醇基压裂液的研究与应用

李奎东

中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院

醇基压裂液的研究与应用

李奎东

中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院

摘要以低分子醇类配制的醇基压裂液，应用于低渗透致密气藏可促进返排，有效解除水锁，增加气井产量。分析了低分子醇类对羟丙基胍胶分子(HPG)溶胀及交联的影响机理，研制了专用增溶剂和交联促进剂，实现了HPG配制醇基压裂液，醇含量可达20%(w)，性能优良。该体系在JN气田致密砂岩储层成功应用，效果明显优于同类储层邻井。

关键词醇基压裂液水锁致密砂岩气藏

大规模压裂改造是低渗透砂岩油气藏增产的重要技术手段[1-2]，由于储层孔喉半径小，压裂改造后，压裂液滤液及破胶液会在毛细管力和压差作用下，进入渗流通道，难以排出，形成水锁伤害，导致油气相对渗透率降低，使油气产量下降[1，3]。选择适当的压裂液体系，减少水相的使用，促进措施后液体返排[4]，可以有效降低水锁伤害，增加油气井产量[5-8]。国内一些油田利用低分子醇类，开展醇基压裂液的研究[7]。但由于植物胶类稠化剂在高含醇溶液(醇的质量分数大于5%)中可溶性差[9]。针对以甲醇或乙醇等低分子醇类溶液为介质、羟丙基胍胶(HPG)为稠化剂、有机硼交联而成的醇基压裂液体系所存在的可溶性问题，研制了专用的溶胀助剂和交联促进剂，实现了羟丙基胍胶在醇基体系中的溶胀和交联。液体性能优良，在JN气田志留系深层致密砂岩气藏成功应用。

1醇基压裂液特点

据Michael等人的研究[10]，醇基压裂液在流变性、残渣、滤失量、携砂能力、裂缝导流能力保持率(一般大于90%)等方面都有良好的性能，尤其适用于敏感性、水锁伤害严重的储层。笔者研究表明：①醇基压裂液表/界面张力较低，返排性能优良，利于解除水锁，降低微细孔喉储层的水锁伤害；②滤液进入基质孔隙，会与岩石矿物组分发生复杂的物理、化学作用，表现为泥质组分的膨胀、脱落和运移，造成孔隙堵塞。醇基压裂液醇含量高达50%(w)，有利于稳定敏感性矿物，降低储层伤害；③高压滤失试验滤饼形成的过程中，在压差作用下，醇会产生瞬间气化现象，造成滤饼中含有大量气泡，且滤饼厚度仅为常规HPG压裂液的30%～40%，大幅度降低滤饼伤害；④醇与水互溶性好，可以将一部分原生水从孔隙表面脱出，提高了油气相对渗透率。

2室内实验部分

2.1实验设备及药品

实验设备：吴茵混调器、RS-600旋转流变仪、高温高压岩心流动实验装置、大容量离心机、恒温水浴锅及常规玻璃器皿。

实验药品：NaOH(化学纯)、HPG(山东信德)、有机硼交联剂C-200(工业品)、甲醇(工业品)、溶胀助剂JC-1(自主研究)、交联促进剂JC-2(自主研究)。

2.2实验方法

(1) 醇基压裂液配制。将含有不同浓度的甲醇溶液作为配液用溶液，放入吴茵混调器中，在高速搅拌下依次加入HPG、JC-1、JC-2及其他压裂液添加剂，配制成醇基压裂液基液。基液中按不同比例加入有机硼，形成压裂液冻胶。

(2) 性能评价。按SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》，对甲醇加量为20%(w)和0.6%(w)HPG醇基压裂液的流变性能、滤失系数及破胶液性能等进行评价。

3结果与讨论

3.1醇对压裂液性能影响

当甲醇加量超过5%(w)以后，HPG分子溶胀受到明显影响，基液放置一段时间后，烧杯底部会出现大量絮状物。当有机硼加量0.25%(w)，与不同甲醇浓度的基液进行交联试验，发现5%(w)和10%(w)甲醇含量的基液具有一定的成胶效果，但冻胶不能挑挂，用玻璃棒轻微搅拌，压裂液迅速“变碎”，常温下静置2 min，脱水，自动破胶。

分析原因为：HPG分子与强极性的水分子结合才能溶胀，扩展为线状，极性较弱的甲醇，对HPG分子的溶胀具有抑制作用，浓度越高抑制作用越强。由于醇的存在，使得大量HPG分子无法溶胀或者溶胀不完全，形成絮状物而沉降，从而导致HPG有效浓度大幅度降低，与硼酸根离子交联时，成胶能力很弱，即便成胶也很容易发生脱水自动破胶。

3.2醇基压裂液配方研究

3.2.1溶胀助剂评选

研究了一种醇基压裂液溶胀助剂JC-1，该添加剂能够有效屏蔽甲醇对HPG分子溶胀的不利影响，加快HPG分子的溶胀速度。实验发现，在基液中加入0.5%(w)JC-1，含20%(w)甲醇的水可正常配制HPG基液，长时间放置性能稳定，无絮状沉淀产生，测得0.6%(w)HPG基液黏度在80 mPa·s左右。

3.2.2交联促进剂评选

溶胀助剂可改善HPG在醇基介质中的溶胀性能，但所形成的冻胶挑挂性能很差，静置时仍会出现脱水现象，故研究了交联促进剂JC-2。该添加剂能促进硼酸根离子的生成，提高硼酸根离子的有效浓度，在加量为0.5%(w)时，即可产生良好的促进交联效果。室内试验表明，0.60%(w)HPG醇基交联液冻胶在120 ℃、170 s-1条件下连续剪切120 min，黏度为130～310 mPa·s，表现出良好的耐温耐剪切性能。

3.2.3压裂液配方研究

在筛选出JC-1、JC-2醇基压裂液特殊添加剂的基础上，进行了pH值调节剂、助排剂、黏土稳定剂等常规压裂液添加剂的筛选及浓度优化，最终形成了醇基压裂液的配方。

基液：20%(w)～30%(w)CH3OH+0.5%(w)～0.6%(w)HPG+2%(w)KCl+0.5%(w)JC-1+0.5%(w)JC-2+其他添加剂

交联液：0.25%(w)C-200交联剂。

3.3醇基压裂液性能评价

3.3.1流变性能

从实验结果(表1)可以看出，压裂液经剪切90 min后，稠度系数K′仍保持较高的值，表现出较好的增稠效果；流态指数n′相对变化率为8.2%，说明其抗剪切降解的能力较强。

表1 醇基压裂液流变性能Table1 Rheologicalpropertyofalcoholfracturingfluid时间/min3090平均K'/(Pa·sn)2.6212.4352.528n'0.54990.50480.5274 注:实验温度为120℃。

3.3.2滤失性能测定

3.3.3破胶液性能

将适量过硫酸铵加入到压裂液中，在90 ℃恒温水浴中可完全破胶，实验结果见表2。由表2可知，醇基压裂液具有破胶液黏度低、低表/界面张力、低残渣含量的特点。

表2 醇基压裂液破胶液性能Table2 Gelbreakingliquidpropertyofalcoholfracturingfluid破胶液黏度/(mPa·s)表、界面张力/(mN·m-1)残渣含量/(mg·L-1)测定值平均值测定值平均值测定值平均值1.812.221.931.9920.20、1.0119.79、0.9219.79、0.9819.93、0.97352270302307

3.3.4岩心伤害评价

选取某区块低渗透天然岩心，进行伤害评价。测得岩心初始气测渗透率为7.265×10-3μm2，挤入醇基压裂液破胶液3～5 PV，保温保压2 h后，岩心渗透率为5.571×10-3μm2，伤害率为23%。而同等试验条件下，常规HPG压裂液岩心伤害率35%。因此，醇基压裂液具有较低的岩心伤害特征。

4现场应用

JZ1井为JN气田一口深层致密砂岩探井，措施井段4 862.0～4 941.6 m/2层，井温133.5 ℃，综合评价为Ⅲ类差气层。低孔、低渗、微细孔喉半径特征明显，考虑降低储层伤害、提高压后返排效果的需要，采用醇基压裂液施工。

该井共泵入醇基压裂液180 m3，破裂压力84 MPa，施工压力75～95 MPa，施工排量2.7～4.1 m3/min，平均砂比12.3%，施工结束立即开井放喷，5 h内液体返排率50%。放喷35 min后，点火成功。测试稳定产量2.0×104m3/d，高于采用常规HPG压裂液措施的邻井(邻井最高产量1.0×104m3/d，且产量下降较快)。

5结 论

(1) 以低分子醇类溶液为介质、羟丙基胍胶(HPG)为稠化剂，通过研制专用溶胀助剂和交联促进剂，实现了HPG配制醇基压裂液。该压裂液性能优良，适应于低渗透、敏感性、水锁伤害大的储层。

(2) 现场应用表明，醇基压裂液能有效降低储层伤害，提高措施效果，具有较好的推广应用前景。

参 考 文 献

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Research and application of alcohol fracturing fluid

Li Kuidong

(OilProductionTechnologyResearchInstituteofJianghanOilfield,Wuhan430035,China)

Abstract:The alcohol fracturing fluid prepared with low molecular weight alcohols can be used in low permeability tight reservoirs to promote flow back, effectively relieve water locking, and increase production of wells. The influence mechanism of alcohols to hydroxypropyl guar gum swelling and crosslinking reaction was analyzed. Special solubilizer and crosslinking promoter have been developed, the alcohol fracturing fluid (alcohols amount up to 20%) have been successfully prepared by HPG. The fluid system was applied on tight sandstone gas reservoir in JN gas field, and the effect was superior to the adjacent wells of similar reservoirs.

Key words:alcohol fracturing fluid, water locking, tight sandstone gas reservoir

收稿日期：2014-09-15；编辑：冯学军

中图分类号：TE357.2

文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.02.018

作者简介：李奎东(1983-)，山东安丘人，2005年毕业于西安交通大学，现任江汉油田采油工艺研究院采气所副所长。主要从事油田化学、储层改造方面的科研工作。E-mail：tfang713@163.com