效的减少有效孔隙空间的残渣量来，降低对地层造成的伤害。

3.耐温性能

使用相同交联剂，在100℃、170-S的实验条件下，选择浓度分别为0.30%、0.45%、0.60%的JK-5进行粘温对比实验。结果表明，在实验的前期，曲线的变化率较大，压裂液粘度下降幅度较大，当剪切40分钟后，粘度的变化率逐渐减小，最后基本达到定值。压裂液基本不受剪切的影响，基本是一直线。在水平井压裂中，100℃井温，JK-5的使用浓度在0.45%左右为宜。

二、压裂液体系配伍性研究

粘土稳定剂、破乳助排剂、冻胶稳定剂、pH值调节剂是压裂液的重要添加剂，在压裂液的配方中起着不同的作用，对不同类型的压裂液和地层条件的影响也各不相同，因此需要进行配伍性研究，提高压裂改造效果。

1.粘土稳定剂的性能研究

目前常用的粘土稳定性主要包括氯化钾、氯化按、阳离子水溶性聚合物，如阳离子聚丙烯酰胺、聚季铵盐类等。本文筛选了KCl、B ML-1、K S H-1，与JK-5进行配伍性研究。KCl膨胀率比较高，说明KCl有较强的粘土稳定能力，KCl与JK-5的配伍性较好，这主要是因为在压裂液中加入适量的无机盐类，提高压裂液的矿化度，有一定的抑制粘土水化膨胀的能力。因此，确定最佳粘土稳定剂为KCl。

2.破乳助排剂的性能研究

破乳助排剂是影响施工返排效果的关键因素之一，特别是对于地层能量低、渗透性差的地层情况，工作液难于迅速完全地排出地层，就会造成粘土膨胀、乳化堵塞、毛细管吸渗水锁及钙、铁、硅二次沉淀堵塞孔喉等地层伤害。

3.冻胶稳定剂的筛选

压裂液冻胶的热稳定性受pH值、离子强度和稳定添加剂的影响。筛选了ZCY-1、BJ101和JK1008，在90℃、120℃的温度条件下，冻胶稳定剂的测试结果见表1、表2。

表1 温度90℃时冻胶稳定剂的变化情况

表2 温度120℃时冻胶稳定剂的变化情况

由表1、表2可以看出，随着实验温度升高，加入稳定剂温度升高幅度减小，但破胶均彻底；在90℃与120℃，B J 101升高温度效果最好，因此，确定BJ101为最佳稳定剂。

结论

1.稠化剂JK-5水不溶物的含量是HPG的1/3，不溶性残渣在0.03%～0.05%之间，可以有效的减少有效孔隙空间的残渣量来，降低对地层造成的伤害。

2.以JK-5做稠化剂压裂液体系，在同种交联剂的作用下，同浓度的JK-5耐温性能要好于HG P，JK-5的使用浓度在0.45%左右为宜，在剪切速率在170s-1时的冻胶持续时间能够满足水平井的施工要求。

3.通过配伍性实验，终筛选出配伍性较好的添加剂，粘土稳定剂KCl、破乳助排剂B J L-1、冻胶稳定剂B J 101，有效的改善了压裂液的性能，提高压裂处理效果。