石油与天然气化工  2010, Vol. 39 Issue (3): 234-237, 241
聚合物降解体系HRS/EYD-1对羟丙基胍胶水基压裂液破胶液中残渣的降解作用
王满学1 , 黄平良2 , 何静3 , 杜东军2 , 周新旺4     
1. 西安石油大学;
2. 陕西延长石油有限股份公司;
3. 陕西延长石油集团研究院;
4. 中国石油物资昆山公司
收稿日期：2009-08-05；修回日期：2009-10-18
摘要：本试验首次将聚合物降解剂HRS/EYD-1体系引入水基压裂液中。主要研究了HRS对压裂液原胶液的稳定性和压裂液抗剪切性能的影响, 同时考察了HRS/EYD-1的浓度、温度及体系pH值等对压裂液破胶液残渣的降解作用。进行了4井次的现场试验。实验结果表明:在原胶液中加入0.2%HRS后, pH值≥7, 30℃下恒温72 h的原胶液粘度仍保持不变。在170s-1、40℃下, 加HRS/EYD-1压裂液剪切60 min后粘度与未加的解堵剂的压裂液粘度相当, 并且其破胶液残渣较没加HRS/EYD-1压裂液的残渣下降了46%以上, 固体颗粒粒径中值比下降了37%, 支撑剂的伤害下降了近55%, 岩心伤害减少了近49%。现场实验取得了良好的效果。
关键词：聚合物降解剂HRS/EYD-1    胍胶压裂液    残渣    岩心损害    
Effects of Using Preparation HRS/EYD-1 on Gel Breakdown Properties of Water-base Fracturing Fluids
Wang Manxue1 , Huang Pingliang2 , He Jing3 , et al     
1. Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, Shanxi, China;
2. Shanxi Yanchang Petroleum(Group) Co.Ltd., Dingbian Oil Factory, Yan'an 718600, Shanxi, China
Abstract: The paper studied the injection and producing oil and gas wells and, particularly, to remove of residual polymeric material from such wells.The aqueous medium of the polymeric material HRS is maintained in contact with the polymeric material for a sufficient time to oxidize or degrade the polymeric material to the desired extent.The results show that the optimal conditions of gel breakdown by HRS/EYD-1 were as following: the temperature is 30℃, pH≥7, the dosage of HRS/EYD-1 0.2%.When experiment temperature is 40℃, reaction time is 3 hours, residual polymeric material dropped to 46%.The formation damage drop to more than 49%.The support agent damage decrease to 55%.
Key words: polymeric material    residual material    fracturing fluid    core damage    

水基压裂是“三低”油藏稳产、增产的最重要手段之一。压裂在提高油气井产量的同时也给储层带来了伤害。这种伤害主要是由于压裂时渗入储层的滤液引起粘土矿物膨胀、微粒分散运移、岩石表面润湿性的改变以及残渣对支撑带的堵塞等引起的一个综合结果。

为了稳定油井在压裂作业后期产量递减过快趋势, 采取了许多措施来解除压裂液残渣对储层伤害, 例如在压裂后期进行酸化解堵、微生物解堵, 以及后来开展的HRS/酸复合压裂技术, 即在压裂后, 继续注入一定量解堵剂和酸段塞的解堵技术[1-5]。虽然这些措施在一定程度上缓解了压裂残渣等对近井地带造成的伤害, 但工艺复杂, 效果十分有限, 也不适合一些酸敏性储层施工要求。这种“先污染后治理”被动式的补救措施, 违背了油田开发“可持续性发展”战略。如何最大限度地清除压裂作业对油井近井地带造成的堵塞是提高油井压裂改造效果的关键。

鉴于上述问题的存在, 本实验介绍了一种不用酸就能控制HRS (二氧化氯)释放速度的HRS/EYD-1聚合物解堵体系。该体系可以将HRS任意均匀混配在压裂液的原胶液中, 这样HRS可以波及到压裂液所能达到的一切范围, EYD-1混合在交联液中, 在压裂施工时, 按一定交联比将压裂液和交联液混合一起注入地层, 这样在不改变现有压裂工艺前提下, 既可满足压裂施工, 同时又能达到HRS/EYD-1复配组合, 最大限度降解残渣的目的。这种一体化的压裂解堵新技术不同以往简单地将压裂和解堵剂/酸分段注入工艺, 而是将压裂工艺和解堵工艺相伴实施, 解决了油田压裂工艺面临难题。新技术的关键在于不改变压裂工艺的同时, 又能将压裂液与解堵剂有效结合, 达到实施一个压裂工艺同时完成压裂和解堵双重作用的效果。从根本上最大限度地减轻压裂作业对储层的伤害, 改变原来“被动式解堵”为现在“主动防治”, 实现“污染与治理”同步进行, 最终达到“防治为主”的目标。这项措施对低渗油藏的开发具有重要的意义。

本试验主要研究了HRS/EYD-1降解体系在对压裂液稳定性、抗剪切性和破胶液残渣降解效果的影响。并进行了4口井的现场实验。

1 材料与方法
1.1 原料与仪器

原料:聚合物降解剂HRS, 引发剂EYD-1, 西安石油大学; 羟丙基胍胶HPG, 中国昆山; 低温激活剂XD-1, 西安石油大学研制; 粘土稳定剂COP-1、复合破乳助排剂CF-5D、杀菌剂、破胶剂过硫酸铵、交联剂硼砂, 长庆井下化工厂生产。

仪器:Haake RV30旋转粘度计, 德国哈克公司; MASTERSIZER2000马尔文激光粒度仪, 英国马尔文公司; JHMD岩心动态损害评价仪, 中国青岛; 酸度计pHS-3C, 成都分析仪器厂。

1.2 实验方法

原胶液的制备:按比例将0.3%HPG、0.3%粘土稳定剂COP-1、0.3%复合破乳助排剂CF-5D和0.2%HRS加入水中, 搅拌10 min后即可。交联破胶液:0.7%的硼砂、0.3%过硫酸铵和0.1%EYD-1。然后按原胶液和交联破胶液的体积比100:10制备成压裂液。

2 作用机理

聚合物降解作用主要利用HRS中二氧化氯的强烈氧化性, 使胍胶半乳甘露聚糖中甘露糖主链上的β-1, 4-糖苷键和主链上连接的半乳糖取代基的α-1, 6-糖苷键发生水解断裂, 最终将胍胶分子的聚糖形式降解为不具有还原性的单糖或二糖, 从而使压裂液彻底破胶降解后从支撑剂充填带中返排出地层, 减少残渣, 提高采油采气的效率。通过在HRS中引入其它化学添加剂, 使稳定的HRS中的二氧化氯适时释放, 又不影响压裂液的成胶和其它性能。

3 结果与讨论
3.1 HRS对原胶液稳定性的影响

HRS在原胶液中的稳定性直接影响到制备压裂液的性能。本试验考查了在原胶液中加入0.3% HRS, 在温度30℃下, 将含HRS的原胶液恒温放置72 h, 粘度随着放置时间的变化和不同HRS浓度对原胶液pH值的影响。结果见表 1和表 2。

表 1    HRS对原胶液的稳定性的影响

表 2    HRS加量与原胶液pH值的关系

从表 1可看出, 在30℃下加有HRS的原胶液放置不同时间下, 原胶液的粘度与加杀菌剂的原胶液比较, 粘度保持不变。这说明在原胶液中加入HRS, 对原胶液粘度不但没有影响, 而且对原胶液的粘度具有稳定作用。这说明HRS对原胶液具有很强的杀菌作用。由表 2可看出:在原胶液中引入不同浓度的HRS对原胶液pH值没有影响。因此, 将HRS直接混入原胶液中是可行的。

3.2 HRS/EYD-1对破胶时间的影响

由3.1节所述实验结果可知:HRS对原胶液粘度没有负面作用。本实验考察在低温下, 过硫酸盐和HRS/EYD-1共同作用下对压裂液破胶性能的影响见表 3。实验用毛细管粘度计对破胶液的粘度进行测定。

表 3    复合降解剂HRS/EYD-1对压裂液破胶速度的影响

由表 3可看出, 在过硫酸铵存在时, 随着HRS加量的增加, 破胶时间随之减少; 在40℃下, 在原胶液中加入0.3%的HRS较空白可将压裂液的破胶时间缩短40 min。由此可见, HRS/EYD-1对压裂液的破胶有加速作用。

3.3 HRS/EYD-1对压裂液破胶液抗剪切性能的影响

压裂液在某一温度下的抗剪切性能直接影响到压裂施工的作用效果。在原胶液为0.3%HPG+1.0%KCl+0.3%COP-1+0.3%CF-5D+0.1%CJSJ-2+0.2%HRS, 交联液:0.7%的硼砂+0.3%过硫酸铵+0.1%EYD-1的配方下, 按交联比100:10制备压裂液。在40℃下, 考察了在压裂液中加0.2%HRS/EYD-1与不加HRS/EYD-1对压裂液粘度的影响。结果见图 1。

图 1     HRS/EYD-1对压裂液抗剪切性的影响

由图 1可知, 40℃下, 在压裂液中加HRS/EYD-1与不加HRS/EYD-1相比较, 当剪切时间小于45 min, 加HRS/EYD-1的压裂液剪切粘度明显高于未加HRS/EYD-1的压裂液, 这是由于HRS/EYD-1显碱性的缘故; 当剪切时间大于45 min以后, 二者之间的粘度趋于一致。由此说明, 在一定时间内, 压裂液中加入HRS/EYD-1不但不会削弱压裂液的抗剪切粘度, 反而在某种程度上会增强压裂液的粘度。

3.4 pH值对HRS/EYD-1体系降解残渣的影响

实验考察了HRS/酸和HRS/EYD-1体系在不同pH值环境下对压裂液破胶液残渣的影响。结果见图 2。

图 2     pH值对聚合降解剂降解破胶液残渣效果的影响

从图 2可知:在0.2%聚合物降解剂HRS/酸体系中, 随着pH值的升高, 压裂液破胶液残渣越高。当pH值为1时, HRS对聚合物降解残渣与pH值为7比较下降了近20%左右。由此说明在HRS/酸体系中, 强酸性对HRS降低聚合物残渣十分有益。对0.2%HRS/EYD-1体系来说, 不同pH值对HRS降解残渣效果影响不大。在pH值为7时, HRS/EYD-1体系较HRS/酸体系的压裂液中残渣下降了近20%, 并且它波及到压裂液所能到达的一切范围, 因此解堵效果更彻底。

用MASTERSIZER2000激光粒度分析仪, 考察了上述破胶液中固体颗粒体积浓度、平均粒径、中值粒径和粒径分布的影响。结果见表 4。

表 4    压裂液破胶液的粒径分布情况

由表 4可以看出:在原胶液中加入HRS/EYD-1与未加入比较, 破胶液中固体颗粒体积浓度由原来的0.0664%下降到0.0213%, 下降了近68%;粒径中值由原来的69.132 μm, 下降到43.556 μm, 下降了近36%。

3.5 HRS/EYD-1对破胶液中残渣的再降解作用

通过不同浓度HRS/EYD-1对压裂液破胶液残渣再降解作用后, 将再降解溶液通过填有一定质量支撑剂的填砂管, 测定其处理前后液体通过此管流速情况来象征性说明HRS/EYD-1对破胶液中残渣的再降解效果。

由图 3可看出:随着HRS/EYD-1浓度的增加, 同一数量的破胶液通过一定长度的填砂管所需要时间越少, 说明HRS/EYD-1体系对破胶液中残渣的降解效果越好。

图 3     不同HRS/EYD-1加量的破胶液对流速的影响（浸泡4h）

3.6 压裂破胶液对岩心的伤害

压裂后压裂液中的部分物质不能充分分解, 对支撑剂充填层的导流能力和地层的原始渗透率造成一定程度的伤害, 导致被处理井改造效率不佳, 产能大幅度下降。破胶温度和破胶体系决定了破胶液中被降解物相对分子质量的分布和残渣多少, 结果造成对不同基质渗透率的岩芯造成的伤害不同, 也影响了裂缝中支撑带流体流动能力。

岩心流动实验是研究压裂液伤害的基本方法, 选取直径为2.54 cm, 长度5.21 cm的岩心圆柱体, 按标准SY/T 5356-1999烘样。岩心抽真孔用地层水饱和, 装入岩心流动实验仪, 正向挤入煤油, 测煤油的岩心渗透率K0, 反向挤交联压裂液, 并使其在岩心中停留一定时间, 再正向挤煤油, 测煤油的岩心渗透率K1。用公式(1-K1/K0) ×100%计算伤害率, 实验结果见表 5。

表 5    不同液体对岩心的伤害测试结果

由表 5可看出:加入HRS/EYD-1压裂液的岩心伤害率为18.51%, 与未加HRS/EYD-1比较, 破胶液对基质的伤害率平均下降了48.5%。

3.7 现场试验

该体系于2008年7月在延长油田瓦窑堡采油厂进行了现场试验。其中改造层位为C4+5的井为瓦2344-2和2344-5井, 改造层位为C6的井为瓦2738-1和2738-2井。试验压裂液原胶液均为100 m3, 将0.3%的HRS混合在原胶液中, EYD-1混合在交联液中, 然后按照常规压裂工艺进行。不同的是关井时间必须保证在6 h以上, 保证解堵剂最佳降解作用时间。试验结果见表 6。新技术的特点是将原来两次作业工序一次性完成, 将解堵扩展到近井地带以外的压裂液所能波及的地方, 压裂效果显著并且成本低。

表 6    现场试验油井产量统计情况

现场试验表明, 压裂液和解堵剂HRS/EYD-1一起混合施工, 施工前后日产油比较, C4+5储层施工后日增油是施工前的8倍, C6储层施工后日增油是施工后的4.5倍, 新老工艺施工前后比较, C4+5储层施工后日增油是施工前的2.3倍, C6储层施工后日增油是施工前的2.4倍。并且压裂后1天投产, 较老工艺提前一天。因此新技术在保护储层及增产效果方面较老工艺显著。

4 结论

(1) 新技术在不改变水基压裂成熟工艺的基础上, 首次实现了油井压裂和解堵合二为一, 减少了施工次数, 降低了施工成本, 提高了压裂改造效果。

(2) 聚合物降解剂HRS/EYD-1具有防止原胶液腐烂变质的作用。

(3) 聚合物降解剂HRS/EYD-1对压裂破胶液中的残渣具有很好的降解效果, 有利于提高破胶液的返排率, 对减轻残渣对近井地带造成的伤害具有重要的意义。

(4) 聚合物降解剂HRS/EYD-1随着压裂液同时进入地层, 作用范围更广, 混合更加均匀, 对破胶液中的残渣具有显著的再降解功效, 可以显著降低残渣对支撑带造成的伤害。

参考文献
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