复合型防膨剂与压裂液配伍性研究

张红丽

（1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，陕西西安 710000）

油田开发过程中，对储层进行压裂作业时，压裂液中加入防膨剂的目的在于防止由于黏土发生膨胀和运移，对储集层造成伤害。但是通过调查发现，由于选择的防膨剂的类型，或者防膨剂浓度使用不当，使得压裂液与防膨剂不配伍，导致压裂液性能改变，不能满足作业要求。因此配制具有高防膨率和良好配伍性的压裂液用防膨剂，对于确保采用良好性能的压裂液进行压裂具有重要意义。

目前所用防膨剂分为[1]：低聚季铵盐型防膨剂、双子季铵盐型防膨剂、四元共聚物磷酸盐防膨剂、复合型黏土防膨剂等。相对其他类型的防膨剂季铵型阳离子防膨剂具有以下特点[2]：该类型防膨剂可借助“中和”作用和“包被”作用，减小黏土颗粒和黏土晶层间的静电斥力，防止黏土水化膨胀和分散；并且该类型防膨剂能够同时吸附多个黏土晶层或微粒，达到抑制黏土分散运移的目的。并且其吸附性能不受pH值影响。因此，采用双子季铵盐与SY-1、SY-2复配防膨剂并测定其性能，然后进行配伍性研究。

1 复合型防膨剂性能评价

双子季铵盐XNW-2与SY-1、SY-2复配防膨剂。复配质量比例为XNW-2为48.8%，SY-1为9.9%，SY-2为4%，其余为水。复配后的防膨剂命名为XYNW-1。

参考SY/T5762－95《压裂酸化用防膨剂性能评价方法》对XYNW-1防膨剂进行性能评价。将含有0.5%的XYNW-1防膨剂溶液置于常温、90℃及140℃条件下放置7 d后测其防膨率（见表1）。由表1可知，在常温、90℃及140℃条件下该防膨剂防膨率均高于80%，表明XYNW-1防膨剂防膨率能够达到作业要求，并且XYNW-1防膨剂热稳定性良好。

表1 XYNW-1防膨剂性能评价

2 复合型防膨剂与油气井压裂液配伍性研究

2.1 复合型防膨剂与油井压裂液的配伍性

根据压裂要求，一般会在压裂液中加入多种添加剂如稠化剂、交联剂、破胶剂、助排剂、降滤失剂等[3]。为了评价该防膨剂与压裂液中的其他添加剂的配伍性，将加入0.5%XYNW-1防膨剂的压裂液在水浴（90℃）24 h后，结果没有产生沉淀和残渣，表明该防膨剂与压裂液的其他添加剂配伍性良好。进而对加入0.5%XYNW-1防膨剂的压裂液进行表观黏度，耐温抗剪切性能及其破胶性能评价。

2.1.1 油井压裂液表观黏度测定 XYNW-1防膨剂对压裂液表观黏度的影响测试结果（见表2）。由表2可知：加入0.5%XYNW-1防膨剂的油井压裂液表观黏度并未发生显著变化。

2.1.2 油井压裂液的耐温抗剪切性能评价 参照SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》使用HAAKE流变仪对添加0.5%XYNW-1防膨剂的压裂液进行耐温抗剪切能力测试。测定结果（见图1、图2）。

由图1可以看出，加0.5%XYNW-1防膨剂，压裂液的初期（30℃）黏度为450 mPa·s，升温至90℃时，黏度高于 120 mPa·s。

图2中说明：在30℃～80℃加热过程中，大约用时17 min。在80℃下剪切60 min，压裂液的黏度为110 mPa·s。可见加0.5%XYNW-1防膨剂时压裂液高温抗剪切性能良好。

2.1.3 油井压裂液的破胶性能评价 破胶液黏度、残渣含量及其界面张力测定结果（见表3）。

由表3可见，加入研制复配防膨剂XYNW-1的油井压裂液的破胶性能均达到标准要求。0.5%破胶液的防膨率在80%以上。

2.2 复合型防膨剂与气井压裂液的配伍性

XYNW-1防膨剂与压裂液中其他添加剂的配伍性测定实验结果显示，加入0.5%防膨剂的压裂液在水浴（95℃）24 h后，无沉淀、残渣，表明XYNW-1防膨剂与压裂液中的其他添加剂配伍性良好。

表2 油井压裂液的表观黏度（黏度计转速100 r/min，30℃）

图1 XYNW-1防膨剂配制压裂液的耐温性能测试结果（油井）

图2 XYNW-1防膨剂配制压裂液抗剪切性能测试结果（油井）

表4 气井压裂液的表观黏度（黏度计转速100 r/min，30℃）

图3 XYNW-1配制的压裂液耐温性能测试曲线（气井）

图4 XYNW-1配制的压裂液抗剪切性能测试曲线（气井）

表5 气井压裂液破胶性能评价

2.2.1 气井压裂液表观黏度测定 XYNW-1防膨剂对气井压裂液表观黏度的影响结果（见表4）。由表4可知：加入0.5%XYNW-1防膨剂后，压裂液的表观黏度并未发生显著变化。

2.2.2 气井压裂液的耐温抗剪切性能评价 加入0.5%XYNW-1防膨剂的气井压裂液耐温抗剪切性能测定结果（见图3、图4）。由图3、图4可知：温度升至140℃时，压裂液黏度为140 mPa·s，可见其耐温性能良好；在120℃剪切120 min，黏度125 mPa·s，可见其高温抗剪切性能良好。

2.2.3 气井压裂液破胶性能评价 破胶液黏度、残渣含量及其界面张力测定结果（见表5）。

由表5可见，加入0.5%XYNW-1防膨剂的气井压裂液的破胶性能可以达到作业要求。

3 小结

（1）XYNW-1防膨剂在常温、90℃及140℃条件下防膨率都高于80%，表明复配防膨剂性能良好，能够达到作业要求。

（2）复合型防膨剂XYNW-1常温下及在油、气井压裂地层条件下，0.5%加量的防膨率均在80%以上。

（3）XYNW-1防膨剂与油气井压裂液其他添加剂配伍性良好，用0.5%XYNW-1防膨剂配制的油气井压裂液能够保持较好的耐温抗剪切性能和破胶性能。

［1］覃艳燕，等.防膨剂的研究进展［J］.化学工程师，2007，（5）：12-18.

［2］孔素东，朱驯，等.双季铵盐类化合物的研究现状及合成进展［J］.化工中间体，2006，（10）：10-12.

［3］张轩，黄志宇，李雯.新型双子季铵盐的合成及黏土防膨性能评价［J］.石油天然气化工，2012，41（1）：91-98.