低浓度胍胶压裂液的性能研究与现场应用_熊廷松

2013年3月青海石油第31卷第1期

低浓度胍胶压裂液的性能研究与现场应用

熊廷松*彭继张成娟万有余

（青海油田公司钻采工艺研究院）

摘要目前全球瓜尔胶紧缺，导致羟丙基胍胶价格飙升，压裂成本攀升。因此，研究优选满足

携砂要求的低浓度胍胶压裂液体系具有实际意义。通过实验, 对低浓度胍胶压裂液体系的配方进行了研究，评价了低浓度胍胶压裂液体系的耐温耐剪切性能、流变性能、滤失性能、破胶性能、静态伤害及残渣含量。实验结果表明，低浓度胍胶压裂液的浓度为常规胍胶压裂液浓度一半时即可满足压裂施工时的携砂要求，并且破胶后的残渣含量明显减少，降低了对储层的伤害程度，是一种低成本、低伤害压裂液。

关键词压裂液体系低浓度胍胶性能评价

压裂改造工艺技术是低渗透油田提高单井产量的主要工艺技术。随着青海油田各类储层的开发，致密低渗、特低渗储层的增产和求产技术对压裂工艺技术提出越来越高的要求。压裂液是压裂改造的重要组成部分和关键环节[1]，其性质优劣决定压裂施工的成功与否和效果好坏，所以耐高温、低伤害、低成本成为压裂液发展的主要方向。早期的压裂液是油基的，经过不断的改进，现以水基压裂液为主，羟丙基胍胶作为水基压裂液的增稠剂，由于具有增稠能力强、抗剪切性好、热稳定性好、控制滤失能力强等特点而被广泛用于油气井压裂[2]。但目前全球羟丙基胍胶价格飙升，在降低成本、保护储层的大背景下，低浓度提升了羟丙基胍胶的经济适用性。

1．低浓度胍胶压裂液的主要性能

为了满足不同地层压裂工艺技术的需要，通过改变胍胶的使用浓度，适当调节交联剂、PH 调节剂的使用浓度及使用必要的耐高温添加剂，开发了适用于常温～150℃温度条件的低浓度胍胶压裂液体系。在满足相同流变性能的条件下，与常规胍胶压裂液相比，低浓度胍胶压裂液中的羟丙基胍胶使用浓度

可以降低30%～50%，如表表1低浓度胍胶压裂液与常规胍胶压裂液稠化剂用量对比

1所示。

形成的低浓度胍胶压

裂液体系符合企业指标要

求，从表2低浓度胍胶压裂液性能指标看到，该压裂液体系具有低浓度、低残渣、低伤害、耐温性好的特点，能满足低渗透储层压裂工艺对压裂液的要求。

*熊廷松（1983--）：男，油田化学助理工程师，2008年毕业于西安石油大学应用化学专业，目前在钻采工艺研究改

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表2低浓度胍胶压裂液的性能指标79

2．低浓度胍胶压裂液的研究及性能评价

1）低浓度胍胶压裂液体系的形成

通过研究分析羟丙基胍胶交联下限，研制了一种低浓度胍胶交联剂，这种交联剂向胍胶分子上引入了一种带电基团，当交联剂与胍胶联接成网状体型结构时，利用带电基团之间的静电斥力使原有胍胶交联后形成的收缩线团（环状胶束）变成扩张线团（网状冻胶），增大了交联剂与胍胶的网状交联体积，从而降低形成交联网状所需的胍胶用量，未改变压裂液冻胶的携砂性能。经过室内配方优化，研制出低浓度胍胶压裂液体系，配方组成见表3。

2）低浓度胍胶压裂液性能评价

依据石油天然气行业标准SY/表3低浓度胍胶压裂液配方组成

T 5107-2005“水基压裂液性能评

价方法”进行测定。

（1）交联性能：影响交联时间

的主要因素按影响程度由大到小

依次为pH 值、温度、交联剂浓度、

HPG 浓度。低浓度胍胶压裂液的交

联时间可以通过调节pH 值控制，

pH 值越高，交联时间越长。同时交联剂浓度也会影响交联时间，交联剂使用浓度太低，交联速度缓慢，成胶后的粘度也达不到要求。交联剂浓度过高，交联速度过快，会产生过交联，发生冻胶脱水现象而影响悬砂性能。对于低浓度胍胶压裂液体系来说，重要的是pH 值调节剂的使用浓度。

图1为在0.2%的胍胶基液中分别加入不同浓度的PH 调节剂后，再加入相同浓度（0.5%）的交联剂，在80℃下测定的压裂液的耐剪切性能曲线。

从图1不同pH 调节剂浓度对低浓度胍胶压裂液的耐剪切性影响实验看到，随着PH 调节剂浓度的增大，压裂液的耐剪切性逐渐增强。在相同的实验温度（80℃）条件下，当PH 调节剂浓度达到0.35%时，压裂液的耐剪切性最好，剪切60min 后粘度仍然保持在65mPa.s 以上。说明在一定的交联剂使用浓度时，低浓度胍胶压裂液通过提高压裂液的pH 值来提高冻胶的耐剪切性能。

（2）

80青海石油2013年3月

图1pH 调节剂浓度对压裂液耐剪切性的影响

流变仪，将0.2%的低浓度胍胶压裂

液分别在170s －1，40℃、60℃、80℃三

种恒定温度下剪切一定时间, 测定压

裂液冻胶粘度随剪切时间的变化情

况, 结果见图2。

从图可以看出，该低浓度胍胶压

裂液体系在4种温度条件持续剪切

80min 后，最终粘度值都在60mPa.s

以上，满足SY/T6376-2008压裂液

通用技术条件大于50mPa.s 的指标。

说明该压裂液具有良好的抗剪切能

力和携砂、输砂能力。图2低浓度胍胶压裂液在3种温度下的流变性曲线

（3）静态滤失性能：压裂液的滤失造壁性对造缝有重要的影响，压裂液的滤失量愈小，愈有利于获得较高的造缝压力，若压裂液的造壁性能差，导致压裂液的大量渗漏，就严重影响裂缝的形成和延伸[4]。按SY/T5107-2005《水基压裂液性能评价方法》规定的压裂液静态滤失测定方法，采用高温高压滤失仪，滤失压差3.5MPa ，对低浓度胍胶压裂液在60℃、100℃下的滤失性能进行了测定，结果见表4。

表4表明，低浓度胍胶压裂液体系的静态滤失系数与常规胍胶压裂液体系的相当（常规压裂液体系在100℃下的滤失系数为0.651×10-3m/min1/2），满足SY/T6376-2008压裂液通用技术条件中的C 3≤1.0×10-3，Q SP ≤5.0×10-2，V C ≤1.5×10-4的指标，说明该压裂体系造缝性能良好。

（4）破胶性能：压裂液破胶液性能的好坏对储层的保护起着重要作用，压裂液破胶越彻底，则压裂液残渣越少，对地层的伤害就越小[5]。考虑到压裂施工中压裂液温度场的变化，进行了50～100℃五种温度下的破胶试验。分别在低浓度胍胶交联压裂液冻胶中加入不同量的破胶剂，将其分别置于密闭容器内，放入电热恒温器中加热恒温，使压裂液在恒温下破胶，取破胶液上层清液用毛细管粘度计测定破胶液粘度。温度和破胶剂浓度对压裂液破胶性能的影响见表5。

从破胶实验结果看出，适当的破胶剂加量可使低浓度胍胶压裂液冻胶完全破胶水化，且破

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表481低浓度胍胶压裂液的滤失性能

施工要求。

（5）破胶液表界面张力：制备0.2%低

浓度胍胶压裂液冻胶在80℃下破胶4h ，

测定破胶液的表面张力和与煤油的界面

张力，结果见表6。

表6表明，该压裂液体系有较低的

表、界面张力，可有效地降低毛细管阻力，

增强地层排液能力。

（6）残渣含量：取50ml 的0.2%低浓

度胍胶压裂液，装入密闭容器中于80℃

下恒温破胶，将破胶液离心分离出残渣烘

干恒重后，称量残渣含量为226.3mg/l，大表5温度和破胶剂浓度对压裂液破胶性能的影响表6破胶液的表面张力和界面张力大低于常规胍胶压裂液的残渣含量，满足低伤害压裂液的要求。

（7）储层伤害评价：用油藏岩心（取至昆北切十六区块切163井）在地层温度条件下进行岩心流动实验，评价破胶后的压裂液滤液对不同渗透率岩心的伤害程度。

评价方法：先用地层水测定岩心渗透率，然后取破胶液在8MPa 下向岩心驱替2h ，再用地层水反向驱替，测定渗透率下降程度。共进行了6块岩心的伤害实验，结果见表7。

表7表明，低浓度胍胶压裂液对岩心渗透率损害率明显低于常规有机硼胍胶压裂液体系，对储层损害率较有机硼胍胶压裂液体系减少了36%，表现出良好的储层适应性。

3．低浓度胍胶压裂液应用效果评价

本研究的低浓度胍胶压裂液在青海昆北油田切606井和切1618井得到首次应用。这两口

表

7压裂液滤液对岩心的伤害对比

82青海石油2013年3月井的储层温度分别为60.36℃和77℃，地层压力14.9～16.1MPa ，储层孔隙度7.7%～16.9%，渗透率0.1～4.8mD ，属低孔低渗储层。针对储层的特点，使用的低浓度胍胶压裂液配方为：0.2%瓜胶+0.35%PH调节剂+其它添加剂+0.5%交联剂，破胶剂采用过硫酸铵。

主要施工参数为：排量1.4～2.3m 3/min，前置液31.2m 3，携砂液40m 3，顶替液6.3m 3，平均砂比27.17%，破裂压力29.4MPa ，施工压力10.4～28.4MPa ，总加砂量13m 3，总液量101.3m 3。切1618井排液第8天后抽汲求产，抽深1000m ，动液面：800～900m ，抽48次，日产油17.8m 3，最终返排率为52.6%，与周围邻井相比，在返排率和产量上都有不同程度的提高。

2012年11月，低浓度胍胶压裂液在青海红柳泉油田水平井红柳平1井得到顺利施工。该井施工总液量1673方，砂量150.5方，是红柳泉第一口实现“千方液、百方砂”的井，措施后5天排液856.57方，返排率52%，11月20日产0.59方油。

4．压裂液成本对比

在相同的使用温度条件下，低浓度胍胶压裂液与有机硼胍胶压裂液成本对比见表8。

使用低浓度胍胶压裂液体系后，胍胶的用量减少了一半，使单方成本降低31%～33%。2012年，青海油田使用低浓度胍胶压裂液体系压裂施工的总井数为87井次，压裂液应用规模为18521方，累计降低成本403.7万元，降本成绩显著。

表8

低浓度胍胶与有机硼胍胶压裂液成本对比5．结论

（1）低浓度胍胶压裂液体系耐温

可达到150℃，耐温耐剪切性能完全能

满足150℃以内地层施工携砂要求。

（2）低浓度胍胶压裂液体系破胶后残渣少，能够降低压裂后对地层造成的二次伤害，满足低伤害要求，具有很好的应用前景。

（3）2012年，在青海油田使用低浓度胍胶压裂液体系压裂施工的总井数为87井次，压裂液应用规模为18521方，累计降低成本403.7万元，降本成绩显著。

参考文献

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