多效压裂助剂的研究及应用

董晓军，王佳，路建萍，沈燕宾，李俊华

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司 油气勘探公司，陕西 延安 716000；2.陕西省石油化工研究设计院 陕西省石油精细化学品重点实验室，陕西 西安 710054)

对油田储层进行压裂处理和酸化处理的外来流体通常称为压裂液，所有的压裂液都需要化学添加剂来改善其流体的性能[1]。目前，用作改善压裂液流体性能的化学添加剂有很多种，例如防膨剂、助排剂、起泡剂、杀菌剂、破乳剂等[2-4]。但是，这些化学添加剂性能比较单一，通常都是单个加入到压裂液中，以改变压裂液特定的一种性能。由于压裂时现场情况复杂，往往需要同时或者依次加入几种助剂来解决相应的问题[5]。虽然这些添加剂在作为单剂添加时性能较好，但是由于各厂家的产品不同，导致体系中不同产品之间配伍性差，协同效应不理想，甚至会产生拮抗作用，导致各单剂均无法发挥各自的最佳效果，从而降低了压裂液体系的综合性能，严重伤害了地层，同时也增加了油气开发的生产成本。

本文采用防膨稳定剂[6]、氧化铵型两性表面活性剂、增效剂和包裹剂为原料，制备了一种多效压裂助剂。该多效压裂助剂同时具有较高的杀菌、助排、破乳、防膨效果，可以提高压裂液的整体效果，降低对地层的伤害。并在陕北地区进行了现场应用。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

羟丙基瓜胶、硼砂、碳酸钠、过硫酸铵、氧化胺型两性表面活性剂、常规粘土稳定剂、杀菌剂、破乳剂、助排剂均为工业品；防膨稳定剂、增效剂、包裹剂均为自制。

ZNN-D6型六速旋转粘度计；NDJ-8S型旋转粘度计；XZD-5型旋转滴界面张力仪；FA2004型电子天平；101-2AB型电热鼓风干燥箱；76-1型恒温水浴；98-1-C型数字控温电热套；TDL-40B型离心机；GJ-3S型数显高速搅拌机；DK-98-1型恒温水浴锅。

1.2 多效压裂助剂的制备

首先，加甲醇到反应釜中，开启搅拌器，向反应釜中缓慢加入嵌段聚醚类破乳剂，反应1 h；升高反应釜的温度至50 ℃，然后加入双季铵盐类杀菌剂，反应1 h，即得增效剂。加53 g水到烧瓶中，升温至40 ℃，开启搅拌器，缓慢加入20 g的防膨稳定剂反应1 h；加入13 g氧化胺两性表面活性剂反应1 h；加入7 g的增效剂，升高反应温度至50 ℃反应2 h；向反应釜中加入7 g的包裹剂反应60 min，即得到该多效压裂助剂。

1.3 性能测试

依据行业标准的相关规定对压裂液助剂进行评价。其中，防膨率采用《SY/T 5971—2016油气田压裂酸化及注水用黏土稳定剂性能评价方法》中规定的方法进行测定；表面张力和界面张力采用《SY/T 5755—2016压裂酸化用助排剂性能评价方法》中规定的方法进行测定；破乳率参照水基压裂液性能评价方法SY/T 5107中6.15.1规定执行：在35 ℃，压裂液破胶液与原油按照1∶1配比乳化，分别记录15，30，60，90 min分离出破胶液的体积，计算破乳率；基液粘度下降率的测定参照水基压裂液性能评价方法SY/T 5107中5.2规定执行[7-9]。

2 结果与讨论

2.1 多效压裂助剂的性能测试

按照1.3节性能测试方法对1.2节制备的多效压裂助剂进行测定，实验结果见表1。

表1 多效压裂助剂的性能测试结果Table 1 Performance test results of multi-effect aid

由表1可知，多效压裂助剂具有良好的防膨、助排、破乳、杀菌的功能，实现了“一剂多效”，提高压裂液的整体效果，具有制备方便的优点。

2.2 多效压裂助剂添加在压裂液体系中的性能评价

2.2.1 破胶性能评价 按照表2中的压裂液体系配方配制加入多效压裂助剂的压裂液和常规压裂液[10-11]。按照SY/T 6376、SY/T 5107对配制的常规压裂液和加入多效压裂助剂的压裂液进行性能测试，实验结果见表3。

表2 压裂液配方Table 2 The formulation of fracturing fluid

表3 压裂液性能测试Table 3 The test data of fracturing fluid performance

由表3可知，当各单剂分别加入压裂液基液中时，效果不如加入多效压裂助剂的情况。加入的多效压裂助剂对压裂液体系的粘度影响不大。能有效地降低表界面张力，具有更好的助排作用。残渣含量低于常规压裂液残渣，从而减少了破胶残渣对地层的伤害。

2.2.2 岩心伤害实验 按照表2中的压裂液体系配方配制加入多效压裂助剂的压裂液和常规压裂液。用岩心流动测定仪测定两种体系的破胶液对岩心的伤害率，保证其它测定条件尽可能相同，实验结果见表4。

表4 岩心伤害率测试数据Table 4 The test data of core damage

由表4可知，常规压裂液对岩心的伤害率>20%，而新型压裂液体系对岩心的伤害率为14.65%，与常规瓜胶压裂液体系相比，伤害率大幅度减少。

2.2.3 配伍性实验 由于配伍性决定着压裂液体系的效果[12-13]，因此室内用新型压裂液体系的破胶液，与陕北地区取回的地层水按不同的体积比进行混合，放置12 h后，观察是否有沉淀，实验结果见表5。

表5 配伍性实验结果Table 5 The result of compatibility experiment

由表5可知，破胶液和地层水按不同比例混合后，结果无沉淀产生，配伍性好。这是由于新型压裂液体系中的多效压裂助剂具有一剂多功能作用，防止了破胶液与地层水中离子的反应。

3 现场应用

目前在陕北油田进行了30余井次的现场试验。图1为在陕北采油厂现场实验的6023-13井的施工曲线。压裂体系采用0.275%胍胶+0.35%一体化助剂+0.22%交联剂+0.15%过硫酸铵。

图1 6023-13井压裂施工曲线Fig.1 Fracturing curve of well 6023-13

由图1可知，该井上层压力波动平稳，施工压力较低，按照施工设计顺利加砂15 m3，最高砂比45%，下层施工过程压力波动平稳，施工压力较低，按照施工设计顺利加砂20 m3，最高砂比45%，施工后压裂液破胶彻底，满足大砂量压裂施工的需求，压裂后该井产油1.6 m3/d，具有良好的产油效果。该多效压裂助剂在压裂液体系中配伍性良好。

4 结论

(1)采用防膨稳定剂、氧化铵型两性表面活性剂、增效剂和包裹剂为原料，制备了一种多效压裂助剂，表面张力为22.81 mN/m，界面张力为1.41 mN/m，破乳率为92.10%，基液粘度下降率为4.8%，防膨率为91.70%，具有较高的助排、破乳、杀菌、防膨效果，达到一剂多效的作用。

(2)与常规羟丙基胍胶体系相比，加入的多效压裂助剂对压裂液体系的粘度影响不大，配伍性好。有效地降低了表界面张力，具有更好的助排作用。残渣含量低于常规压裂液残渣，减少了破胶残渣对地层的伤害。

(3)常规压裂液对岩心的伤害率>20%，新型压裂液体系对岩心的伤害率为14.65%，与常规瓜胶压裂液体系相比，伤害率大幅度减少，有效地降低了压裂液对地层的伤害。

(4)新型压裂液体系中的多效压裂助剂具有一剂多功能作用，破胶液和地层水按不同比例混合后，结果无沉淀产生，配伍性好，防止了破胶液与地层水中离子的反应。

(5)通过现场应用情况可看出，多效压裂助剂在压裂液体系中配伍性良好。配制的胍胶压裂液体系施工后压裂液破胶彻底，满足大砂量压裂施工的需求，产油效果良好，具有良好的推广价值。