支撑剂酸溶解度测试过程影响因素探讨

王光，任龙强

支撑剂酸溶解度测试过程影响因素探讨

王光，任龙强

（北京昆仑隆源石油开采技术有限公司，北京 102200）

根据行业推荐标准《水力压裂和砾石填充作业用支撑剂性能测试办法》（SY/T 5108—2014）规定的酸溶解度测试方法，通过支撑剂酸溶解度实验数据对比，对测试过程影响因素进行了实验研究。经对实验结果的分析，发现操作过程中的影响项因素较多，其中粒径、支撑剂在烧杯内的状态、过滤时水洗情况等对测试结果影响较大。

压裂；支撑剂；酸溶解度；测试过程

压裂措施效果对油气井产能有直接的影响[1]，其中酸化压裂是国内外低渗透油气藏增产增注提高采收率的有效措施之一。支撑剂是压裂过程中的关键材料，是保持裂缝高导流能力的重要载体[2]。酸溶解度作为支撑剂的评价指标之一[3]，可用《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》（SY/T 5108—2014）[4]进行评价。实验的目的是用以确定支撑剂在遇到酸时的适宜性，同时测定支撑剂中碳酸盐、长石、氧化铁、泥质等可溶物质的含量[5-6]。

1 实验方法

1.1 实验材料

600～300、 425～212、212～106 μm石英砂支撑剂，北京昆仑隆源石油开采技术有限公司；盐酸（37%），分析纯，天津市大茂化学试剂厂；氟化氢铵（98%），分析纯，天津市大茂化学试剂厂；滤纸，φ70 mm；玻璃干燥器；秒表，精确度0.01 s。

1.2 实验方法

具体实验方法参照《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》（SY/T 5108—2014）中酸溶解度的测试方法。

1.3 表面积计算

支撑剂颗粒为圆球度较高且表面微孔不发达的近似球体，因此支撑剂的比表面积可根据球体的比表面积计算公式进行计算。

w=6/()。 （1）

式中：w—比表面积，cm2·g-1；

—样品的绝对密度，g·cm-3；

—样品的平均直径，cm。

2 影响因素探讨

2.1 粒径

对同一批次原料生产出的600～300、425～212、212～106 μm 3种粒径规格的产品，按照行业推荐标准中规定的测试方法对样品进行筛析实验，结果如表1所示，3种样品均为筛析合格产品。

表1 不同粒径规格样品的筛析

不同粒径规格样品比表面积对酸溶解度影响如表2所示。由表2可知，随着粒径的减小，酸溶解度明显增加。根据粒径分布计算出3种样品的平均直径，同时依据公式（1）计算出支撑剂的比表面积。

表2 不同粒径规格样品比表面积对酸溶解度影响

由表2中可以看出，随着样品粒径规格减小，比表面积随之增加，酸溶解度也随之增加，分别为3.37%、4.26%、6.16%，趋势与比表面积变化一致。分析可得，粒径规格的不同造成了比表面积较大差异，从而造成了酸溶解度测试过程中支撑剂与酸液的接触面积增加，最终造成小粒径样品的酸溶解度明显高于大粒径样品。因此可判断相同材质的支撑剂受粒径规格影响较大[7]。

同一批次原料生产出的粒径分布不同的同规格产品，按照行业推荐标准中规定的测试方法对样品进行筛析实验，结果如表3所示。3种样品均为筛析合格产品。同时样品4粗粒径较多，样品2次之，样品5细粒径较多。

表3 同粒径规格样品筛析

同规格样品比表面积对酸溶解度影响如表4所示。由表4可以看出，粗粒径较多的4号样品酸溶解度最低，细粒径较多的样品5次之。这再次证明粒径分布情况对支撑剂的酸溶解度影响较大。因此，在支撑剂酸溶解度测试过程中样品的代表性至关重要。

表4 同规格样品比表面积对酸溶解度影响

2.2 支撑剂倒入酸液内方式

根据行业推荐标准中规定，不同测试人员的操作习惯差异，可能存在支撑剂加入酸液内的方式不同，因此进行了3种不同的加入方式对酸溶解度的影响的探究，结果如表5所示。

表5 支撑剂倒入酸液内方式对酸溶解度影响

从表5可以看出，同一样品按照沿烧杯壁倒入、在烧杯中心倒入、在烧杯内均匀撒入测试出3种不同的结果，分别为4.26%、4.76%、5.11%。实验过程中观察发现支撑剂在烧杯底部铺开的面积依次增加，与支撑剂的酸溶解度结果一致。

酸溶解度测试过程酸液与支撑剂的可溶物相比酸液过量的，同时反应时间有限与反应温度不高，酸液的分子运动不剧烈，不足以使远离支撑剂样品堆的酸分子及时移动至支撑剂堆内部，因此在反应一段时间后支撑剂堆内部颗粒周边的酸液浓度较低，反应受限，造成内部颗粒相对溶解量较少，外部颗粒相对溶解量较多，最终造成支撑剂在酸液内堆积所占面积越小酸溶解度越低[8]。

2.3 酸液的存放时间

实际操作过程中较多的实验员为了减少酸液的浪费，将余下的酸液保存继续使用，因此进行了酸液放置时间对酸溶解度影响的实验，结果如表6所示。

表6 酸液存放时间对酸溶解度影响

从表6中可以看出，随着酸液放置时间的增加，测得的酸溶解度逐渐降低，酸溶解度由4.26%降到了3.81%。分析可得，酸液中大部分为易挥发的HCl，随着放置时间的增加HCl不断地挥发，最终导致酸液的浓度降低，从而影响支撑剂的酸溶解度测试结果。因此在测试支撑剂酸溶解度时为了保证测试结果的准确性，酸液需要现用现配，短时间存放时最好密封保存，以减少酸液的挥发。

2.4 水浴锅内水量

在满足行业推荐标准规定的测试方法情况下，通过实验发现加热用水浴锅内的水量对支撑剂酸溶解度的测试结果具有一定影响，如表7所示。从表7可以看出，水浴锅内的水较多，烧杯处于漂浮状态时支撑剂的酸溶解度为4.95%，烧杯在水浴锅内平稳放置时支撑剂的酸溶解度较低，分别为4.26%和4.21%。

烧杯在水浴锅内漂浮，造成烧杯内的支撑剂和酸液相对位移，相当于增加了酸液与支撑剂的接触机会，从而酸溶解度增加。而水浴锅内水量适中或略微少时，烧杯在水浴锅内平稳放置，支撑剂与酸液的相对位移较小，因此酸溶解度降低。

水浴锅内水量适中与略微少时，均足以在支撑剂颗粒堆以上，保证了水浴过程支撑剂与酸液几乎无相对位移，同时足以保证酸液的温度，从而酸溶解度相差不大。

2.5 过滤时用水冲洗量

过滤的实际操作中可能会存在水用完，pH值不为中性的情况下。通过实验发现，在未抽干前进行下次冲洗时，用20 mL的蒸馏水清洗过滤设备中的样品3次，最终pH值不为中性，需要再进行加水冲洗，最终洗至中性，测得的酸溶解度为4.93%。每次加水前先将过滤器内液体抽干，然后在进行冲洗，最终实现用20 mL的蒸馏水清洗过滤设备中的样品3次，pH值为中性，测得的结果为4.26%，如表8所示。因此，过滤过程中需要将过滤器内溶液完全抽干后再进行下次冲洗[9-10]。

表8 过滤过程对酸溶解度影响

3 结 论

对支撑剂酸溶解度测试过程中情况进行了实验研究，发现支撑剂的粒径、支撑剂倒入酸液的方式、酸液放置时间、水浴锅内水量、过滤过程均对支撑剂酸溶解度测试的最终结果产生影响，其中粒径规格影响最大。因此，对支撑剂酸溶解度的测试有如下建议：

1）取样时需要保证样品的代表性，避免样品粒径分布变化。

2）将样品倒入装有酸液烧杯时，注意加入方式，保证测试结果的可比性。

3）酸液尽量现配现用，减少存放时间，如果短时间存放需要密封保存。

4）水浴锅内的液面保证在烧杯内酸液的液面附近，不能过多或者过少。

5）过滤时待过滤器内的水抽干后进行下次冲洗。

［1］王宝军，董小刚.油田低产低效井酸化增产酸液体系配方[J].当代化工，2020，49（10）：2251-2259.

［2］李小刚，廖梓佳，杨兆中，等.压裂用支撑剂应用现状和研究进展[J].硅酸盐通报，2018，37（6）：1920-1923.

［3］杨红英，胡科先，张华.陶粒支撑剂质量监督检验分析[J].石油工业技术监督，2018（8）：17-19.

［4］ SY/T 5108—2014，水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法[S].

［5］营虎虎，张智平，乌永兵，等.检测压裂用支撑剂酸溶解度影响因素的研究[J].辽宁化工，2015，44（9）：1062-1065.

［6］张贵玲.影响压裂支撑剂酸溶解度检测结果的因素分析[J].石油工业技术监督，2013，29（1）：31-33.

［7］杨雪，袁旭，何小东，等.酸液溶蚀作用对支撑剂性能的影响[J].断块油气田，2021，28（1）：68-71.

［8］潘文启，姚亮，杨红英，等.压裂支撑剂检验质控探讨[J].石油工业技术监督，2014（8）：54-56.

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［10］爱莉，张宸，陈维余，等.支撑剂酸溶解度检测过程的质量控制[J].石油工业技术监督，2019，35（10）：49-50.

Discussion on Influencing Factors of Proppants Acid Solubility Test Process

,

（Beijing Kunlun Longyuan Oil Exploitation Technology Co., Ltd., Beijing 102200, China）

According to the acid solubility test method specified in the industry recommended standard SY/T 5108—2014 "Measurement of properties of proppants used in hydraulic fracturing and gravel-packing operations", through the comparison of proppant acid solubility experimental data,the influencing factors of the test process were studied. Through the analysis of the experimental results, it was found that there were many influencing factors in the process of operation,among which the particle size, the state of proppant in the beaker, and the water washing during filtration had great influence on the test results.

Hydraulic fracturing; Proppant; Acid solubility; Test process

2021-05-13

王光（1985-），男，北京市人，中级工程师，硕士， 2011年毕业于中国矿业大学（北京）应用化学专业，研究方向：支撑剂研发。

任龙强（1981-），男，羌族，工程师，学工商管理硕士，研究方向：支撑剂开发及应用。

TE357

A

1004-0935（2021）12-1807-03