一种缓交联耐高温加重压裂液的研究与应用

罗兆（中石油新疆油田分公司工程技术研究院，新疆 克拉玛依 834000）

近年来由于完井装备和地面设备的限制，各类高压、超深或致密油气藏的压裂措施受到挑战。压裂液是水力压裂技术的重要组成部分，压裂液的性能好坏直接影响压裂施工的成功率和效果［1］。常规压裂液的密度较低，不能满足异常高压、超深或致密油气藏压裂施工的需要，因此有必要开展缓交联耐高温加重压裂液体系的研究，以满足勘探开发的需要。

1 试验部分

1.1 主要药剂与仪器

1）主要试验药品 瓜尔胶（一级，中国石油化学昆山公司）；柠檬酸（乌鲁木齐广瑞源商贸有限公司）；KW－1助排剂（克拉玛依中太公司）；YGB有机硼交联剂（新疆油田公司工程技术研究院中试厂）；HT有机锆交联剂（新疆油田公司工程技术研究院中试厂）；片碱（NaOH）（Ⅱ类优等品，哈密双合碱业有限公司）；胶囊破胶剂（东营金珠石油化工有限责任公司）。

2）主要仪器 RS600高温高压流变仪（德国Haake公司）；品氏毛细管黏度计（上海石油仪器厂）；恒温水浴箱（金坛市恒丰仪器制造有限公司）；密度计（上海医联控温仪器厂）；电子天平（梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司）；电热鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）。

1.2 试验方法

试验方法参照SY／T 5107—2005《水基压裂液性能评价方法》和SY／T 6216—1996《压裂用交联剂性能试验方法》。

2 结果与讨论

2.1 加重剂的调研及优选

提高压裂液的密度是降低井口施工压力的有效途径，国内外以前多采用溴化钠进行加重，该加重剂最高可加重到1.5g／cm3，但由于溴化钠对环境污染大且成本过高，现使用较少。现国内多采用KCl或NaCl加重，而KCl加重的压裂液最大密度为1.18g／cm3，提供的液柱压力有限［2］。针对以上现状，笔者研究了一种适合异常高压、超深或致密油气藏压裂改造的新型缓交联耐高温加重压裂液的加重剂——NX－1，不同质量分数下的NX－1密度见表1。

2.2 缓交联耐高温加重压裂液耐温耐剪切性能评价

压裂液的耐温耐剪切性能反映了流体耐温与抗剪切的能力。性能优良的压裂液应在使用温度、长时间的高速剪切下保持较高的黏度，以满足施工过程中携砂的需要。用自来水配制质量分数为44.4%NX－1盐水，再分别加入0.025%柠檬酸、0.55%瓜尔胶和1%KW－1助排剂，溶解膨胀4h后，加入0.2%YGB有机硼交联剂、0.2%HT有机锆交联剂和0.05%NaOH，该配方压裂液交联时间为145s。待形成冻胶后，测定冻胶在150℃下的耐温、耐剪切能力，试验结果见图1。

表1 不同质量分数下的NX－1密度

由图1可知，缓交联耐高温加重压裂 液 在 150℃、170s－1的 条 件 下 剪 切90min黏度仍然保持在120mPa·s以上。该压裂液突破了常规KCl或NaCl加重压裂液最高只能加重到1.18g／cm3的技术瓶颈，且成本低廉，对环境无污染，完全可以满足150℃以下的高温高闭合应力致密储层的压裂加砂改造。

图1 缓交联耐高温加重压裂液150℃剪切曲线

2.3 缓交联耐高温加重压裂液破胶性能研究

压裂过程中，压裂井井筒以及裂缝温度是不断变化的，而压裂液性能对温度变化非常敏感。在满足压裂液携砂性能的同时，通过控制破胶剂用量，使破胶时间缩短，破胶更彻底，有利于破胶液的快速返排，减少对储层的伤害。压裂液配方在不同条件下的破胶水化性能，如表2﹑3所示。

表2 缓交联耐高温加重压裂液97℃水浴破胶

表3 缓交联耐高温加重压裂液130℃烘箱破胶

试验结果表明缓交联耐高温加重压裂液较难破胶，因此，应适当增加胶囊的用量，避免因破胶剂的加入影响压裂液流变性能，确保压后压裂液能彻底水化破胶，减小对储层及支撑裂缝的伤害。为了保证缓交联耐高温加重压裂液施工过程中的黏度保持及压后快速破胶，建议在施工过程中采用阶段加胶囊破胶剂的方法。西湖1井压裂施工中胶囊破胶剂质量分数见图2。

2.4 缓交联耐高温加重压裂液现场应用情况

缓交联耐高温加重压裂液自开发出来已在新疆油田现场应用8井次，成功率100%，见表4。

新疆油田重点风险探井西湖1井采用缓交联高温高密度压裂液（1.21g／cm3）现场顺利加完设计所用40m3覆膜陶粒，破胶良好，该井为截至目前新疆油田开展压裂工作以来所遇见破裂油管压力最大（118MPa）、井底温度最高（140.0℃）、改造井深最大（6139.0～6160.0m）的一口井。

图2 西湖1井压裂施工中胶囊破胶剂加量图

表4 缓交联耐高温加重压裂液施工统计

3 结论

1）报道了一种能耐温达150℃，密度达1.365g／cm3的缓交联耐高温加重压裂液，该压裂液在150℃、170s－1的条件下剪切90min黏度仍然保持在120mPa·s以上，突破了常规KCl或NaCl加重压裂液最高只能加重到1.18g／cm3的技术瓶颈，且该压裂液成本低廉，对环境无污染。

2）缓交联耐高温加重压裂液自开发出以来现场应用8井次，无一口井出现砂堵，施工成功率100%。

3）针对西湖1井井温高的难点，经过室内试验分析，现场首次成功采用了阶段加胶囊破胶剂的方法，该井为截至2013年新疆油田公司开展压裂工作以来所遇见破裂油管压力最高（118MPa）、井底温度最高（140.0℃）、改造井深最大（6139.0～6160.0m）的一口井。

［1］景步宏，虞建业 .耐高温低摩阻低伤害压裂液的研究 ［J］.钻采工艺，2010，33（3）：101～105.

［2］程兴生，张福祥，徐敏杰，等 .低成本加重瓜胶压裂液的性能与应用 ［J］.石油钻采工艺，2011，33（2）：91～93.