油层水配制压裂液影响因素研究

于洪江，李 艳，罗然昊，张建国

（1.西安石油大学 化学化工学院，陕西 西安 710065；2.延长油田股份有限公司，陕西 延安 717300）

压裂作为改造低渗透油层的一种增产措施在我国各油田应用越来越广泛，压裂液是水力压裂作业的一个非常关键的部分。目前，广泛使用的压裂液体系主要是水基压裂液，一般采用清水配制压裂液。但是用清水配制的压裂液与地层配伍性差，会引起油水乳化，损害水敏性储层，此外，由于有些地区水源奇缺，用清水配制会导致成本增加。而高矿化度的油层水不但与地层配伍性好[1]，而且能防止粘土膨胀。油层水粘度高，比重大，含有一定程度的表面活性剂，降低了油层水的表面张力和界面张力。用处理后的油层水配制压裂液较清水更加有益于对储层的保护。但是油层水作为一类特殊的工业废水，有着其自身的特殊性，概括而言，即水温高、矿化度高、离子组分复杂、含油量大[2，3]，悬浮物含量高。水是制备水基压裂液的主要组分，水质在一定程度上影响水基压裂液的性能。由于油层水组分复杂，性质特殊，因而用油层水配制压裂液有其特殊性[1，4]。本文就油层水中各金属离子，含油量及悬浮物对羟丙基胍胶基液粘度，交联情况进行分析研究。

1 实验部分

1.1 主要材料与仪器

子北原油；羟丙基胍胶；硼砂（工业品）。

Haake RV30哈克旋转粘度计（德国哈克公司）；精密定时电动搅拌器（JJ-1）；石英砂过滤器。

1.2 实验方法

1.2.1 基液的制备 模拟油层水离子浓度配制不同浓度的油层水，分别边搅拌边缓慢加入一定质量的羟丙基胍胶，配制成基液。溶胀4h使其粘度稳定。用Haake RV30哈克旋转粘度计在170s-1的剪切速率下测定基液的粘度。

1.2.2 交联实验 硼砂作为交联剂，配制成1%浓度的溶液，与1.2.1配成的基液交联，观察其交联情况。

2 结果与讨论

2.1 油层水分析结果

2.1.1 油层水测定标准 水质的悬浮物含量、含油量按《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329-94）方法测定；水中离子含量分析按照《油田水分析方法》SY/T5523-2006规定测定。实验结果见表1。

表1 长二水和长六水、河水化学成分分析结果Tab.1 Analysis results of chemical composition for well No.2,well No.6 and river

从表1可以看出，油层水与淡水比较具有含油量高、pH值呈弱酸性、矿化度高尤其是其中的Ca2+含量很高，悬浮物含量高等特点，这些都有可能对压裂液的性质造成影响。

2.1.2 油层水的粘度 用不同的油层水配成基液，粘度测定结果见表2。

表2 不同水质配成的基液的粘度Tab.2 Base fluid viscosity of different water quality

从表2可以看出，油层水的粘度与河水、蒸馏水比较明显较低，说明油层水中的一些因素可能对基液的粘度有影响，使得基液粘度下降。

2.1.3 油层水交联实验 取2.1.2配制的基液，用浓度为1%硼砂溶液作为交联剂做交联实验，交联结果见表3。

表3 不同水质的交联情况Tab.3 Different crosslinking water

从表3中可以看出，与河水、蒸馏水比较长二、长六井口水不能交联；长二、长六处理后水交联剂用量大，交联后挑挂性能不好。说明油层水中一些因素影响基液交联。

2.2 油层水中各因素对基液粘度及交联情况的影响

2.2.1 Na+，K+，Ca2+的影响

（1）Na+，K+，Ca2+对基液粘度的影响 把 NaCl，KCl按一定比例配成不同浓度的盐水，配制羟丙基胍胶基液，同样配制Ca2+相同浓度的基液，分别测定其粘度，见图1。

图1 Na+、K+ 、Ca2+对基液粘度的影响Fig.1 Effect of Na+，K+，Ca2+to bace fluid viscosity

从图1可看出，随着Na+，K+以及Ca2+浓度的增加，基液的粘度变化不大，都维持在30 mPa·s以上，这说明Na+，K+和Ca2+对基液粘度基本没有影响。

（2）Na+，K+，Ca2+对基液交联的影响 用浓度为1%硼砂溶液作交联剂，交联情况见表4。

表4 Na+、K+ 、Ca2+对交联的影响Tab.4 Effect of Na+,K+and Ca2+to crosslinking

由Na+、K+浓度的变化与交联时间关系可以看出：依次增大Na+、K+的浓度，交联时间及用量的变化不大，说明交联状况基本上不受Na+，K+的影响。

而对Ca2+不同含量进行交联实验，从表4中可以看出，随着Ca2+浓度的增大，交联剂用量也随之增大。这是因为Ca2+与硼砂反应生成溶解度较小的CaB2O3，Ca2+消耗了硼砂，导致交联剂用量增大。

2.2.2 Mg2+的影响

（1）Mg2+对基液粘度的影响 用MgCl2配成不同浓度的盐水，配制羟丙基胍胶基液，测定其粘度，见图2。

图2 Mg2+对基液粘度的影响Fig.2 Effect of Mg2+to base solution viscosity

从图2可以看出，基液粘度随Mg2+浓度的增大基本上和蒸馏水配制的基液粘度相当，这说明基液粘度不受Mg2+浓度的影响。

（2）Mg2+对基液交联的影响 用浓度1%硼砂溶液作为交联剂做交联实验，交联情况见表5。

表5 Mg2+对交联的影响Tab.5 Effect of Mg2+to crosslinking

由表5可以看出，在Mg2+浓度增大的情况下，交联时间及用量基本不受到Mg2+浓度的影响。

2.2.3 油层水中含油量的影响

（1）含油量对基液粘度的影响 用子北原油配成不同浓度的油层水，配制羟丙基胍胶基液，测定其粘度，见图3。

图3 含油量对基液粘度的影响Fig.3 Effect of oil content to base solution viscosity

从图3可以看出，虽然含油量在加大，但基液粘度的变化范围不大，说明含油量对基液粘度基本没有影响。

（2）含油量对基液交联的影响 用浓度为1%硼砂溶液作为交联剂做交联实验，交联情况见表6。

表6 含油量对交联的影响Tab.6 Influence of crosslinking seedcoat

从表6可以看出，不同含油量的交联时间基本上没有发生很明显的变化，说明含油量浓度对交联的影响不是很大。

2.2.4 油层水中悬浮物的影响

（1）悬浮物对基液粘度的影响 按油层水总矿化度分析结果，按比例加入NaCl，KCl，无水CaCl2，MgCl2，NaHCO3，NaSO4，配成和油层水总矿化度一样的盐水，按配液要求量取配制的盐水和油层水配成含悬浮物比例不同的水，配制羟丙基胍胶基液，测定其粘度，见图4。

图4 悬浮物对基液粘度的影响Fig.4 Effect of suspended substance to base solution viscosity

从图4可以看出，有悬浮物存在的情况基液粘度有下降的趋势，且随着悬浮物量的增多，粘度下降很快。这是因为油层水中的悬浮物对羟丙基胍胶基液的初始粘度影响较大，对粘度稳定性影响也很大，由于悬浮物的主要成份为硅酸盐、碳酸盐、硫铁化物等，能与羟丙基胍胶发生絮凝反应产生絮凝物，使羟丙基胍胶沉淀出来，影响了基液的粘度。同时，大量的悬浮物还会造成地层堵塞，降低地层的渗透率。所以要严格控制悬浮物的浓度。

（2）悬浮物对基液交联的影响 用浓度为1%硼砂溶液作为交联剂做交联实验，交联情况见表7。

表7 悬浮物对交联的影响Tab.7 The influence of crosslinking suspended

从表7中可以看出，当油层水中悬浮物含量超过20 mg·L-1时，即使交联剂的加量到15.00g时，都不能交联。说明悬浮物对基液的交联情况影响很大，因为悬浮物的存在使得羟丙基胍胶产生絮凝，导致基液粘度下降，进而影响到基液的交联情况。

3 结论

（1）通过实验发现油层水中悬浮物对基液粘度影响很大，随着悬浮物浓度的增大，基液粘度下降很快。建议采用絮凝的方法严格控制悬浮物浓度。

（2）油层水中Ca2+影响交联，随着Ca2+浓度的增大，交联剂用量加大。但是交联剂加量过大，会造成压裂液过交联，导致压裂液变脆，粘弹性下降，因而应尽量使用有机硼交联体系。

［1］王满学，王奎.用油田回注污水配制水基压裂液的研究与应用［J］.石油钻探技术，2006，34（6）：67-70.

［2］李怀印，李宏伟.对我国陆上油田污水处理技术状况的认识及其发展方向的思考［J］.石油化工环境保护，2004，27（1）:11-15.

［3］陈键，郑海军.油田回注污水处理回注技术研究［J］.北方环境，2004，29（3）:1923.

［4］谭佳，陈智晖，李洪波，等.用气田产出油层水配置水基压裂液的研究［J］.石油与天然气化工.2009，38（6）.