复合压裂液耐温性的影响因素研究

邹鹏，杨庭安，任秋军（中石油渤海钻探井下技术服务分公司，天津大港　300283）

复合压裂液耐温性的影响因素研究

邹鹏，杨庭安，任秋军
（中石油渤海钻探井下技术服务分公司，天津大港300283）

采用具有冷水可溶性的改性淀粉与羟丙基胍胶作为复合稠化剂，辅以其它添加剂，制备了一种新型水基复合压裂液。利用高温高压流变仪研究了交联剂、温度稳定剂与稠化剂加量对复合压裂液耐温性影响规律。结果表明，使用有机硼锆作为压裂液的交联剂时，在170 s-1剪切速率下，冻胶粘度稳定，耐温能力达160℃；另外，温度稳定剂硫代硫酸钠较邻苯二胺更能显著改善复合压裂液的耐温性能。

复合稠化剂；改性淀粉；水基压裂液；交联液；耐温性

水力压裂是油气井增产、水井增注的重要措施［1-3］。作为主要组分的稠化剂一直是压裂液领域研究的重点和热点。目前使用的胍胶、田菁胶、香豆胶等水基压裂液稠化剂不仅价格高，而且由于水不溶组分含量高、破胶不彻底、不溶性残渣含量高及与地层水不配伍而易引起油层伤害，造成压裂增产效果差［4-8］。因此，研制质优价廉的压裂液稠化剂势在必行。玉米淀粉来源广泛，价格低廉。若将改性淀粉与胍胶进行复合，将降低胍胶使用量，降低成本及减轻对地层的伤害。周亚军报道了以玉米变性淀粉与植物胶XDF作为复合稠化剂制备了一种水力压裂液，其表现出较优异的性能，但该压裂液只适合于80℃以下的地层条件下使用［9］。本文研制了一种经预糊化处理的醋酸酯化与磷酸酯化改性淀粉稠化剂，将其与羟丙基胍胶复合，制备了一种新型的复合稠化剂水力压裂液，并研究了显著提高其耐温性能的方法。

1　试验部分

1.1试剂与仪器

醋酸酯与磷酸酯改性淀粉（预糊化处理，冷水可溶、极低残渣，实验室自制）；羟丙基胍尔胶（中石油昆山公司）；有机硼及有机硼锆交联剂（实验室自制）；氯化钾、碳酸钠、硫代硫酸钠、邻苯二胺（国药集团化学试剂有限公司）；氟碳助排剂（上海福田化工科技有限公司）；杀菌剂（新乡市申亚化工有限公司）；铁离子稳定剂（盘锦富隆化工有限公司）。RT-20型旋转流变仪：德国哈克公司；吴茵混调器（北京探矿研究所）。

1.2实验方法

1.2.1复合压裂液的制备在吴茵混调器内以表1的配方配制复合压裂液，先配制基液，待稠化剂完全溶胀，最后加入交联剂。

1.2.2复合压裂液耐温性测试采用HAAKE RT-20型旋转流变仪在不同设定温度下测试复合压裂液表观粘度变化情况。该实验的升温程序为：50 mL左右复合交联液从室温快速升温至第一段设定温度，恒温2 h；第一段升温结束后，交联液不取出，继续从第一段设定温度升温至第二段设定温度，恒温2 h；依次规律升温并恒温2 h。

2　结果与讨论

2.1交联剂对复合压裂液耐温性的影响

选用有机硼作为复合稠化剂（羟丙基胍胶与改性淀粉复合）压裂液的交联剂，制备了1号配方的压裂交联液，其粘温曲线（见图1）。图1表明，在剪切速率为170 s-1及温度在100℃左右，交联液1在连续剪切2 h的粘度保持在40 mPa·s～50 mPa·s，不能满足压裂液通用技术标准要求。

图1　压裂交联液1的粘温曲线（试验配方1）

为了提高复合压裂液的耐温性能，在相同的配比下，以有机硼锆交联剂代替有机硼，制备了2号配方的压裂交联液，其粘温曲线（见图2）。图2表明，复合交联液2在剪切速率为170 s-1及温度在100℃～160℃范围内，复合交联液在剪切2 h后粘度保持在50 mPa·s以上，基本符合压裂液通用技术标准要求。不同温度下对应的粘度值分别为：100℃，75 mPa·s～80 mPa·s；120℃，80 mPa·s～90 mPa·s；140℃，75 mPa·s～80 mPa·s；160℃，50 mPa·s～60 mPa·s。可见，该配方的复合交联液的耐温性达到了160℃。相比于有机硼，有机硼锆交联剂显著提高了复合压裂液的耐温性。

2.2温度稳定剂对复合压裂液耐温性的影响

在其它组成相同的情况下，分别测试了不添加温度稳定剂（见图3）、添加温度稳定剂邻苯二胺（见图4）与硫代硫酸钠（见图2）的复合压裂交联液的粘温曲线。图3表明，不添加温度稳定剂复合压裂交联液3在170 s-1及80℃左右，连续剪切2 h后粘度勉强保持在50 mPa·s以上。图4表明，在添加邻苯二胺作为复合压裂液4的温度稳定剂后，其耐温能力达到了140℃。不同温度下对应的粘度值分别为：100℃，75 mPa·s～90 mPa·s；120℃，60 mPa·s～70 mPa·s；140℃，50 mPa·s～55 mPa·s。图2表明，以硫代硫酸钠作为复合压裂液2的温度稳定剂后，其耐温能力提高到160℃。可见，在这种复合压裂液体系中，温度稳定剂对耐温性的贡献程度为：硫代硫酸钠＞邻苯二胺＞不添加温度稳定剂。

表1试验配方

图3压裂交联液3的粘温曲线（试验配方3）

图4　压裂交联液4的粘温曲线（试验配方4）

2.3稠化剂对复合压裂液耐温性的影响

为了研究稠化剂加量对复合压裂液耐温性的影响，在交联液2的配方基础上，增加羟丙基胍胶加量至0.3％，得到配方5，其粘温曲线（见图5）。从图5中可以看出，几种温度对应的粘度值分别为：100℃，240 mPa·s～340 mPa·s；140℃，80 mPa·s～90 mPa·s；160℃，50 mPa·s～65 mPa·s。其耐温能力达到160℃。与图2比较可知，稠化剂加量对复合压裂液耐温性没有影响，但其加量越大，压裂交联液的粘度值越高。

3　结论

以具有冷水可溶性的改性淀粉与羟丙基胍胶作为复合稠化剂，辅以其它添加剂，制备了一种新型压裂液。该新型压裂液中羟丙基胍胶的加量较低（0.2％～0.3％），降低了压裂液的使用成本；其耐温性优良，可达160℃，可满足大港油区大部分油气井井温要求。论文着重研究了该新型复合压裂液的耐温性能影响因素，高温有机硼锆交联剂与温度稳定剂的添加能够显著提高复合压裂液的耐温性能。

［1］李秀花，陈进富，佟曼丽.近期国内外水基压裂液添加剂的发展概况［J］.石油与天然气化工，1995，24（1）：12-17.

［2］崔明月.水基压裂液添加剂的应用与评价［J］.油田化学，1997，14（4）：377-383.

［3］卢拥军.九十年代国外压裂液技术发展的新动向［J］.石油与天然气化工，1998，27（2）：115-118.

［4］杨秀夫，刘希圣，陈勉，等.国内外水力压裂技术现状及发展趋势［J］.钻采工艺，1998，21（4）：21-25.

［5］宁廷伟，等.胜利油田开发和应用的水基压裂液及其添加剂［J］.油田化学，1995，12（1）：84-87.

［6］杨秀夫，刘希圣，陈勉，等.国内外水力压裂技术现状及发展趋势［J］.钻采工艺，1998，21（4）：21-25.

［7］管保山，薛晓佳，何治武，等.低分子量合成聚合物压裂液研究［J］.油田化学，2006，23（1）：36-37.

［8］周亚军，王淑杰，于庆宇，等.玉米变性淀粉压裂液稠化剂的研制［J］.吉林大学学报（工学版），2003，33（3）：64-67.

Influence research of temperature-stable ability of complex fracturing fluid

ZOU Peng，YANG Ting'an，REN Qiujun
（Downhole Technology Service Company，Bohai Drilling Engineering Company Limited，CNPC，Dagang Tianjin 300283，China）

A novel water-based fracturing fluid was prepared by using mixing hydroxypropylguar gum and modified starch with solubility in cold water，and adding the other additives. Effects of cross-linking agents，temperature stabilizers and thickening agents on temperature-stable ability of complex fracturing fluids were investigated via rheometer with high temperature and high pressure.Results showed that the cross-linking fracturing fluid had a good viscosity stability and temperature-stable ability reach 160℃at shear rate of 170 s-1，when organic boron zirconium cross-linking agent was used.In addition，temperature-stable ability could be observably improved by adding sodium thiosulfate comparing with ophenylenediamine.

complex thickener；modified starch；water-based fracturing fluids；cross-linking fluids；temperature-stable ability

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.006

TE357.1+2

A

1673-5285（2015）01-0022-04

2014－10-25

邹鹏，男（1982-），2012年毕业于华中科技大学，博士，工程师，现从事增产措施改造及油田化学的相关研究工作。