低温条件下提高连续混配施工稳定性研究

谢新秋 ，文 果 ，马新东

（1.川庆钻探工程有限公司工程技术研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；3.川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司，陕西西安 710018）

目前长庆油田水平井多采用连续混配压裂工艺，该工艺具有缩短施工周期，提高施工效率，同时减轻施工劳动强度，减少液体浪费等优点。但是在低温环境下，由于连续混配车上混合柜容积小，清水与胍胶混合后溶胀时间短，导致基液黏度低，形成的交联液不能满足施工要求。目前常用的方法是提高胍胶粉比，将胍胶粉比由0.25%提高到0.40%，这将大大提高施工成本。本文将通过研究配液用水pH 值对胍胶溶胀、延长胍胶溶胀时间、调整添加剂添加顺序等因素对胍胶溶胀的影响，达到在不提高胍胶粉比的情况下配制出的压裂液能够满足正常压裂施工的要求[1-4]。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

羟丙基胍胶、黏土稳定剂、助排剂、调节剂、交联剂、破胶剂、陶粒、碱 A、碱 B 和酸C、水源井水样、ZNN-D6S 六速旋转黏度计、搅拌器、流变仪、pH 计。

1.2 实验方法

先在水源井取回配液用水水样，在实验室内，先用碱B、碱A 和酸C 等试剂调整配液用水的酸碱度到指定值，然后量取不同pH 值的水样500 mL 放入搅拌器内，加入0.25%胍胶粉，然后高速下搅拌5 min，倒入烧杯中，采用ZNN-D6S 六速旋转黏度计测量液体黏度，具体参数（见表1）。

表1 酸碱度对胍胶粉溶胀速率的影响

从表1 中看出，配液水的酸碱度影响胍胶的溶解速率，溶解后体系pH 值略有升高。配液水pH 值为9.5时，胍胶粉溶解极慢，经过60 min 液体黏度仅达到3.0mPa·s，胍胶基本不溶解，静置一会即产生沉淀（见图1）；pH 值为 6.0～6.5 时，溶解快，溶液黏度迅速上升（见图2），由此可知胍胶粉在弱酸性的水中易溶胀溶解，形成高分子溶液。胍胶水合、溶解形成黏稠的原胶液需要一定的时间。如果在胍胶粉黏度未释放完全之前，将碱A、碱B 或酸C 加入胍胶基液体系里，将导致基液黏度无法再释放出来，影响压裂液的配制效果。

图1 pH＞9 胍胶溶胀情况

图2 pH=6.5 胍胶溶胀情况

根据酸碱度对胍胶粉“酸性分散，碱性水合”的性能特点，依据各种压裂液添加剂的特性，调整了添加剂的加料顺序，将pH 调节剂和交联剂按1:1 的比例提前倒入烧杯中，按1.0%比例加入破胶剂，充分搅拌均匀待用，配液顺序为：把黏度稳定剂和助排剂加入配制好的胍胶基液中，搅拌均匀，然后静置30 min，测定基液黏度为 16 mPa·s，然后按照 100:0.4 加入 JL-13 交联剂和TJ-1 调节剂的混合液，充分搅拌1 min 后，交联液可挑挂，交联效果较好（见图3）。

通过实验可以确定：在低温条件下，首先调节配液用水pH 值，使配液用水pH 值达到6.5，然后按照胍胶0.25%加入配液用水中，静置25 min，配制成胍胶基液，依次加入助排剂和黏土稳定剂，最后按照100:0.4的比例将交联剂加入胍胶基液中，充分搅拌1 min，实验表明，交联胍胶挑挂性良好，可以达到施工要求。

图3 胍胶基液交联液

2 现场应用

在某水平井现场压裂用水温度测定为5℃，pH 值为7.0～7.5，通过加入酸C，循环5 min，测得配液用水pH 值为6.5，现场准备两具50 m3大罐作为缓冲罐，用于提高胍胶溶胀时间。

通过室内实验确定施工模式（见图4、图5），首先调节配液用液体pH 达到6.5，提高胍胶粉分散性，现场通过增加缓冲罐的方法延长溶胀时间，溶胀时间满足25 min 以上，使胍胶粉充分溶胀，用缓冲罐配制100 m3胍胶基液，静置30 min，连续混配车和混砂车与缓冲罐相连，施工时清水携带胍胶粉进入混合柜，充分搅拌后加入COP-3 及CF-5D，然后由连续混配车输送至缓冲罐，混砂车直接从缓冲罐吸入液体，在混砂车测得基液黏度为14 mPa·s 左右，在混砂搅拌柜加入JL-13 交联剂和TJ-1 调节剂的混合液交联后携砂进入地层。现场取样，将基液和JL-13 交联剂和TJ-1 调节剂的混合液按照100：0.4 交联，可挑挂，交联效果较好（见图6）。

图4 传统连续混配模式

图5 改进连续混配模式

图6 现场施工携砂液

经过调整后的压裂液携砂性能良好（见图7、见图8），施工过程压力平稳。返排液水化效果良好，测得返排液黏度为 5.1 mPa·s。

图7 某水平井施工曲线

图8 破胶水化效果

3 结论

通过室内及现场的系列实验，得出以下结论：

（1）经现场实践证明，通过增加缓冲罐，延长胍胶基液的溶胀时间，提高了压裂施工的成功率。

（2）对配液用水的酸碱度进行调节，加快胍胶粉的溶胀溶解速度，在弱酸性水中配制胍胶基液溶胀效果好。

（3）压裂液体系中的加料顺序调整，改变了TJ-1调节剂加入方式，减少了胍胶在碱性环境中的溶胀时间，提高了胍胶的溶解速度，携砂性能良好。

（4）通过以上改进，可以大幅度降低胍胶的使用量，压裂综合成本大幅降低。