石油与天然气化工  2012, Vol. 41 Issue (2): 207-209
镇北长8酸性羧甲基胍胶压裂液的研究及应用
吕海燕1,2 , 吴江1,2 , 薛小佳1,2 , 鲁玲3 , 周晓群1,2     
1. 长庆油田分公司油气工艺技术研究院;
2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室;
3. 长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心
收稿日期：2011-07-11
基金项目：500万吨课题8“鄂尔多斯盆地勘探开发关键技术研究及应用”
作者简介：吕海燕(1977-)，工程师。1999年毕业于江苏石油化工学院应用化学专业，2006年毕业于西安石油大学应用化学专业。长期从事压裂液的研究与现场应用工作.
摘要：针对镇北长8储层特征，研制开发出了一种新型酸性羧甲基胍胶压裂液体系，确定了该压裂液的配方。室内实验表明，该压裂液在酸性条件下交联，流变性能好，能完全破胶，破胶液粘度为3.44 mPa·s，破胶残渣只有144 mg/L，对储层伤害低。目前已成功压裂镇北长8地区6口井，增产效果明显，说明该压裂液适合用于碱敏储层改造。
关键词：羧甲基胍胶    弱酸性    压裂液    流变性    储层伤害    
Study and application of acidic carboxymethyl guar gum fracturing fluid in Zhenbei Chang 8 formation
Lv Haiyan1,2 , Wu Jiang1,2 , Xue Xiaojia1,2 , et al     
1. Oil & Gas Technology Research Institute, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi'an 710021, Shannxi, China;
2. Low Permeability Reservoirs E & D National Engineering Laboratory, Xi'an 710021, Shannxi, China
Abstract: A new kind of acidic carboxymethyl guar gum fracturing fluid is developed. Experimental results show that advantages of this fracturing fluid by cross bonding at acidic conditions are as follows: good rheological behavior, gel breaking completely, gel breaking liquid viscosity of 3.44 mPa·s, residue of 144 mg/L, and little damage to formation, etc. It has been proved to have obvious effects in creasing yield by successful fracturing in six wells in Zhenbei Chang 8 formation and this fracturing fluid is very suitable for alkaline sensitivity reservoir transformation.
Key words: carboxymethyl guar gum        fracturing fluid    rheological property    damage to formation    

镇北长8储层石英含量38%~53%，长石含量20%~41%，岩屑及云母含量27%~34%。颗粒分选中等至较好，接触关系以点-线和线状为主，线-凹凸状接触亦常见，填隙物和碎屑为颗粒支撑，胶结类型以薄膜孔隙式和孔隙式为主。从填隙物特征来看，填隙物以方解石、高岭石和伊利石等粘土矿物为主。长8平均排驱压力0.888 3 MPa，储层中大孔隙喉道较小，不利于流体运移聚集。采用不同pH值条件下的胍胶压裂液破胶液对镇北长8储层岩心进行伤害实验发现：pH值为9.0时，岩心平均伤害率为77.44%，pH值为7.0时，岩心平均伤害率为32.72%，pH值为5.0时，岩心平均伤害率为22.00%。因此以降低储层伤害为目的，开发新型的具有弱酸性、良好的防膨性能和返排性能的压裂液体系是非常必要的。

1 酸性羧甲基胍胶压裂液国内外现状

为了实现酸性交联，国外开发了羧甲基羟丙基胍胶。该产品最早在1991年Jeff Hunter等人对东得克萨斯的Cotton Valley地层压裂改造中，成功地作为新型低伤害水基压裂液体系应用，该压裂液体系的返排率达到了80%~90%，获得了较好的施工效果[1]。针对苏里格东部气田砂岩储层的改造，曾经开发了酸性压裂液体系(稠化剂为改性淀粉)，但该体系的相对分子质量较大，对低渗透油藏的伤害较大。

综上所述，开发酸性条件下交联、低残渣、低成本和破胶性能优良的羧甲基胍胶(CMHPG)压裂液体系对于降低改造过程中的地层伤害是非常有必要的[2-3]。

2 酸性羧甲基胍胶压裂液的研制及性能测试
2.1 主剂的工业合成

稠化剂羧甲基胍胶的合成步骤如下：

交联剂为有机锆：将氧化锆和柠檬酸在有机助剂的催化作用下搅拌即可得到交联剂成品[4-5]。

经过室内优化调整，研制出CJ2-12酸性羧甲基胍胶压裂液，该压裂液配方组成见表 1。

表 1    酸性羧甲基胍胶压裂液配方组成

2.2 性能测试

(1) 流变性。采用RS6000流变仪将0.35%CJ2-12的羧甲基胍胶压裂液在剪切速率为170 s-1下升温剪切，结果见图 1。

图 1     羧甲基胍胶压裂液耐温曲线

由图 1可以看出：酸性羧甲基胍胶压裂液体系的耐温可达80 ℃。在压裂施工中，液体刚进入裂缝时，地层温度最高，随着施工的进行，地层温度降低，采用RS6000流变仪在剪切速率为170 s-1、60 ℃下恒温剪切，结果见图 2。

图 2     60℃羧甲基胍胶压裂液耐温曲线

从图 2可以看出，0.35% CJ2-12持续剪切60 min后，粘度仍保持在110 mPa·s以上，具有优良的抗剪切性能。该压裂液体系的pH值为3~4，呈酸性，可以满足碱敏油层改造的施工要求。

(2) 防膨性能。采用离心法分别测试羧甲基胍胶压裂液破胶液与破胶液滤液的防膨率，实验结果见表 2。由表 2可知，压裂液的酸性和防膨剂的加入使体系具有良好的粘土防膨性能。

表 2    羧甲基胍胶压裂液防膨性能

(3) 表/界面张力测试。采用表面活性剂可有效降低压裂液破胶液的表/界面张力，能使其易于返排，体系的表/界面张力试验结果见表 3。

表 3    羧甲基胍胶压裂液的表界面张力

表 3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。

2.3 破胶性能

考虑到压裂工程中压裂液温度场的变化，进行了50℃、70℃两种温度下的破胶试验。在羧甲基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，放入电热恒温器中恒温加热，使压裂液在恒温下破胶，取上层清液，用毛细管粘度计分别测试其在不同时间内的破胶液粘度，对试验结果用Origin软件进行模拟，最终试验结果见图 3和图 4。

图 3     70℃羧甲基胍胶压裂液破胶曲线

图 4     50℃羧甲基胍胶压裂液破胶曲线

从破胶曲线可以看出，适当的破胶剂加量可使酸性压裂液冻胶完全破胶水化。针对不同的井深，通过调整破胶剂的加量，可满足不同规模的压裂施工要求。取50 mL压裂液，装入密闭容器中于70 ℃下恒温破胶，离心后称量残渣为7.2 mg。

2.4 静态滤失实验

按SY/T 5107-2005《水基压裂液评价方法》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3.5 MPa，对羧甲基胍胶压裂液在60 ℃、70 ℃下的滤失性能进行了测定，结果见表 4。

表 4    羧甲基胍胶压裂液在60℃和70 ℃时的滤失性能

表 4表明，羧甲基胍胶压裂液体系的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80 ℃下的滤失系数为6.23×10-4 m/min1/2)。

2.5 伤害实验

使用镇91-35井6块岩心模拟压裂液的岩心流动试验对压裂液进行了伤害评价，结果见表 5。

表 5    酸性羧甲基胍胶压裂液滤液岩心伤害

表 5表明，酸性羧甲基胍胶压裂液对岩心渗透率伤害率明显低于常规胍胶压裂液体系，表现出良好的储层适应性。

3 现场应用

2010年在镇北长8进行了现场试验，压裂了6口井，油层厚度与邻近对比井相当，但物性差于邻近对比井，试验结果见表 6。

表 6    镇北长8羧甲基酸性压裂液施工井与对比邻井试排产量对比

由表 6可知，采用酸性羧甲基胍胶压裂液体系在镇北长8储层进行压裂施工，储层改造效果好。

4 结论

(1) 针对镇北长8储层特征开发出了以羧甲基胍胶为稠化剂的酸性羧甲基胍胶压裂液体系，该体系能耐温80 ℃，60 ℃下耐剪切能力良好，能完全破胶，破胶液粘度为3.44 mPa·s，破胶残渣只有144 mg/L，对储层伤害低。

(2) 在镇北长8储层现场应用了6井次，单层加砂量为25 m3~40 m3，储层改造效果好，其中Ⅳ井试排日产油达到54.65 m3，日产水为0，说明该体系适合于碱敏油层储层改造。

参考文献
[1]
Dawson J C, Le H V, Cramer D. Successful application of a novel fracturing fluid in the Wasatch formation in Eastern Utah[M]. S P E 49042. 1998: 275-283.
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[3]
王满学, 黄平良, 何静, 等. 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[J]. 石油与天然气化工, 2010, 39(3): 234-237. DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2010.03.015
[4]
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[5]
王博涛. 羧甲基酸性压裂液在安塞油田的应用[J]. 石油化工应用, 2010, 29(5): 34-37. DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2010.05.011
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