现场水配制压裂液的质量控制方法

王焱，王永昌，王磊，范克明

中国石油大庆油田有限责任公司 采油工程研究院（黑龙江 大庆 163453)

压裂液是压裂工艺技术的重要组成部分，其主要功能是造缝并沿着张开的裂缝输送支撑剂[1-2]，在影响压裂成败的诸因素中，压裂液及其性能极为重要。在水力压裂过程中，对压裂液的耐温、耐剪切性能有着较高要求，其现场配置过程的管理、控制对压裂液的性能保证和施工效果起着重要作用。在利用现场水对压裂液进行配制时容易出现影响压裂液流变性能、压裂液失效的情况，因此施工前对压裂液进行室内试验评价和配方体系优化，避免不合格压裂液注入地层造成施工失效具有重要意义。压裂液质量控制是压裂现场施工的重要构成，可以有效保证油气藏增产改造的顺利实施。

1 压裂液质量控制要求

使用压裂液的目的有两方面：一是提供足够的黏度，利用水力尖劈作用形成裂缝使之延伸，并在裂缝沿程输送及铺设压裂支撑剂；二是具有驱油增产的作用。一些特殊压裂液可以改变岩石润湿性，几乎无残渣伤害，无需返排，压裂液保留在储层中，焖井后可以把油置换出来。为了满足压裂施工要求，压裂液需要具备以下功能特征：①基液黏度合格，交联胶具有良好的耐温耐剪切性能；②压裂液与油藏配伍，摩阻低，破胶彻底，有利于返排；③压裂液具有良好的流变性能和低滤失性；④可满足长时间、较高温度以及高砂比施工要求。

2 压裂液现场质量控制方法

2.1 室内压裂液配方体系优化

不同浓度稠化剂对压裂液剪切黏度存在影响，压裂液残渣滞留在裂缝和空隙中，对裂缝导流能力和储层渗透率会造成较大的影响，应优选增稠剂，使用合理的浓度和交联比，在满足施工的条件下，降低粉剂浓度。充分考虑地层因素，利用施工井测井资料和岩心实验数据，分析目的层敏感性，对施工井配方体系进行优化，优选添加剂用量，合理地进行压裂施工。

2.2 压裂液原材料质量控制

严格控制稠化剂、添加剂和交联剂原材料质量，做好产品质量把关。在压裂液配制前应通过工艺技术提高各添加剂的连续性和稳定性，提高破胶剂性能，减少地层污染和伤害。施工前做好原材料优选，严格对入库压裂原材料进行质量检测，防止不合格产品进入现场，保证顺利施工。

2.3 现场配液用水质量控制

现场配液用水矿化度高，重碳酸根离子、杂质含量多，容易对压裂液流变性产生影响，造成压裂施工风险。为避免这种现象出现，需严格控制现场水水质，发现问题及时做出处理和调整，最大限度降低现场因素对压裂施工的影响。

2.4 现场压裂液配制过程质量控制

在施工前期做好用料统计并充分准备好。做好压裂液配制监督，现场严格计量，按照设计要求配好基液，按顺序加入添加剂。在投料时准确计量交联液，进行压裂液实时性能检测。现场抽样检测压裂液小样的pH值、基液黏度、交联黏度及破胶情况。结合现场实际情况，将检测时间控制在1 h之内，进行压裂液现场快速检测[4]。施工过程中注意观察交联比是否按要求泵入。施工后确定压裂液的实际用量，观察返排液性能和返排时间，并通知生产经营单位的现场[5]。

YP1井属于松辽盆地中央坳陷区大庆长垣葡萄花构造。配液用水为现场水，为了保证压裂成功，施工前对YP1井压裂液配液用水进行了水质检测分析，对不符合条件的现场水进行了净化处理，并开展了压裂液流变性能室内实验，对配方体系进行优化。

3.1 实验原理及依据

为了评价现场水对流变及破胶实验的影响，参照SY/T 5107—2016《水基压裂液性能评价方法》、SY/T 6376—2008《压裂液通用技术条件》以及SY/T 5764—1995《压裂用瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶》对压裂液基液、冻胶等性能参数进行评价。

3.2 现场水样分析

对现场水样成分进行检测分析，结果如下：现场水样水质浑浊，杂质含量较多；pH值偏酸性，需通过调节水样和压裂液的pH值（pH=9），增强冻胶强度；配液水重碳酸根离子含量是自来水的3.4倍，而且矿化度高，严重影响改性胍胶压裂液的配制。现场水水质分析数据见表1，需要对水进行净化。

表1 YP1井现场水水质分析结果

3.3 现场水水质对压裂液性能影响评价

分别用自来水和现场水配制压裂液，并开展室内实验。由图1流变曲线可以看出，自来水配制压裂液剪切60 min，黏度降至170 mPa·s，现场水配制压裂液剪切60 min，黏度降至62 mPa·s。现场水配制的压裂液剪切1 h后比自来水配制的压裂液的黏度降低了63.5%，虽然满足行业标准，但现场和室内配液条件有差别，施工风险大。

1.融资条件不足。民营、小微企业资金和财务管理不规范，不少小微企业因抵押担保品条件不足以及土地、规划、环评等证照不全，影响贷款的获得。广西企业规模偏小，大企业不多，多数属于传统资源型企业，公司治理不完善，难以达到上市发行股票和发行债券的融资条件。

图1 YP1井现场水配液流变曲线

3.4 现场水水质对破胶性能的影响

在现场水配制压裂液中加入0.01%、0.03%、0.05%浓度的破胶剂20 h均完全破胶，破胶液黏度为1.8 mPa·s，虽然对破胶无影响，但因水样杂质较多，杯底残渣量大（图2）。

图2 现场水对破胶性能的影响

3.5 净水剂筛选

取500 mL样品，加入0.05%的净水剂，充分震荡后，放入80℃水浴中，静置2 h，观察絮体形貌，取中部清液以蒸馏水为参比用721分光光度计测其透光率。

LHL净水剂、LYS净水剂的处理效果较好，透光率均达到50%，其最佳处理浓度分别为0.5 mg/L、4.0 mg/L（表2）。

表2 净水剂筛选实验结果

LHL净水剂在同等条件下剂量浓度最小，优势明显。故选LHL净水剂进行下步评价实验。

3.6 配方优化、压裂液评价

通过优化压裂液配方体系，优选了稠化剂与添加剂，并开展了室内实验。实验结果表明，改性胍胶压裂液各项性能均达到行业标准，性能优良，符合现场施工要求。

1）利用现场水配制压裂液流变性能检测。实验室内对现场水进行净化处理，应用处理后的现场水配制压裂液，冻胶状态良好，在80℃、170 s-1条件下剪切90 min，冻胶黏度99 mPa·s（图3）。

图3 净化现场水配制压裂液实验室流变曲线

2）在应用净化后现场水配制的压裂液冻胶中加入0.01%破胶剂，20 h均完全破胶,破胶液黏度为1.74 mPa·s。对比观察残渣含量减少，由830.58 mg/L降至290 mg/L，降低了65%。

3）在对现场水进行净化处理后，现场配制压裂液，即刻取样于现场检测车中快速检测，在80℃、170 s-1条件下剪切60 min，冻胶黏度81.2 mPa·s，流变性能满足施工要求（图4）。

图4 净化现场水配制压裂液现场流变曲线

3.7 巩固措施

建立压裂施工制度规范，形成操作标准，严格按照操作规程和实施细则对压裂液进行质量监督和考核，保证压裂液施工的顺利进行，确保压裂效果。

4 压裂液质量控制的效果

通过对YP1井现场水进行水质处理和压裂液质量控制，完成了该直井7段增产改造压裂施工，共注入支撑剂1 084 m3，泵入压裂液9 886 m3，施工顺利，压后日产油71.26 t，为同区块对比井的20.25倍，且YP1井压后返排较好，初期返排比例达58%。

5 结论与建议

1）对压裂液进行现场质量控制，可以有效提高压裂施工成功率，提高压裂设计水平和施工质量，对压裂施工的顺利进行具有重要意义。

2）压裂液配方体系可根据现场情况进行单井优化，提高压裂设计针对性和有效性。

3）通过对配液用水进行净化处理，优化压裂液配方体系，实现了应用现场水配制压裂液满足施工需要的目的。应用处理后的现场水配制压裂液，拓宽了配制压裂液的用水范围，为降低压裂增产改造施工成本提供了技术保障。