大牛地气田强交联压裂液体系研究与应用

李 雷，江学庆，薛林青

（中国石化华北油气分公司石油工程技术研究院，河南郑州 450006）

随着国际油价的持续低迷，致密低渗油气藏的开发步入瓶颈期，效益开发难度较大。目前采用常规羟丙基胍胶压裂液粉比为0.45%～0.42%，液体成本较高，且进入地层后胍胶会在裂缝和缝壁残留大量残渣，造成一定的储层伤害，影响储层压裂效果。目前，长庆使用的压裂液体系为0.31%～0.33%胍胶浓度的压裂液体系，交联比100:（0.3～0.6），在耐温90 ℃、170 s-1条件下剪切60 min 后，压裂液的黏度大于140 mPa·s，残渣含量282～336 mg/L。该压裂液体系在苏里格气田取得良好的改造效果[1]，平均无阻流量比邻井提高38.6%。因此，在保证压裂液性能的前提下如何有效降低胍胶用量，降低液体综合成本，减少液体和残渣对裂缝及储层的伤害，实现致密低渗气田的经济有效开发。

1 胍胶压裂液性能

工区使用压裂液体系为羟丙基胍胶压裂液体系，其基液为0.45%HPG（一级）＋1%KCl+0.1%甲醛+1%起泡剂+0.2%助排剂+0.2%Na2CO3，交联液为BCL-61 或CX-306 体系，交联比100：0.3；破胶剂为胶囊破胶剂和过硫酸铵；液氮伴注比例为6%～9%。

为了评价压裂液体系对工区储层的影响，开展了相关室内实验研究，评价结果（见表1）。其结果符合SY/T 5107 水基压裂液性能评价体系标准[2-4]。

表1 工区压裂液性能评价

经激光粒度分析仪测定，压裂液破胶后残渣粒度大小分布在0.49～125 μm，77%主要分布在31～88 μm，均值67.01 μm。

2 强交联交联剂优选及现场应用

胍胶是一种提取于胍胶豆的天然半乳甘露聚糖，胍胶相对分子质量200 万，胍胶原粉溶解速度慢，水不溶物含量高。后期经过改性后的改性胍胶有羟丙基胍胶（HPG）、羧甲基胍胶（CMG）和羧甲基羟丙基胍胶（CMHPG），结合目前大牛地气田现场胍胶的使用情况，选用羟丙基胍胶开展强交联压裂液体系研究。

2.1 强交联剂优选

交联剂是通过交联离子将植物胶分子链上的活性基团以化学键连结起来，形成具有黏弹性的三维网状冻胶。羟丙基胍胶大分子中含有大量顺式邻位羟基，与硼发生络合反应，形成相对分子质量更大的化合物，实现压裂液的交联增稠。有机硼交联剂对羟丙基胍胶稠化剂进行交联，通过有机硼配体来实现延缓交联时间、提高交联强度（抗温抗剪切）、降低稠化剂羟丙基胍胶用量的作用[5-7]。

采用正交实验方法对表2 中五种交联剂的耐温耐剪切性能进行检测，优选出5 号强交联剂。

表2 交联剂耐温耐剪切室内评价实验结果

5 号强交联剂具有一定的屏蔽作用，使羟丙基胍胶交联的时间可以调控；并且，使用有机配体改性的有机硼交联剂，交联后可以形成相对比较稳定的桥连化学键，使最终交联而成的冻胶的耐温、耐剪切性能得到一定的提升（见表3）。

表3 5 号强交联剂技术指标

2.2 强交联压裂液体系优化

通过对比不同胍胶浓度下基液黏度确定了压裂液配方：

基液：0.30%HPG+1%KCl+0.2%ZITHE-34+0.5%YFP-1+0.2%Na2CO3+0.1%FHS18。

交联剂：5 号强交联剂，交联比100:（0.4～0.5）；破胶剂：生物酶破胶剂+过硫酸铵。

0.3 %浓度的羟丙基胍胶与SITAR-11 交联后可形成三维网状冻胶，冻胶的宏观效果（见图1 A）。由图可见，交联形成的冻胶吐舌效果好。并且由于冻胶内部分子相互交叠形成较为致密的三维交叉网状结构，具有优良的携砂能力，冻胶的携砂效果（见图1B）（携砂测试所用的是20/40 目陶粒，40%砂比）。

图1 交联冻胶（A）及携砂状态（B）

5 号强交联剂交联形成的冻胶的扫描电镜照片（见图2）。由图2 可见，放大2 000 倍时，在视野中看到一簇簇不规则的聚集体；当放大到10 000 倍时，可以在照片中清晰的看到交联结构，表明冻胶内部羟丙基胍胶分子发生了交联，相互交叠形成较为致密的三维交叉网状结构。并且，由图2 可见，交联后的聚集体大小平均在1.5～1.8 μm。

图2 交联后扫描电镜观察（2 000×，10 000×）

一般压裂液冻胶具有优良的黏弹性和强度，但在剪切力作用下由于冻胶的部分网状结构被破坏，使冻胶的黏度降低。然而，由于有机硼交联剂结构中存在大量结构稳定的硼原子与多元醇形成的配位键，因此具有良好的抗剪切能力，在90 ℃、170 s-1的剪切速率下剪切2 h，冻胶黏度始终大于140 mPa·s，交联比分别为100：0.4 和100：0.5（见图3）。

图3 0.30% HPG 在90 ℃条件下的流变曲线，交联比（A）100：0.4 和（B）100：0.5

综上所述，5 号强交联剂满足《SY/T 6376-2008 压裂液通用技术条件》和《SY/T 5107-2005 水基压裂液性能评价方法》中的要求，交联形成的冻胶具有较常规压裂液体系更优良的黏弹性以及较高的强度，耐温耐剪切能力强，携砂和输砂能力好，适于在中高温、低渗致密储层中进行应用（见表4）。

通过对比强交联体系与常规压裂液体系的成本，强交联体系费用比常规压裂液节约10%以上，在降低成本的同时又减小残渣对储层的伤害。目前强交联压裂液体系在大牛地山1 和盒1 段进行试验，压后平均无阻流量分别为7.74×104m3/d 和10.84×104m3/d，比工区盒1 段和山1 段水平井无阻流量高48%和54%，具有较好的推广应用前景。

3 结论及建议

（1）强交联体系压裂液体系优化的方向之一，通过优选交联剂，降低胍胶浓度，减少压裂液的残渣和滤液对储层的伤害，达到降本增效的目的。

（2）优化出的强交联体系配方：基液0.30%HPG+0.5%KCl+0.2%ZITHE-34+0.2%Na2CO3+0.1%FHS18，交联剂：超强交联剂SITAR-11，交联比100:（0.4～0.5）；在90 ℃、170 s-1的剪切速率下剪切2 h，冻胶黏度大于140 mPa·s，具有携砂强、摩阻低、伤害小的特点，在DPS-220 和DPS-119 井进行现场应用，取得了良好的应用效果。

（3）优化出的强交联体系在现场施工过程中存在破胶速度过快，滤失偏大，造成高砂比阶段加砂困难，建议继续加强交联剂的优化，降低压裂液滤失。