低中高溫?zé)o殘?jiān)途酆衔飰毫岩后w系的研究

1、 . . . - 0 - / 52目目 錄錄1 1、國外壓裂液發(fā)展現(xiàn)狀國外壓裂液發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 1.1、國外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2、國研究現(xiàn)狀 7 2 2、無殘?jiān)途酆衔飰毫岩后w系的研究、無殘?jiān)途酆衔飰毫岩后w系的研究 9 9 2.1、無殘?jiān)途酆衔飰撼砘瘎┑难芯?9 2.2、交聯(lián)劑的優(yōu)選 11 2.3、破膠劑優(yōu)選 13 2.4、壓裂液添加劑優(yōu)選 14 2.4、壓裂液配方優(yōu)選 17 3 3、壓裂液體系性能評價壓裂液體系性能評價 18183.1、低分子聚合物 QYC 壓裂體系的基本性能 183.2、配方確定 183.3、破膠實(shí)驗(yàn) 253.4、攜砂性能 263.5、破膠后殘?jiān)?273.6、壓裂液濾

2、失性能 283.7、巖心傷害 283.8、無殘?jiān)途畚飰毫岩号浞?294 4、現(xiàn)場試驗(yàn)與效果評價現(xiàn)場試驗(yàn)與效果評價 31314.1、溫西 3-平 2 試驗(yàn)井壓裂設(shè)計概況 314.2、試井壓裂液配方與配制方法 324.3、現(xiàn)場試驗(yàn)情況 335 5、結(jié)論、結(jié)論 36365.1、合同完成情況 365.2、壓裂液體系成本 365.3、結(jié)論 376 6、存在的問題與下一步研究方向、存在的問題與下一步研究方向 3838附件附件 1 1：壓裂液質(zhì)量檢測報告：壓裂液質(zhì)量檢測報告 3939附件附件 2 2：低聚合物壓裂液配制要求與配制方法：低聚合物壓裂液配制要求與配制方法 4040附件附件 3 3：低聚合物壓裂

3、液使用條件：低聚合物壓裂液使用條件 4141附件附件 4 4：安全技術(shù)說明書：安全技術(shù)說明書 4242 . . . - 1 - / 521 1、國外壓裂液發(fā)展現(xiàn)狀國外壓裂液發(fā)展現(xiàn)狀1.1、國外發(fā)展現(xiàn)狀水力壓裂是油氣井增產(chǎn)、水井增注的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。人們利用地面高壓泵組，將高粘液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井筒，隨即在井底附近憋起高壓。此壓力超過井壁附近地應(yīng)力與巖石的抗強(qiáng)度后，在地層中形成裂縫。繼續(xù)將帶有支撐劑的攜砂液注入縫中，隨著壓裂液不斷注入，裂縫不斷向前延伸，最后縫中充滿支撐劑。停泵以后，可在地層中形成足夠長度、寬度的填砂裂縫。由于壓裂液破膠后填砂裂縫具有很高的滲濾能力，大大改善了

4、油氣層的滲透性，使油氣暢流入井，起到增產(chǎn)增注作用。水力壓裂技術(shù)自1946 年誕生以來，特別是近 20 年得到快速發(fā)展，從砂巖儲層壓裂應(yīng)用到致密儲層、頁巖，壓裂材料和設(shè)備發(fā)展很快，壓裂相關(guān)軟件也得到很大進(jìn)步。壓裂工藝朝多層多段壓裂、縫網(wǎng)壓裂、體積壓裂發(fā)展。值得重視的是壓裂液正在朝無殘?jiān)?、低傷害、低成本方面發(fā)展，現(xiàn)今通常使用胍膠作為增稠劑，水不溶物含量大，對填砂裂縫的傷害很大。近幾年來，無殘?jiān)酆衔飰毫岩后w系研發(fā)一直是國外研究方向。1.1.11.1.1、清潔壓裂液、清潔壓裂液 通過近幾年低傷害壓裂液體系的研究，在一定程度上降低了瓜爾膠壓裂液的傷害，但仍存在破膠不完全，而且破膠后殘?jiān)鼩埩粼诹芽p，降低

5、支撐劑充填層的滲透率，傷害產(chǎn)層，導(dǎo)致壓裂效果變差。D.M.Willberg 對棉谷 Taylor 地層返排出的流體中聚合物和地層水指示離子濃度分析表明，注入了聚合物僅 29%-41%能被返排出來。 清潔壓裂液又稱粘彈性表面活性劑(VES)，第一代是長鏈脂肪酸的季銨鹽類表面活性劑（圖 1-1）溶解在鹽水中形成的膠束溶液（圖 1-2）。一般表面活性劑在水溶液中形成的膠束呈球狀、圓盤狀或圓柱狀，不能使溶液增粘。VES 壓裂液中所用的季銨類表面活性劑在鹽水形成的膠束，主要呈蚯蚓狀或長圓棒狀，相互之間高度纏結(jié)，構(gòu)成了網(wǎng)狀膠束，類似于交聯(lián)的長鏈聚合物形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀膠束結(jié)構(gòu)使表面活性劑膠束溶液具有了凝

6、膠的性質(zhì)，溶液粘度大幅度增加并具有彈性。粘彈性表面活性劑壓裂液由此得名。在季銨鹽類表面活性劑膠束中，帶正電荷的離子基團(tuán)之間的相互排斥作用 . . . - 2 - / 52圖 1-1 VES 分子模型圖 1-2 VES 作用機(jī)理使膠束呈球形，不能增加溶液的粘度，更不能使溶液變?yōu)槟z。在 VES 壓裂液中，為了抵消離子基團(tuán)之間的排斥力，加入了平衡陰離子，使用無機(jī)陰離子和有機(jī)陰離子，使之形成有序排列的鏈狀膠束，溶液粘度提高并具有彈性，形成凝膠。VES 壓裂液進(jìn)入含油巖心或地層后，親油性有機(jī)物進(jìn)入膠束，使長鏈膠束膨脹，最終崩解為較小的球形膠束，VES 凝膠破解，開成粘度很低的水溶液。因此 VES 壓裂

7、液在裂縫中接觸到地層原油或天然氣便會破膠，被地層水稀釋后也可降粘破膠。因此它是一種無殘?jiān)鼔毫岩骸?雖然早就認(rèn)識到了表面活性劑的粘彈性結(jié)構(gòu)，但直到 1987 年首次應(yīng)用于礫石充填作業(yè)。于 1997 年由 Schlumberger 公司成功應(yīng)用于水力壓裂施工，并以 ClearFRAC（清潔壓裂液）的名字注冊。經(jīng)過短短幾年的發(fā)展，該體系的應(yīng)用圍已擴(kuò)展到酸化、酸壓、降水、控砂、降濾失等。近期 Schlumberger 已將 VES 成功應(yīng)用于二氧化碳泡沫壓裂，并開發(fā)出了新一代 . . . - 3 - / 52的耐高溫 VES，適用溫度提高到 150。 粘彈性表面活性劑壓裂液的使用改變了對壓裂施工中壓裂

8、液和支撐劑作用的看法。VES壓裂液的主要優(yōu)點(diǎn)是，粘度很低即可攜砂，說明壓裂液攜砂性能主要取決于彈性。較少的支撐劑即可獲得無殘?jiān)鼈Ω邔?dǎo)流能力充填層，說明對于壓裂液，最重要的是保持地層原始滲透率和控制濾失量。盡管常規(guī)的和新一代交聯(lián)凍膠壓裂液可以很好地控制濾失量，但它們會對支撐劑充填層的滲透率產(chǎn)生不利影響。 對于低滲透地層，水力壓裂的目的是產(chǎn)生高導(dǎo)流的長裂縫。凍膠壓裂粘度高，會導(dǎo)致縫高過大，從而限制了裂縫長度發(fā)展。VES 壓裂液靠流體的彈性與結(jié)構(gòu)攜帶支撐劑，因此VES 壓裂液可以在較低的粘度下保證施工成功，有利于獲得更好的裂縫幾何形態(tài)，降低縫高，提高縫長(圖 1-3)。實(shí)時壓力臨測和返排示蹤劑回流

9、場研究表明，這種無傷害低粘度壓裂液即使使用很少的壓裂液和支撐劑，也能有效地增加裂縫的長度。 使用 VES 的另一個優(yōu)點(diǎn)是降低了摩擦阻力，因此，有利于使用邊續(xù)油管進(jìn)行壓裂。這對油田開發(fā)后期利用連續(xù)油管分層選壓未動用小層提供方便。圖 1-3 清潔壓裂液降低縫高，提高縫長示意圖 根據(jù) Mathew Samuel 等對這種體系的第一代產(chǎn)品主要性能的評價結(jié)果，VES 壓裂液不形成濾餅，其濾失量由濾液的粘度控制。在鹽水飽和巖心中，VES 壓裂液粘度很高，流度很低，流動緩慢。濾失實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行測定，巖心前部表面活性劑的含量為巖心其余部分的 10 倍多，造成了高流動阻力。 在懷俄明 Rock Springs，

10、Mesaverda 地層對 2 口分支井分別進(jìn)行水力壓裂。兩口井都有 3 個層，油層井底溫度在 176-190F 之間，滲透率圍在 0.01-0.1。通過 2.5inch 油管，以 24-31bbl/min 排量施工。其中一口井用低濃度瓜膠壓裂液，另一口井 VES 壓裂液施工。 用低濃度瓜膠壓裂液的施工井采用前置液量 45bbl，注入 4ppa 砂比即過早脫砂。用 VES . . . - 4 - / 52壓裂液處理，設(shè)計只用 20%前置液量，以 6ppa 的砂比加入 118000lbm 支撐劑，用 VES 壓裂液處理最初產(chǎn)量 2.4MMscf/d，即使在 9 個月后，同常用規(guī)壓裂井相比，油氣產(chǎn)

11、量提高 2 倍，清潔壓裂液不污染環(huán)境，導(dǎo)流能力保持在 100%。用 VES 壓裂液施工，采用少量的壓裂液和支撐劑即可達(dá)到最佳效果。用 VES 壓裂液施工的摩阻為清水的 30%-50%,比用低濃度瓜膠壓裂摩阻低。 El Reno Oklahoma 地層井底溫度 190F，地層滲透 0.3md。根據(jù)在這個儲層中已進(jìn)行過的實(shí)驗(yàn)，壓裂施工一般采用 45%前置液。由于 VES 壓裂液對低滲透率氣井降濾失性能好。在進(jìn)行增產(chǎn)措施之前，用 DataFRAC 軟件模擬，施工設(shè)計為：前置液量降低 10%，采用砂比4、6、8ppa，加入 66000lbm 的支撐劑。由于 VES 壓裂液的降濾失性能好，因此所需壓裂液

12、降低為 42%。采用 VES 壓裂液進(jìn)行施工比用聚合物壓裂液施工具有更大的潛能。 現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，與常規(guī)聚合物壓裂液系統(tǒng)相比，VES 壓裂液具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）、具有非常高的液體效率（85%）左右并完全保留了支撐劑充填層的導(dǎo)流能力這種無傷害的粘彈性表面活性劑壓裂液可以產(chǎn)生更長的有效裂縫；（2）、用極少量的支撐劑即可實(shí)現(xiàn)與聚合物壓裂液相似的支撐劑充填層；（3）、使用添加劑品種少，便于質(zhì)量控制，配制簡單，施工方便，甚至可以用海水配制VES 壓裂液；（4）、用低粘度流體可以有效地攜帶支撐劑，使裂縫高度增長至最低；（5）、由于摩擦阻力低，以較小的水馬力即可泵送 VES 壓裂液，并獲得較高的排量；（6

13、）、用 VES 壓裂液可節(jié)省作業(yè)時間，快速完成返排，提高產(chǎn)量。 雖然清潔壓裂液有以上優(yōu)點(diǎn)，但其用量較大，使用成本較高的問題仍然限制了它的使用圍。1.1.21.1.2、泡沫壓裂液、泡沫壓裂液由于水基壓裂液對低壓、低滲、漏失、水敏性油氣層的不適應(yīng)性，提出了研究泡沫壓裂液配方，泡沫壓裂液發(fā)展經(jīng)歷了以下三個階段： 第一代穩(wěn)定泡沫。用水、鹽水、醇類、甲醇（乙醇）水溶液、原油為基液，用氮?dú)夂推鹋輨┡渲贫?，又稱水基泡沫。該壓裂液攜砂能力強(qiáng)、濾失低、返排快，但粘度低、泡沫壽命短，適用于淺層小規(guī)模施工。 第二代泡沫壓裂液。在第一代基礎(chǔ)上再加入了線形凝膠劑做為泡沫的穩(wěn)定劑。稠化液可以有效地提高泡沫的穩(wěn)定性，液相

14、越稠氣泡越難以運(yùn)一到一起并結(jié)合，它的泡沫壽命大大延長，粘度進(jìn)一步增大，攜砂能力更強(qiáng)，適用于各類井的壓裂處理，缺點(diǎn)是需要稠化劑 . . . - 5 - / 52濃度過大。 第三代泡沫壓裂液。采用延遲交聯(lián)凝膠做為泡沫的穩(wěn)定劑。以 N2泡沫壓裂液為主，液相粘度變得足以維持氣泡分散，即使泡沫質(zhì)量低于 40%亦如此，與第二代相比泡沫壽命更長，粘度更大，攜砂能力更強(qiáng)，壓出的裂縫長而寬，適用于各類井的壓裂處理。由于延遲交聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，使得泡沫液適用于高溫深井的壓裂施工。 泡沫壓裂液具有常規(guī)壓裂液的特殊性，適用于低壓、低滲、水敏性油氣層改造，能滿足大規(guī)模壓裂施工的要求,但其在高溫深井上的應(yīng)用有待于改善。1.1

15、.31.1.3、低濃度瓜爾膠壓裂液、低濃度瓜爾膠壓裂液硼交聯(lián)瓜膠于上世紀(jì)六十年代用于油氣水力壓裂攜砂。Hawkins,G.W.和 Thomas，R.L.等人的研究證明硼交聯(lián)瓜膠對支撐裂縫的傷害比鈦交聯(lián)瓜膠小得多，從此確立了硼交聯(lián)瓜膠在水力壓裂中的地位。早期的硼交聯(lián)瓜膠一般用燒堿調(diào)節(jié) pH 值，保證壓裂液中有適當(dāng)?shù)呐鹚岣x子交聯(lián)瓜膠。如果壓裂液中硼酸根離子濃度過低，形不成有效的交聯(lián)，過高則經(jīng)過一定時間剪切會產(chǎn)生過度交聯(lián)，瓜膠分子交聯(lián)比例升高，生成不溶性的球形分子，失去攜砂能力。壓裂液中硼酸根濃度取決于硼的總量和 pH 值，pH 值越高，硼酸根占總硼量的比例越大。溫度越高解離出的硼酸根離子濃度越低

16、。為補(bǔ)償這一效應(yīng)，一般采用加入較多量的增稠劑，以保證攜砂所需的足夠粘度。聚合物用量越大，壓裂液成本越高，返排越難，且不利于提高壓后暗量。根據(jù) Hawkins,G.W.和 KENNETH 等人的研究，瓜膠用量越大，壓裂液對支撐劑導(dǎo)流的傷害越嚴(yán)重。 在以硼交聯(lián)機(jī)理充分認(rèn)識的基礎(chǔ)上，1996 年 Halliburton 公司 Kenneth H.N.等人采用一種新的 PH 緩沖體系，保證壓裂液的 PH 值隨溫度變化趨勢減弱，進(jìn)而對硼和瓜膠用量進(jìn)行優(yōu)化，在保證攜砂能力的前提下，大幅降低了瓜膠用量。優(yōu)化后的壓裂液在溫度不高于150,200,240F，瓜膠用量不高于 15，20，25bm/mgal。 該體

17、系在 WYOMING 西南致密砂巖氣藏應(yīng)用效果證明，配液用水和添加劑基本不變的情況下，僅僅改用 pH 調(diào)節(jié)體系和降低瓜膠用量 25%，相近的加砂量，壓后 30 天平均產(chǎn)量由常規(guī)壓裂液體系的 1.25MMscf/D 提高到 1.48MMscf/D，壓裂液返排率由 63%提高到 72%。在對 ALBERT CANADA 砂巖藏用低濃度壓裂液的應(yīng)用效果證明，配液用水和添加劑基本不變的情況下，僅僅改用 pH 調(diào)節(jié)體系和降低瓜膠用量 25%，相近的加砂量，壓后增產(chǎn)倍數(shù)由 2.6提高到 4.6，壓裂液返排時間由數(shù)天降低到 1-2 天。 2003 年中期，BJ 公司推出了一種稱之為 PEG 的壓裂體系，具有

18、兩大特色：其一是采用一種新瓜膠粉，可以降低瓜膠用量，其二是在壓裂液體系中添加殘?jiān)杈蹌Ｔ擉w系自推 . . . - 6 - / 52出僅 12 個月就在美國和墨西哥推廣應(yīng)用達(dá) 1000 多井次，包括 Wyoming 的 Wind River 盆地的砂巖氣田，Powder River 盆地砂巖油田，Colorado 和新墨西哥的煤層氣井等。 這種 PEG 區(qū)別在于普通瓜膠之處在于，普通瓜膠在加工過程中要?dú)v經(jīng)高溫和剪切降解，分子量下降。PEG 采取特殊工藝在加工過程中要?dú)v經(jīng)高溫和剪切降解，分子量下降。PEG 采取特殊工藝加工過程中防止高溫前切，保持較多的瓜膠高分子不被破壞，PEG 分子量較普通瓜膠

19、高，因此可以用較少量的 PEG 達(dá)到希望的增稠效果。25lbm/1000galPEG 粘度相當(dāng)于同樣濃度普通瓜膠的 2 倍，20lbm/1000galPEG 的粘度相當(dāng)于 25lbm/1000gal 普通瓜膠的粘度，也即用量可減少 25%。由于瓜膠用量減少，返排速度提高，破膠殘?jiān)繙p少。 除此之外，開發(fā)了一種新的助排劑，可以防止殘?jiān)g的聚并。因此，即使破膠后有殘?jiān)捎谶@種殘?jiān)杈蹌┑拇嬖?，使之彼此不能粘連成一體，都可以保持較小體積。因此破膠后的殘?jiān)稍谄颇z殘液中保持懸浮狀態(tài)，構(gòu)不成對支撐劑充填層的傷害。這種添加劑類似于 Schlumberger 公司的清潔壓裂液。 由于這兩項(xiàng)技術(shù)的綜合利用

20、，PEG 壓裂液具有低濃度、低殘?jiān)?、易返排，對支撐裂縫導(dǎo)流能力傷害低等特點(diǎn)。1.1.41.1.4、低濃度瓜爾膠壓裂液與再生利用、低濃度瓜爾膠壓裂液與再生利用根據(jù)地層的性質(zhì)，壓裂施工時所需壓裂液量幾十方到幾百方不等。壓裂液完成攜砂任務(wù)后，為能快速返排，一般要通過破膠措施對其降粘。返排后壓裂液由于其工含有大量的化學(xué)劑，對環(huán)境保護(hù)造成很大負(fù)擔(dān)，處理費(fèi)用往往很大。重復(fù)利用不但可以省下其中部分價格昂貴的化學(xué)劑費(fèi)用，對水資源缺乏地區(qū)節(jié)約下次施工的用水量也很有意義。 瓜膠分子是以聚甘露糖為主鏈，隨機(jī)的半乳糖為支鏈組成的。瓜膠分子的聚甘露糖主鏈與纖維素和淀粉的聚葡萄糖主鏈在結(jié)構(gòu)上高度相似。無論是甘露糖，半乳糖

21、還是葡萄糖都是高度水溶性的，而纖維素和淀粉溶解度很差，且分子量越大，水溶性越差。根據(jù)這一特性，哈里伯頓能源技術(shù)服務(wù)公司的 Micro Polymer 將普通瓜膠分子切割成 20-30 段，使其水溶性提高。并經(jīng)進(jìn)一步的物理與化學(xué)處理將其中的纖維素和蛋白質(zhì)等水不溶物清除，生成一種清潔的低分子量的聚合物。這種聚合物水溶液粘度低，用硼做交聯(lián)劑，通過調(diào)節(jié)體系的 pH 值高于 9 可以快速地交聯(lián)，降低 PH 值快速破膠，且破膠后的殘液粘度不大于10mPas。利用地層礦物和地層水本身的酸度，不需要加入破膠劑，就可在壓后通過與地層礦物與地層水對其中和降粘破膠返排。因此該壓裂液易于返排。由于沒用氧化性的破膠劑，

22、壓裂液的聚合物鏈基本沒被破壞，因此可以重復(fù)使用。這種低分子量子的瓜膠壓裂液具有很的的返排與攜砂 . . . - 7 - / 52性能，故又稱為高性能壓裂液 HPF。1.21.2、國研究現(xiàn)狀、國研究現(xiàn)狀1.2.11.2.1、清潔壓裂液、清潔壓裂液目前國研究起步不久，正在沿著國外的技術(shù)思路進(jìn)行,長慶油田、油田,克拉瑪依油田和氣田先后引進(jìn) Schlumberger 公司開發(fā)的清潔壓裂液技術(shù)，進(jìn)行了數(shù)十井次的現(xiàn)場應(yīng)用，均取得了工藝上的成功和很好的增油效果國自行研制與研究也在很多油田普遍開展并取得一定的進(jìn)展:如萬莊分院研制出了VES-70 型粘彈性清潔壓裂液體系。該清潔壓裂液完成了 20 多井次現(xiàn)場試驗(yàn)

23、效果良好例如在某油田是鄰井使用常規(guī)水基壓裂液壓裂井產(chǎn)量的 23 倍。證實(shí)了它配制簡便、低粘度、高彈性和良好的剪切穩(wěn)定性、攜砂能力強(qiáng)、減阻效果良好（減阻率達(dá)到 76） 、破膠徹底、無殘?jiān)?、返排快，改善了增產(chǎn)效果。顯示出清潔壓裂液的巨大優(yōu)勢。但仍然無法解決與國外清潔壓裂液一樣的難題。1.2.21.2.2、改性瓜膠、改性瓜膠國在瓜膠加工方面較顯著的進(jìn)展是石油物資公司推出了超級瓜膠，水不溶物大幅度降低，應(yīng)用方面是中原油田推出的變粘技術(shù)，即在攜砂階段開始降低膠液粘度，取得了較好效果。 西南油氣田分公司西北氣礦地研所與西南石油大學(xué)開發(fā)了一種低溫低滲藏酸基新型壓裂液增稠劑 GXY，是由羥丙基瓜膠改性而來。

24、瓜膠原粉是提煉天然豆科植物瓜爾豆的胚乳而成，它的主要化學(xué)成分為半乳甘露聚糖，分子比為 1:2，平均分子量為 2.5105，平均聚合度約 900 個。在聚糖分子中，主鏈?zhǔn)怯?,4 鍵連接的甘露糖，側(cè)鏈?zhǔn)?1,6 鍵連接的半乳糖。當(dāng)瓜膠以固態(tài)形式懸浮在醇溶液中時，側(cè)鏈 3,5 位置上的羥基在催化劑的作用下發(fā)生脫質(zhì)子化反應(yīng)，再進(jìn)一步通過環(huán)氧丙烷醚化作用，形成新的產(chǎn)物羥丙基瓜膠。根據(jù)羥丙基瓜膠的改性原理，以鹵代脂肪酸、一氯乙酸為主醚化劑，烷烴環(huán)氧化物為副醚化劑，乙醇或異丙醇為分散劑，在堿性條件下對普通瓜膠進(jìn)行醚化反應(yīng)。在胍膠的分子結(jié)構(gòu)中引入親水基團(tuán)鈉羧甲和羥丙基，最終合成固體粉末型改性瓜膠 GXC。

25、GXC 與普通瓜膠相比，用量較少，一般用量在 0.4%-0.5%，可能明顯的減少殘?jiān)暮俊Ｔ谌芙鈺r間上比普通瓜膠縮短了近一半，并且仍具有很好的耐剪切性能。GXC 壓裂液體系 . . . - 8 - / 52破膠后肉眼觀測無殘?jiān)⑼耆颇z液在常溫下，測量粘度，其粘度為 2.2mPas，殘?jiān)纫话愕牧u丙基瓜膠低 70%-80%，比其它改性瓜膠壓裂液低 40%-50%1.2.31.2.3、多羥基醇壓裂液、多羥基醇壓裂液針對胍膠壓裂液體系傷害大的缺點(diǎn)，從減少稠化劑在儲層中的滯留、降低壓裂液對儲層的基質(zhì)滲透率和支撐裂縫的傷害出發(fā)，引入了一種低分子多羥基醇稠化劑。并從多羥基醇稠化劑交聯(lián)的特點(diǎn)出發(fā)，在國

26、研究的有機(jī)硼交聯(lián)劑的基礎(chǔ)上，合成了具有一定緩釋交聯(lián)性能的有機(jī)硼交聯(lián)劑 S-BQ，并且確定原料的最佳配比和催化劑用量，后經(jīng)復(fù)配研制出一種性能良好的多羥基醇壓裂液所有用交聯(lián)劑 FS-BQ。通過壓裂液性能評價表明，用該交聯(lián)劑交聯(lián)的多羥基醇壓裂體系具有良好的剪切穩(wěn)定性和延遲交聯(lián)特性。 交聯(lián)劑 S-BQ 自身穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了交聯(lián)多羥基醇時延遲交聯(lián)時間過長，而現(xiàn)場施工時，壓裂液從地面設(shè)備與管匯進(jìn)入地層的時間通常在 120-200s 之間，為了滿足壓裂液造縫、攜砂的要求，壓裂液應(yīng)在進(jìn)入井筒后達(dá)到較高粘度，需調(diào)整交聯(lián)的延緩時間。向其中添加一種延遲調(diào)節(jié)劑和醇類助溶劑進(jìn)行復(fù)配成為 FS-BQ。 具有延緩性能的多羥

27、基醇壓裂液在高速流動狀態(tài)下摩阻小，受剪切作用時粘度損失小，這有利于深井壓裂施工并可降低地面泵壓。該壓裂液有很好的耐剪切性能，并且破膠后殘?jiān)康停瑢觽π?，適用于超低滲透油氣田應(yīng)用。綜上所述,目前國壓裂液研究起步不久，正在沿著國外的技術(shù)思路進(jìn)行；而國外主要仍以 VES 特種表活劑在較高濃度下形成棒狀、片狀膠束進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)的原理為主。即以研制開發(fā)這類特種表活劑為主，但仍然無法解決與國外清潔壓裂液一樣的難題。國 VES 清潔壓裂液體系除存在國外 VES 壓裂液共同的問題外，成本有所下降，目前整個體系的成本在 800-1400 元/立方。開發(fā)既具有清潔壓裂液體系優(yōu)點(diǎn)，如攜砂好、破膠徹底、破膠后殘

28、渣少、傷害率低而且成本低的清潔壓裂液具有重要意義。 . . . - 9 - / 522 2、無殘?jiān)途酆衔飰毫岩后w系的研究、無殘?jiān)途酆衔飰毫岩后w系的研究2.1、無殘?jiān)途酆衔飰撼砘瘎┑难芯?.1.12.1.1 低聚合物壓裂液體系稠化劑的合成低聚合物壓裂液體系稠化劑的合成目前國各油田廣泛使用的稠化劑主要是植物膠與其改性產(chǎn)品（主要包括瓜爾膠與其改性產(chǎn)品羥丙基瓜爾膠、田菁膠與其改性產(chǎn)品、香豆膠、皂仁膠與其改性產(chǎn)品、槐豆膠和魔芋膠等） 。目前國各油田主要使用的植物膠稠化劑是羥丙基瓜爾膠，也是國際上應(yīng)用廣泛的水基壓裂液稠化劑，占使用量的 90%以上，它具有水不溶物低，用量少，熱穩(wěn)定性好，適應(yīng)于不同規(guī)模

29、、不同井深井溫的低滲透油氣藏的壓裂改造。但國各廠家生產(chǎn)的羥丙基瓜爾膠質(zhì)量不穩(wěn)定，引起了性能的差異，建議使用增粘性能好，水不溶物低的優(yōu)質(zhì)稠化劑；魔芋膠是新開發(fā)的優(yōu)良水基壓裂液稠化劑，粘度高，用量少，水不溶物低，熱穩(wěn)定性好，適應(yīng)于不同規(guī)模的低中溫低滲透油氣藏的壓裂改造。它在我國資源豐富，也是傳統(tǒng)的食品原料之一。大量文獻(xiàn)報道，稠化劑高殘?jiān)鼘?yán)重影響支撐裂縫導(dǎo)流能力，在裂縫壁上形成厚而致密的濾餅，阻礙地層流體的產(chǎn)出，導(dǎo)致儲層損害，進(jìn)而影響產(chǎn)能。但植物膠共同存在破膠后殘?jiān)^多的問題。所以用低分子聚合物來代替植物膠來解決破膠后殘?jiān)^多的問題。天然高分子（田菁膠、瓜爾膠、胡麻膠、香豆膠)與其改性產(chǎn)品(如各種

30、改性胍膠)，其組成復(fù)雜,能發(fā)生交聯(lián)的官能團(tuán)多、易發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)故成為國外壓裂液主要增稠劑。但其本身含有較多的不溶物(8%10%)，因此通過化學(xué)改性降低其不溶物含量是壓裂液技術(shù)發(fā)展的另一個重要容。合成高聚物(如 HPAM)，其自身不溶物可以作得很低(0.2)，但其分子結(jié)構(gòu)比較簡單，能發(fā)生交聯(lián)的官能團(tuán)少，不易發(fā)生交聯(lián)，進(jìn)行交聯(lián)所需技術(shù)復(fù)雜,所以采用不多。我們研發(fā)的思路是發(fā)揮合成聚合物的優(yōu)點(diǎn)，有很低的不溶物，又在其分子結(jié)構(gòu)上加入不同的功能團(tuán)，使其具有易交聯(lián)，抗剪切等功能，克服一般合成聚合物的缺點(diǎn)。普通聚合物由于其分子鏈中的單體分布得不均勻，在受到外力時，分子鏈的薄弱鏈節(jié)易斷，故一般聚合物不具有抗剪切性

31、。其攜沙性也因此下降。該低聚物壓裂液稠化劑的合成采用了微波、紫外線、與催化劑間斷聚合工藝，一般聚 . . . - 10 - / 52合物的合成要么采用水溶液氧化還原聚合法或者采用光聚合法，也有報道過微波聚合法，但是將三種聚合工藝作用于一個聚合物產(chǎn)品未發(fā)現(xiàn)報道，我們采用三種聚合工藝的主要原理是想通過微波和紫外線發(fā)射的不同波長的電磁波和光波，用以激發(fā)具有不同竟聚率的雙鍵單體，已達(dá)到功能單體均勻聚合的目的。我們向分子引入特種聚合單體，包括：疏水單體、抗鹽單體等。其合成模型大致為： 微波 水溶液催化劑紫外線發(fā)射管圖 2-1 低聚物合成原理圖該聚合物具有高耐剪切性，無殘性。所以我們從其分子的合成部分入手

32、解決了單體聚合不均勻的難題，使得該產(chǎn)品的任何一個鏈節(jié)都具有一樣的抗機(jī)械沖擊性，因而能夠滿足高速攜沙施工需要。該產(chǎn)品破膠是采用了與單體相對應(yīng)的官能團(tuán)鏈節(jié)破壞化合物，使破膠后成單分子狀態(tài)，破膠后的壓裂液如同清水一樣，沒有任何殘?jiān)瑢Φ貙拥膫σ埠艿汀?.1.22.1.2 稠化劑的篩選稠化劑的篩選目前國各油田廣泛使用的稠化劑主要是植物膠與其改性產(chǎn)品（主要包括瓜爾膠與其改性產(chǎn)品羥丙基瓜爾膠、田菁膠與其改性產(chǎn)品、香豆膠、皂仁膠與其改性產(chǎn)品、槐豆膠和魔芋膠等） 。目前國各油田主要使用的植物膠稠化劑是羥丙基瓜爾膠，也是國際上應(yīng)用廣泛的水基壓裂液稠化劑，占使用量的 90%以上，它具有水不溶物低，用量少，熱穩(wěn)定

33、性好，適應(yīng)于不同規(guī)模、不同井深井溫的低滲透油氣藏的壓裂改造。但國各廠家生產(chǎn)的羥丙基瓜爾膠質(zhì)量不穩(wěn)定，引起了性能的差異，建議使用增粘性能好，水不溶物低的優(yōu)質(zhì)稠化劑；魔芋膠是新開發(fā)的優(yōu)良水基壓裂液稠化劑，粘度高，用量少，水不溶物低，熱穩(wěn)定性好，適應(yīng)于不同規(guī)模的低中溫低滲透油氣藏的壓裂改造。它在我國資源豐富，也是傳統(tǒng)的食品原料之一。稠化劑的基本性能主要以增粘能力、交聯(lián)能力和水不溶物含量的多少來表征。稠化劑增粘能力強(qiáng)，可以減少其用量，相對降低壓裂液殘?jiān)浚瑴p少對儲層的損害。水不溶物疏水單體丙烯酰胺單體抗鹽單體 . . . - 11 - / 52與殘?jiān)芮邢嚓P(guān)，一般來說水不溶物含量高其殘?jiān)恳苍礁摺?/p>

34、按照以上開發(fā)思路與合成方法，根據(jù)反應(yīng)條件、單體摩爾比、聚合程度等，我們合成了一系列低聚物產(chǎn)品，對其進(jìn)行優(yōu)選。表 2-1 部分稠化劑優(yōu)選結(jié)果稠化劑水化時間（min）170S-1水不溶物（%）0.5%KCl 粘度mpas交聯(lián)情況HPAM150.02461 小時不交聯(lián)G3128.286交聯(lián)，可挑掛QYC-185.423交聯(lián)，可挑掛QYC-240.0225交聯(lián)，可挑掛QYC-330.0132交聯(lián)，發(fā)脆，沒彈性QYC-4120.031021 小時不交聯(lián)注：交聯(lián)情況為以有機(jī)硼交聯(lián)劑、有機(jī)鈦交聯(lián)、無機(jī)硼交聯(lián)、多金屬離子交聯(lián)劑等與稠化劑分別交聯(lián)結(jié)果情況。我們最后選取 QYC-2 為合適的稠化劑，該低分子聚合物

35、 QYC-2 溶解時間5min，水溶性較好,且溶解后溶液均勻、無沉淀、不分層、無魚眼等現(xiàn)象。2.2、交聯(lián)劑的優(yōu)選交聯(lián)劑是通過其中的交聯(lián)離子以化學(xué)鍵將溶于水中的稠化劑分子鏈上的活性基團(tuán)連接在一起，形成具有粘彈性的凍膠，改善壓裂液耐溫耐剪切性能和流變性能。一般有以下幾種交聯(lián)體系：(1)、硼交聯(lián)劑：常用的有硼砂(Na2B4O7)、硼酸(H3BO3)、有機(jī)硼。用硼交聯(lián)的水基凍膠壓裂液粘度高，粘彈性好，但在剪切和加熱時會變稀，交聯(lián)快(小于 10s)，交聯(lián)作用可逆，管路摩阻高，上泵困難。硼酸鹽交聯(lián)的壓裂液以較低的成本得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，多達(dá) 75%的壓裂施工作業(yè)是用硼酸交聯(lián)壓裂液實(shí)現(xiàn)的。由于用硼酸鹽交聯(lián)

36、提高了粘度，降低了聚合物使用濃度和壓裂液成本，破膠后留在縫的殘?jiān)蚕鄳?yīng)減少。(2)、鈦、鋯交聯(lián)劑：針對高溫深井壓裂，過渡金屬交聯(lián)劑得到發(fā)展，由于鈦和鋯化合物與氧官能團(tuán)(順式-OH)具有親合力，有穩(wěn)定的+4 價氧化態(tài)以與低毒性，因而使用最普遍。與硼砂相比，有機(jī)鈦交聯(lián)劑的優(yōu)點(diǎn)是用量少，交聯(lián)速度易控制，交聯(lián)后凍膠高溫剪切穩(wěn)定性好，適用圍較寬。缺點(diǎn)是：價格昂貴，并且在使用中可能發(fā)生水解而降低活性。無機(jī)鈦交聯(lián)劑，如：TiCl4、TiOSO4、Ti(SO4)2、Ti2(SO4)2等既可在堿性條件下(pH 值 . . . - 12 - / 52為 912)交聯(lián)半乳-甘露糖或它的改性產(chǎn)物，又可在酸性條件下交聯(lián)

37、 PAM 和 HPAM，生成粘彈性良好的凍膠。它的另一優(yōu)點(diǎn)是破膠后殘液可作為粘土防膨劑。(3)鋁、銻交聯(lián)劑鋁交聯(lián)劑有明礬、鋁乙酰丙酮、鋁乳酸鹽、鋁醋酸鹽等。為了活化鋁交聯(lián)劑，常添加無機(jī)酸或有機(jī)酸， 。交聯(lián)的壓裂液在 80以上仍很穩(wěn)定。2.2.12.2.1 交聯(lián)劑類型優(yōu)選交聯(lián)劑類型優(yōu)選我們配制了不同類型的交聯(lián)劑，以不同濃度的交聯(lián)劑與稠化劑水溶液進(jìn)行交聯(lián)，以優(yōu)選一種類型的交聯(lián)劑。交聯(lián)劑類型有：有機(jī)鈦交聯(lián)劑、有機(jī)硼交聯(lián)劑、無機(jī)硼交聯(lián)劑、酚醛類交聯(lián)劑、多金屬交聯(lián)劑等，交聯(lián)情況如下：表 2-2 部分交聯(lián)劑類型優(yōu)選交聯(lián)劑類型交聯(lián)時間（秒）交聯(lián)強(qiáng)度破膠后粘度(mpas)有機(jī)鈦交聯(lián)劑10-90可挑掛10有機(jī)硼

38、交聯(lián)劑600-無機(jī)硼交聯(lián)劑600-酚醛交聯(lián)劑600-多金屬交聯(lián)劑10-90可挑掛10由表 2-2 可以看出，有機(jī)鈦交聯(lián)劑和多金屬交聯(lián)劑更適用于 QYC 類稠化劑。但有機(jī)鈦交聯(lián)劑價格較高，所以優(yōu)選交聯(lián)劑為多金屬交聯(lián)劑。2.2.22.2.2 交聯(lián)劑濃度優(yōu)選交聯(lián)劑濃度優(yōu)選QYJ 是一系列多金屬交聯(lián)劑，配制 0.35%QYC-2 為基液，以不同濃度和類型的 QYJ 交聯(lián)劑與之交聯(lián)，優(yōu)選交聯(lián)劑類型和濃度。表 2-3 交聯(lián)劑優(yōu)選交聯(lián)劑型號交聯(lián)劑用量交聯(lián)時間(s)交聯(lián)強(qiáng)度QYJ-11-3%20-40可挑掛，有彈性QYJ-20.35-0.5%20-120可挑掛，彈性足QYJ-30.05-0.1%60有彈性，挑

39、不起QYJ-40.3-1%10-90挑不起，有彈性QYJ-55%5-40可挑掛 . . . - 13 - / 52注：以上試驗(yàn)條件為溫度室溫 22-28，0.35%QYC-2 基液。我們優(yōu)選 QYJ-2 交聯(lián)劑與 QYC 稠化劑進(jìn)行配伍，在交聯(lián)比為 0.35%-0.5%時，可將交聯(lián)時間控制在 10s-120s。2.3、破膠劑優(yōu)選使粘稠壓裂液可控地降解成能從裂縫中返排出的稀薄液體，能使凍膠壓裂液破膠水化的試劑稱為破膠劑。理想的破膠劑在整個液體和攜砂過程中，應(yīng)維持理想高粘，一旦泵送完畢，液體立刻破膠化水。水力壓裂施工引入了交聯(lián)壓裂液，促進(jìn)了系列技術(shù)的發(fā)展。許多技術(shù)與時地滿足了工藝的需要(如延遲交聯(lián)

40、體系)，而一些發(fā)展確實(shí)將應(yīng)用交聯(lián)凍膠有關(guān)的問題顯露出來。水力壓裂交聯(lián)凍膠在早期應(yīng)用中未含足夠使凍膠液化學(xué)破膠的破膠劑，研究了未破膠的凍膠和壓裂液殘?jiān)鼘κ┕ず罅芽p滲透率的影響，交聯(lián)凍膠難于化學(xué)破膠的三個原因是：1)除了破壞聚合物的骨架外，破膠劑必須與連接聚合物分子的交聯(lián)鍵反應(yīng)；2)為保持液體的 pH 值在凍膠最穩(wěn)定的圍，泵送的交聯(lián)壓裂液一般具有一個強(qiáng)的緩沖體系；3)破膠反應(yīng)必須足夠緩慢，以保證壓裂液的穩(wěn)定性達(dá)到要求并適于鋪置大量的支撐劑。目前，適用于水基交聯(lián)凍膠體系的破膠劑有三類：酸、酯和氧化劑。(1)、氧化劑氧化劑通過氧化交聯(lián)鍵和聚合物鏈?zhǔn)菇宦?lián)凍膠破膠。主要有：過硫酸銨、過硫酸鉀、高錳酸鉀(鈉

41、)，叔丁基過氧化氫，過氧化氫，重鉻酸鉀等化合物可產(chǎn)生O，使植物膠與其衍生物的縮醛鍵氧化降解，使纖維素與其衍生物在堿性條件下發(fā)生氧化降解反應(yīng)。氧化反應(yīng)依賴于溫度與時間，并在多種 pH 圍有效。如果油藏溫度可充分地活化氧化劑，氧化反應(yīng)不致影響到壓裂液的穩(wěn)定性，則氧化劑可有效地用作交聯(lián)凍膠破膠劑。這些氧化破膠劑適用溫度為 5493，pH 圍在 37。當(dāng)溫度低于 50，這些化合物分解慢，釋放氧緩慢，必須加入金屬亞離子作活化劑，促進(jìn)分解。在溫度 100以上，分解太快，快速氧化造成不可控制破膠速率。因此要根據(jù)油氣層溫度與要求的破膠時間慎重選用破膠劑。氧化劑適用于 130以。(2)、酶破膠劑常用的有淀粉酶、

42、纖維素酶、胰酶、蛋白酶。淀粉酶可使植物膠與其衍生物降解，纖維素酶可使纖維與其衍生物降解。酶的活性與溫度有關(guān)，在高溫下活性降低，適用于2154的油氣層，pH 值在 3.88 的圍，最佳 pH 為 5。酶在適用溫度(60以)下，可以將半乳甘露聚糖的水基凍膠壓裂液完全破膠，并且能大大降低壓裂液的殘?jiān)?。但是現(xiàn)場使用酶破膠劑不方便，酸性酶對堿性聚糖硼凍膠的粘度 . . . - 14 - / 52有不良影響。植物膠殺菌劑會影響酶的活性，降低酶的破膠作用。60以下常用的酶有 和 淀粉酶、淀粉糖甙酶、蔗糖酶、麥芽糖酶、淀粉葡萄苷酶、纖維素酶、低葡糖苷酶和半纖維素酶等。使用纖維素酶和半纖維素酶，當(dāng) pH 值為2

43、.58 時效果好，最好的 pH 值是 5 左右，pH 值低于 2 或高于 8.5 時酶破膠劑基本上不起作用。目前人們也對各種壓裂液在較寬使用溫度圍的聚合物專用酶的開展研究。據(jù)報道：遼河油田開發(fā)出一種廣譜性 -酶，適用溫度為 2070，pH 圍在 6.011.0。(3)、潛在酸如甲酸甲酯、乙酸乙酯、磷酸三乙酯等有機(jī)酯以與三氯甲苯、二氯甲苯、氯化苯等化合物在較高溫度條件下能放出酸，使植物膠與其衍生物、纖維素與其衍生物的縮醛鍵在酸催化下水解斷鍵。適用溫度為 93的油氣層。通常，酸破膠劑的作用是逐漸改變壓裂液 pH 值到定圍，在此圍壓裂液不穩(wěn)定，水解、或聚合物的化學(xué)分解發(fā)生。用于破膠劑的大部分酸是緩慢

44、溶解的有機(jī)酸，當(dāng)它們?nèi)芙鈺r便影響溶液 pH 值，要求 pH 值變化的速率由初始緩沖液濃度、油藏溫度和酸的濃度所決定。由于酸性能的變化(如：消耗于儲層巖石的酸溶性礦物)，所以用酸作為水基交聯(lián)壓裂液破膠劑并不普遍。(4)、膠囊破膠劑(延遲破膠技術(shù))破膠劑應(yīng)用的最新發(fā)展是氧化劑中的膠囊包制技術(shù)。在膠囊包制的過程中，固體氧化劑用一種惰性膜包起來，然后膜層降解或慢慢地被其攜帶液所滲透，而將氧化劑釋放到壓裂液中。研究表明，使用膠囊破膠劑大提高了氧化破膠的適用性和有效性。膠囊破膠劑利用保護(hù)膜的物理屏障作用阻止和控制破膠劑釋放，施工完后即在壓裂裂縫閉合時產(chǎn)生的巨大應(yīng)力，使包覆層變形破裂而導(dǎo)致破膠劑釋放。這種釋

45、放方式有以下幾個顯著特點(diǎn)：、與時間、溫度無關(guān)，地層裂縫閉合之前不會出現(xiàn)“逐漸破膠”過程而影響壓裂液造縫粘度；、破膠劑位于裂縫釋放而破膠降粘；、可使用高的破膠劑濃度，壓裂處理后破膠速度快，對地層損害?。?、適用圍廣。水基凍膠壓裂液中破膠劑非常重要。如果凍膠破膠不徹底，還有一定粘度，勢必造成返排困難，或者滯留在喉道中，降低油氣層滲透率，影響壓裂效果。選擇最常用的過硫酸銨為破膠劑，可滿足 QYC 體系的完全破膠，因此本次研究優(yōu)選過硫酸銨為破膠劑，其具有價格低、易采購、目前胍膠類使用普遍，施工人員熟悉等優(yōu)點(diǎn)。也可以配合使用膠囊破膠劑來達(dá)到更理想的破膠效果。 . . . - 15 - / 522.4、壓裂

46、液添加劑優(yōu)選2.4.12.4.1、助排劑優(yōu)選、助排劑優(yōu)選對于低壓致密砂巖儲層，使用助排劑，改善入井流體對儲層巖心的潤濕吸附特性，降低毛細(xì)管阻力，消除“水鎖”效應(yīng)，對實(shí)現(xiàn)壓裂液返排，減少儲層損害與其重要。由于不同助排劑的組成和適應(yīng)特點(diǎn)的差異，其助排性能也大不一樣。表 2-4 常用助排劑在不同介質(zhì)不同溫度下不同濃度的效果評價濃度(%)0.050.10.150.20.30.512室溫21.721.622.122.321.421.421.321.2蒸餾水3723.820.720.621.020.420.320.220.3室溫24.121.420.720.920.720.720.820.8SD-50清水

47、3724.921.520.520.320.220.120.120.3蒸餾水室溫35.130.025.323.222.822.122.021.8DL-12清水室溫35.630.725.423.922.322.222.021.8表 2-5 常用助排劑 0.3%水溶液在 80溫度條件和定量的巖心粉中恒溫侵泡 2h 后，測定吸附前后其表面力的變化情況?？梢姡珼-12 助排劑在吸附前后的表面力變化不大，其值較低，是性能優(yōu)良的助排劑之一，為此選用 D-12 助排劑為該壓裂液體系的助排劑。表 2-5 常用助排劑的表面活性對比0.3%水溶液表面力,N/m助排劑名稱吸 附 前吸 附 后結(jié) 論來 源CF-5A20

48、.7158.22高吸附長慶油田YQ-125.5626.22低吸附長慶油田YQ-223.9824.27低吸附長慶油田DL-1020.1242.35高吸附壓裂中心DL-1221.5622.02低吸附壓裂中心D-5022.3022.1低吸附吐哈油田ZA-527.4230.05低吸附吐哈油田2.4.22.4.2、粘穩(wěn)劑優(yōu)選、粘穩(wěn)劑優(yōu)選壓裂液中常用的粘土穩(wěn)定劑主要有無機(jī)鹽類和陽離子有機(jī)聚合物。研究發(fā)現(xiàn)在不同的鹽類（陽離子）中 NH+和 K+離子使粘土保持穩(wěn)定比 Na+等有效。因此氯化鉀作為有效的粘土 . . . - 16 - / 52穩(wěn)定劑得到廣泛使用，其主要作用機(jī)理在于 K+具有合適的未水化半徑，能嵌

49、入硅酸鹽薄片四面體的六元環(huán)中，以牢固的庫侖力結(jié)合防止水化膨脹，而且 K+具有較低的水化能，增加了粘土顆粒之間的吸附力，中和粘土表面部分負(fù)電荷，壓縮雙電層，從而抑制了粘土的水化膨脹。而陽離子有機(jī)聚合物可以提供多個聯(lián)結(jié)點(diǎn)的陽離子位，具有較好的永久粘土穩(wěn)定性，但由于屬長鏈大分子，在低滲、低孔、低壓儲層會造成一定的孔隙堵塞，礦化度匹配也較差。因此 KCl 作為粘土穩(wěn)定劑得到了廣泛的應(yīng)用。 選用 0.5%KCl 作為壓裂液的粘土穩(wěn)定劑。防膨率達(dá)到 80%以上。 選用沉降法對常用防膨劑進(jìn)行評價：1、稱取若干份 0.5g 膨潤土粉，分別加入不同 10ml 具塞量筒中；2、量取不同濃度 KCL、A-25、WN

50、-200 溶液 10ml 分別加入；3、搖勻后沉降 4 小時，用離心機(jī)在 1500 轉(zhuǎn)/分鐘下，離心 15 分鐘;4、離心后，讀取被膨脹的膨潤土粉體積。表 2-6 膨潤土粉在各介質(zhì)中的膨脹體積介質(zhì)水破膠液乙醇膨脹體積（ml）8.65.30.6表 2-7 KCL 防膨性能測定介質(zhì)水破膠液Kcl 濃度0.2%0.3%0.5%0.2%0.3%0.5%膨脹體積（ml）2.81.81.01.81.41.05防膨率（%）738595748390表 2-8 A-25 防膨性能測定介質(zhì)水破膠液A-25 在不同介質(zhì)中濃度0.2%0.5%1.0%0.2%0.5%1.0%膨脹體積（ml）5.454.554.12.6

51、2.32.0防膨率（%）395156576470備注A-25 粘穩(wěn)劑的加入會使壓裂液有輕微交聯(lián)，見意不要使用 . . . - 17 - / 52WN-200 粘土穩(wěn)定劑加入壓裂液基液中會產(chǎn)生白色沉淀，與該壓裂體不配伍。所以優(yōu)選Kcl 為該體系的粘土穩(wěn)定劑。2.4、壓裂液配方優(yōu)選通過上面各添加劑的優(yōu)選與添加劑配伍性相匹配的基礎(chǔ)上，確定一個基礎(chǔ)配方，對基礎(chǔ)配方進(jìn)行耐溫耐剪切性能與流變性能等試驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化調(diào)整篩選各添加劑的用量，以滿足儲層條件和壓裂工藝要求。通過添加劑的優(yōu)選與用量調(diào)整篩選，最終確定滿足低分子聚合物壓裂液配方體系。(1)、低溫壓裂液配方基液：0.2%QYC + 0.20% K

52、cl +0.25%助排劑交聯(lián)液：交聯(lián)劑QYJ交聯(lián)比：100：0.250.35破膠劑：0.030.05%APS(2)、中溫壓裂液配方基液：0.3%QYC + 0.50% Kcl +0.25%助排劑交聯(lián)液：80%交聯(lián)劑QYJ + 20%延緩劑QYY交聯(lián)比：100：0.250.35破膠劑：0.010.03%APS(3)、高溫壓裂液配方基液：0.35%QYC + 0.50% Kcl +0.25%助排劑交聯(lián)液：75%交聯(lián)劑QYJ + 25%延緩劑QYY交聯(lián)比：100：0.30.4破膠劑：0.050.01%APS . . . 3 3、壓裂液體系性能評價壓裂液體系性能評價3.1、低分子聚合物 QYC 壓裂體

53、系的基本性能低分子聚合物 QYC 基液 PH 值為 7，交聯(lián)劑 QYJ 其 PH 值為 4，交聯(lián)延緩劑 PH 值為 7，該壓裂液在酸性條件下交聯(lián)。表 3-1 不同濃度下低分子聚合物基液粘度低分子聚合物濃度%基液濃度 mPas0.214.40.2525.30.328.00.3536.6表 3-2 延遲交聯(lián)液性質(zhì)交聯(lián)劑：延遲交聯(lián)劑基液濃度加入量交聯(lián)時間5:10.3%0.35%40s，挑掛4:10.3%0.35%60s，挑掛3:10.3%0.35%90s，挑掛不加延遲交聯(lián)劑0.3%0.35%10s，挑掛隨著低分子聚合物濃度的升高，基液的粘度逐漸的變大；通過調(diào)整交聯(lián)劑與延遲劑的比例可以達(dá)到延時成膠時間

54、的目的，延緩劑用量的增大，交聯(lián)強(qiáng)度會稍微變?nèi)?，但仍然可以挑掛?.2、配方確定3.2.13.2.1、QYCQYC 交聯(lián)耐溫耐剪切能力交聯(lián)耐溫耐剪切能力考察了低中高溫的耐溫耐剪切能力，圖 3-1圖 3-6 為各溫度下交聯(lián)體系的粘度溫度曲線，剪切速率為：170S-。 . . . 19 / 52(1)、低溫耐溫耐剪切能力配方：基液：0.2%QYC交聯(lián)液：交聯(lián)劑QYJ交聯(lián)比：100：0.250.35圖 3-1 40不同基液濃度的粘溫曲線圖 3-2 50不同基液濃度的粘溫曲線0 01 10 00 02 20 00 03 30 00 04 40 00 05 50 00 06 60 00 00 01 10

55、02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 0時時間間（m mi in n）粘粘度度（m mP Pa a. .s s）0 01 10 02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 07 70 08 80 0溫溫度度（o oC C）E Et ta a m mP Pa as s T T 癈癈 0 01 10 00 02 20 00 03 30 00 04 40 00 05 50 00 06 60 00 00 01 10 02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 0時時間間（m mi in n）粘粘度度（m mP Pa a. .s s）0 01 10

56、02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 07 70 08 80 0溫溫度度（o oC C）E Et ta a m mP Pa as s T T 癈癈 . . . 20 / 52由圖 3-1、3-2 可以看出，在低溫下，QYC-2 為稠化劑形成的交聯(lián)體系具有較好的抗剪切能力，1 小時后的粘度能維持在 200mpas 以上。(2)、中溫耐溫耐剪切能力配方：基液：0.3%QYC交聯(lián)液：80%交聯(lián)劑QYJ + 20%延緩劑QYY交聯(lián)比：100：0.250.35圖 3-3 75不同基液濃度的粘溫曲線圖 3-4 85不同基液濃度的粘溫曲線 . . . 21 / 52由圖 3-2、圖 3

57、-3 可以看出，75、85下，QYC-2 為稠化劑形成的交聯(lián)體系具有較好的抗剪切能力，1 小時后的粘度能維持在 100mpas 以上。(3)、高溫耐溫耐剪切能力配方：基液：0.35%QYC交聯(lián)液：75%交聯(lián)劑QYJ + 25%延緩劑QYY交聯(lián)比：100：0.30.4圖 3-5 95不同基液濃度的粘溫曲線由圖 6 可以看出，95下，QYC-2 為稠化劑形成的交聯(lián)體系具有較好的抗剪切能力，1小時后的粘度能維持在 100mpas 以上。3.2.23.2.2、壓裂液流變性能、壓裂液流變性能在 QYC-2 為稠化劑組成的交聯(lián)體系的基礎(chǔ)上，我們研究了以 QYC-2 為稠化劑組成的壓裂體系，在交聯(lián)基礎(chǔ)上，加

58、入了交聯(lián)延緩劑、粘穩(wěn)劑、破膠劑等助劑，按壓裂液組成進(jìn)行試驗(yàn)。由于低聚物沒有支持細(xì)菌與微生物的營養(yǎng)源，其在一段時間不能被細(xì)菌或微生物導(dǎo)致變質(zhì)，因此此體系中不需要加入殺菌劑。1、不同溫度下耐溫耐剪切性能。 . . . 22 / 52(1)、低溫下粘穩(wěn)曲線配方：基液：0.2%QYC + 0.20% Kcl +0.25%助排劑交聯(lián)液：交聯(lián)劑QYJ交聯(lián)比：100：0.250.35破膠劑：0.030.05%APS圖 3-6 40下壓裂液體系流變性能圖 3-7 50下壓裂液體系流變性能 . . . 23 / 52（2）中溫下粘穩(wěn)曲線配方：基液：0.3%QYC + 0.50% Kcl +0.25%助排劑交聯(lián)液

59、：交聯(lián)劑QYJ交聯(lián)比：100：0.250.35破膠劑：0.030.05%APS圖 3-8 60下壓裂液體系流變性能圖 3-9 75下壓裂液體系流變性能 . . . 24 / 52圖 3-10 85下壓裂液體系流變性能(3)、高溫壓粘穩(wěn)曲線基液：0.35%QYC + 0.50% Kcl +0.25%助排劑交聯(lián)液：75%交聯(lián)劑QYJ + 25%延緩劑QYY交聯(lián)比：100：0.30.4破膠劑：0.050.01%APS0 01 10 00 02 20 00 03 30 00 04 40 00 05 50 00 06 60 00 07 70 00 08 80 00 09 90 00 01 10 00 0

60、0 00 05 51 10 01 15 52 20 02 25 53 30 03 35 54 40 0時時間間（m mi in n）粘粘度度（m mP Pa a. .s s）0 01 10 02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 07 70 08 80 09 90 01 10 00 0溫溫度度（o oC C）E Et ta a m mP Pa as s T T 癈癈 圖 3-11 95下壓裂液體系流變性能 . . . 25 / 52(2)壓裂液流變性參數(shù)表 3-3 壓裂液流變性參數(shù)溫度4050708090N 值0.46580.48270.54210.59360.6489K