高温压裂液体系研发及在海上气田的应用

鲍文辉，王杏尊，郭布民，彭雪飞，蔡依娜

（中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300451）

海上低渗油气藏埋藏深，储层温度高达160℃，若采用压裂增产措施，需要与地层条件相适应的高温压裂液体系，而国内目前使用的高温压裂液适用温度一般低于150℃［1-13］。本文筛选了高温压裂液体系中的关键添加剂（温度稳定剂和高温延迟交联剂），研制出一套耐温160℃的高温压裂液体系。该体系通过优化破胶技术，可在3 h内破胶，现场应用增产效果明显。

1 实验材料及仪器

实验材料：温度稳定剂WJ-1和XT-40，稠化剂，pH调节剂，高温延迟交联剂。

实验仪器：哈克RS6000旋转黏度计，ZNN-D6型六速旋转黏度计。

2 实验结果及讨论

2.1 温度稳定剂的确定

对于高温压裂液体系来说，温度稳定剂是必不可少的，主要是由于胍胶分子中含有缩醛基，在有溶解氧存在的情况下很容易被氧化降解，使得体系黏度大大降低，失去携砂能力［14］。温度稳定剂能去除压裂液中的溶解氧，抑制高温条件下氧化作用对植物胶长链的降解，使得压裂液体系在高温下仍能保持较高的黏度，从而提高压裂液体系的耐温性能。

在2种温度稳定剂中进行优选，配方为：0.55%稠化剂+1% 温度稳定剂（WJ-1或XT-40）+0.1%pH调节剂+0.4%高温延迟交联剂。从图1可以看出，XT-40温度稳定剂在剪切之后黏度最高，耐温耐剪切性能最好，因此选为本配方的温度稳定剂。

图1 温度稳定剂性能对比

2.2 高温延迟交联剂的确定

高温延迟交联剂能够保证压裂液体系具有很好的耐高温及耐剪切能力，并且可以降低施工摩阻。传统的有机硼交联压裂液仅适用于温度低于150℃的地层，而通过向有机硼中加入锆盐，则可提高压裂液体系的耐高温能力［14］。压裂液配方为：0.55%稠化剂+0.12%pH调节剂+1%温度稳定剂+其他添加剂+0.4%高温延迟交联剂，延迟交联时间可控制在2～5 min以内。

2.3 压裂液体系耐温性实验

依据文献［15］所述方法，采用RS6000流变仪在170 s-1，160℃条件下，对优选的压裂液配方进行耐温性能实验（见图2）。由实验结果可知：升温过程中，该压裂液体系在110～130℃时发生二次交联；在160℃下剪切2 h后，体系黏度仍然保持在80 mPa·s以上，完全满足现场压裂施工要求。

图2 压裂液黏度在升温过程的变化曲线

2.4 破胶剂加量的确定

海上气田压裂作业日均费用高，要求压裂作业时间短，因而需要研究出压裂液快速破胶技术，减少压后关井时间及返排时间，降低破胶液对储层的污染。根据压裂施工井下压力数据可知，压裂施工后井底温度一般为50～70℃，压后关井1 h，温度将恢复到90℃左右。室内评价了高温压裂液体系在90℃、不同加量的破胶剂（过硫酸铵）条件下的破胶时间，结果见表1。

表1 压裂液体系破胶实验结果

根据表1的实验结果，结合现场施工经验，将压裂施工中、后期的破胶剂加量确定为0.04%～0.20%，即可保证压后关井3 h内压裂液冻胶破胶彻底。

3 现场应用

HY2井储层埋深近4 000 m，地层温度达到158℃，测井解释孔隙度10.4%，渗透率2.1×10-3μm2，地层厚度15 m，压裂层段附近煤层发育，固井质量差，压裂改造难度大。

3.1 施工情况

施工要求：1）采用延迟交联技术，将延迟交联时间控制在4 min左右，减少井筒摩阻，提高压裂泵水马力利用率。2）前置液阶段加入胶囊破胶剂，中后期携砂液楔形追加过硫酸铵破胶剂，过硫酸铵加量为0.04%～0.20%，保证压后关井3 h压裂液冻胶破胶彻底。3）严格控制平台泥浆池清洗及配液用水质量，根据海上作业特点，优化压裂液配制方案，减少配液时间，确保压裂液性能优良。4）压裂液配制完成后，检测压裂液基液性能，确保压裂液携砂性能满足施工要求。5）施工过程中，定时从混砂撬搅拌罐中取样并检测压裂液性能，根据检测结果及时调整交联比和破胶剂加量，保证压裂液性能满足携砂和破胶需求。

设计参数：前置液量120 m3，携砂液量183 m3，加砂量 35 m3，排量3.5 m3/min，平均砂比 19.1%，最高砂比40.0%。施工过程中，除了前置液量比设计值高出10 m3外，其余参数均与设计值高度吻合。

压裂过程中，当排量为3.5 m3/min时，油压上升到61 MPa后迅速降到56 MPa，地层出现破裂特征。加砂阶段，排量维持在3.5 m3/min，压力在51～58 MPa范围内波动。

3.2 压后效果

压裂施工后关井3 h，等待压裂液破胶。自喷排液，且排液速度很快，45 h内累计排液334.5 m3，压裂液返排率达到85.5%，返排液黏度为3 mPa·s，说明压裂液破胶彻底。改造前测试产气量为1 000 m3/d，改造后为95 955 m3/d，达到了改造储层的目的。

4 结论

1）研制的耐高温、延迟交联压裂液体系，延迟交联时间可控制在2～5 min，破胶时间小于3 h；160℃条件下剪切2 h后，黏度保持在80 mPa·s以上，完全满足现场压裂施工要求。

2）高温压裂液体系在海上高温深井HY2井压裂施工中得到成功应用，取得了良好的压裂效果。

3）随着海上勘探开发的深入，需要研究耐温性能更强的超高温压裂液体系。

［1］郭建春，辛军，王世彬，等.异常高温胍胶压裂液体系研制与应用［J］.石油钻采工艺，2010，32（3）：64-67.

［2］张玉广，张浩，王贤君，等.新型超高温压裂液的流变性能［J］.中国石油大学学报：自然科学版，2012，36（1）：165-169.

［3］杨彪，马收，黄波，等.HTC-160高温压裂液交联剂的研制与现场应用 ［J］.油气地质与采收率，2008，15（1）：98-100.

［4］谭先红，余焱冰，徐文江.海上低渗油气田开发中的集成和集约技术方案［J］.石油科技论坛，2011（5）：25-29.

［5］罗彤彤，卢亚平，潘英民.高温延迟交联剂合成工艺研究［J］.矿冶，2006，15（3）：56-58.

［6］梁文利，赵林，辛素云.压裂液技术研究新进展［J］.断块油气田，2009，16（1）：95-98.

［7］史俊，李辉.有机硼交联剂OBN-90的合成与性能［J］.断块油气田，2008，15（3）：124-126.

［8］刘洪升，刘耀旭，杨洪，等.碱敏储层压裂损害机理与保护技术研究及应用［J］.断块油气田，2004，11（5）：72-74.

［9］段志英.高压深井压裂液加重技术研究进展［J］.断块油气田，2010，17（4）：500-502.

［10］林姗姗，张杰，王荣，等.速溶胍胶压裂液的研制及再生可行性研究［J］.断块油气田，2013，20 （2）：5-7.

［11］李小凡，刘贺，江安，等.超高温有机硼交联剂的研究与应用［J］.油田化学，2012，29（1）：80-82.

［12］刘艳艳，刘大伟，刘永良，等.水力压裂技术研究现状及发展趋势［J］.钻井液与完井液，2011，28（3）：75-78.

［13］杨振周，陈勉，胥云，等.新型合成聚合物超高温压裂液体系［J］.钻井液与完井液，2011，28（1）：49-51.

［14］郭建春，王世彬，伍林.超高温改性瓜胶压裂液性能研究与应用［J］.油田化学，2011，28（2）：201-205.

［15］国家发展和改革委员会.SY/T 5107—2005水基压裂液性能评价方法［S］.北京：石油工业出版社，2005.