压裂液体系残渣含量影响因素分析

摘      要：裂液残渣含量是考察压裂液性能好坏的一项重要指标，尤其对于低孔低渗油藏以及天然气、页岩气藏的有效开发硬性更为关键。通过对压裂液体系中的水不溶物、稠化剂配比、添加剂、交联剂浓度、破胶剂加量等方面逐一进行分析，测试并确定了不同条件下对压裂液体系残渣含量的主要影响因素，以此为依据采用重点突破方式，产生了清洁高效压裂液体系以及不反排压裂液体系，经测试较常规压裂液体系残渣含量有了显著降低，进行了基质渗透率损害率测试，证明两种压裂液体系可大幅降低对地层的伤害程度，适用于低渗储层。

关  键  词：压裂液;残渣含量;低渗透;清洁

中图分类号：TE357.1⁺2      文献标识码： A      文章编号： 1671-0460（2020）07-1420-04

Analysis on Factors Affecting Residue Content in Fracturing Fluid System

WANG Yang1，2

（1. Daqing Oilfield Co.， Ltd. Gas Production Branch， Daqing Heilongjiang 163712， China;

2. School of Petroleum Engineering， Northeast Petroleum University， Daqing Heilongjiang 163318， China）

Abstract： The content of fracturing fluid residue is an important indicator to evaluate the performance of fracturing fluid， especially for low-porosity and low-permeability reservoirs， as well as the effective development of natural gas and shale gas reservoirs. The water insoluble matter， thickener ratio， additives， crosslinker concentration and amount of breakers in the fracturing fluid system were analyzed one by one， and the main influencing factors of the residue content of the fracturing fluid system under different conditions were tested and determined. According to the key breakthrough method， a clean and efficient fracturing fluid system and a non-reverse fracturing fluid system were developed. The test results showed that， compared with conventional fracturing fluid system， the residue content of the two fracturing fluid systems was lower. The matrix permeability damage rate test was carried out. The results proved that， the two fracturing fluid systems can greatly reduce the damage to the formation， and are suitable for low permeability reservoirs.

Key words： Fracturing fluid; Residue content; Low permeability; Clean

壓裂液残渣是指压裂液常规破胶液中残存的水不溶物，裂液残渣含量是考察压裂液性能好坏的一项重要指标，尤其在天然气以及页岩气开采过程中，残渣含量过高必然会对地层及充填层造成严重堵塞使其渗透率大幅度下降，这对于天然气及页岩气开采来说会大大降低压裂的效果^[1-2]，对其储层开发的影响是非常严重的，同时对于低压、低渗油层的影响也尤其突出，常会造成压裂完全失效^[3-6]。分析压裂液体系残渣含量影响因素，可以为有效降低残渣含量提供途径。

先人们主要通过改变压裂液体系配制主剂方面进行降低压裂液残渣含量的手段，取得了一定的成果^[7-9]，本文通过对压裂液体系中的水不溶物、稠化剂配比、添加剂、交联剂浓度、破胶剂加量等方面逐一进行分析，测试并确定了不同条件下对压裂液体系残渣含量的主要影响因素。由此产生了清洁高效压裂液体系以及不反排压裂液体系，并进行了基质渗透率损害率测试，证明两种压裂液体系可大幅降低对地层的伤害程度，适用于低渗储层。

<！--[if ！supportLists]-->1      <！--[endif]-->压裂液体系残渣影响因素分析

为了找出压裂液中影响残渣的因素，我们根据现用压裂液配制具体情况，对粉剂及其添加剂等进行全面分析。对残渣含量的测试是依据石油行业标准《压裂液通用技术条件》（SY/T6376-2008）和《水基压裂液性能评价方法》（SY/T5107-2016）进行的。试验方法采用离心分离法，该类方法在测试胍胶类压裂液残渣含量时，具有测试结果平行性好的特点，可以提供较为准确可靠的数据^[10]。

1.1  水不溶物与压裂液残渣的关系

水不溶物是指压裂液用植物胶中所含有的水不溶性蛋白质及其它杂质，相同配比对多种植物胶水不溶物和残渣对比实验结果如下（备注：“残渣%”表示单位体积压裂液的破胶液中残渣质量占稠化剂质量的百分比）。

表1的多种植物胶水不溶物和残渣对比数据中，残渣含量平均为水不溶物的62%，说明水不溶物是压裂液残渣的主要来源。

1.2  稠化剂配比对残渣含量的影响

从压裂液角度看，一般来讲，为保证较好的耐温性能，储层温度越高，需要的稠化剂浓度也越高^[11]。配制不同配比的改性胍胶液，测定不同稠化剂配比条件下的残渣含量如表2示。

通过表2实验数据看出，随着稠化剂配比的增大，压裂液破胶后残渣含量增大。所以在满足工程施工要求前提下，尽可能降低稠化剂配比是降低残渣含量的有效途径之一。

1.3  添加剂对残渣含量的影响

水基压裂液的化学添加剂成分分很多种，常用压裂液添加剂包括增稠剂、交联剂和破胶剂。为改善压裂液的各种性能指标其他添加剂还包括pH调节剂、防黏土膨胀剂、高温稳定剂、杀菌剂、起泡剂、破乳剂等多种化学添加剂^[12]。依据目前油田常规压裂液应用情况，实验考察不同添加剂对残渣含量的影响，采用0.45%改性胍胶压裂液体系，实验结果见表3。

从表3中数据可知，只含有稠化剂，不添加任何添加剂的改性胍胶，破胶后残渣质量浓度是

157 mg·L^-1;单加助排剂残渣质量浓度增加43 mg·L^-1，单加碳酸钠残渣质量浓度增加118 mg·L^-1，单加碳酸氢钠残渣质量浓度增加47.5 mg·L^-1，单加防膨剂残渣质量浓度增加80 mg·L^-1，单加植物胶稳定剂残渣质量浓度增加30 mg·L^-1。从实验结果来看，除破乳剂外的其它各种添加剂的加入都不同程度的产生残渣，其中碳酸钠和防膨剂的加入产生残渣最多。

1.4  交聯剂浓度对残渣含量的影响

本实验采用0.45%改性胍胶压裂液体系，改变交联剂的加量，其它添加剂用量不变，考察交联剂加入量对残渣含量的影响，实验结果如图1所示。

从图1曲线中可以看出，当交联剂浓度增大时，残渣含量之增加，交联剂配比达到0.3%后残渣含量快速提高，控制交联剂，所以交联剂在应用过程中不应仅考察压裂液体系交联和耐高温程度，更应将保护油藏、降低残渣含量加入必须遵循的应用原则。

1. 5  破胶剂加量对压裂液残渣的影响

破胶剂是利用自身的强氧化性将已交联的高黏度压裂液化学键破坏，形成低黏度液体，利于返排以及减少滤失降低支撑裂缝的伤害。本实验采用0.45%改性胍胶压裂液体系，改变破胶剂的加量，其它添加剂用量不变，目的是考察破胶剂加入量对残渣含量数值的影响，实验结果如图2所示。

从图2可以看出，随着破胶剂加量的增加，残渣含量逐渐降低，这是因为随着破胶剂含量的增加，破胶彻底，残渣随之降低。为了确定是否为破胶剂加量越大，残渣含量越低，加大破胶剂用量继续试验，采用破胶剂的加量分别为0.05%、0.08%、0.1%、0.12%，其它添加剂用量不变，考察破胶剂加入量对压裂液体系残渣含量的影响，实验结果如图3所示。

从图3可以看出，随着破胶剂加入量的增加，压裂液残渣含量降低，但破胶剂加入量大于0.1%时，残渣含量不再降低。当破胶剂加入量为0.1%时，压裂液冻胶破胶速度较快，较高浓度破胶剂会使压裂液黏度迅速降低，不能保证压裂液体系在压开、延伸裂缝和携带支撑剂方面的功能，难以满足现场压裂施工的要求。

2  新型压裂液体系残渣含量测试

2.1  清洁高效压裂液残渣及基质渗透率损害率测试

大庆油田清洁高效压裂液体系以磺酸盐聚合物为增黏剂，交联剂为无机两性金属离子型，高价氧化物无机盐辅助剂为破胶剂，增黏剂水不溶物几乎为零。选择压裂液体系配方为0.8%清洁高效主剂+0.3%清洁高效辅剂，实验条件：温度90 ℃;破胶剂：过硫酸钾;破胶剂加量：0.05%;破胶时间：4 h。从表4中可以看出，清洁高效压裂液体系残渣质量浓度仅为36 mg·L^-1，远远低于改性瓜胶的压裂液体系残渣含量。

采用清洁高效压裂液体系对高低渗透不同岩心进行基质渗透率损害评价，如表5所示。

如表5所示可知，相比较不同渗透率岩心，清洁高效压裂液体系对高渗透率岩心伤害率较低，对低渗透率岩心伤害率相对较高，但也处于较低水平，可完全应用于低渗储层改造。

2.2  不返排压裂液基质渗透率损害率测试

不返排压裂液体系是以表活剂为增黏剂，完全降解后水不溶物为零，选择压裂液体系配方为2%表活剂+1%氯化钾，实验条件为：破胶温度90 ℃;破胶时间4 h;破胶剂为0.05%过硫酸钾;体系对高低渗透不同岩心进行基质渗透率损害评价，如表6所示。

如表6所示可知，相比较不同渗透率岩心，不返排压裂液体系对高渗透率岩心伤害率较低，对低渗透率岩心伤害率较高，岩心渗透率伤害效果与清洁高效压裂液体系相当，同样可应用于低渗储层改造。

3  结论

1）稠化剂中的水不溶物是压裂液残渣的主要来源，稠化剂配比越高，残渣越多，其他添加剂的加入导致残渣含量不同程度的提高，其中防膨剂和pH调节剂对残渣含量的影响较大。

2）清洁高效压裂液体系以及不反排压裂液体系残渣含量较低，对岩心基质渗透率损害较小，可适用于低渗透储层应用。

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基金项目：国家基金重大项目，页岩油气高效开发基础理论（项目编号：51490650）。

收稿日期：2019-11-05

作者简介：汪洋（1989-），男，黑龙江省大庆市人，助理工程师，硕士研究生，研究方向：油气田开发。E-mail：wangyang0012@163.com。