雷小洋 （中石油華北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘062552）

唐善法 （長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢430100）

余吉良，王蕊，王艾 （中石油華北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘062552）

李金奎 （中石油華北油田分公司第三采油廠，河北 河間062450）

目前壓裂施工所用粘彈性表面活性劑主要有陽(yáng)離子、兩性離子和非離子3種類型［1］，其中非離子表面活性劑要在濃度很高的情況下才具有粘彈特性，因而制約了它的廣泛應(yīng)用［2］；兩性離子表面活性劑通常要在酸性條件下與鹽作用后才具有粘彈性，適用于酸化和酸壓［3］；陽(yáng)離子季銨鹽表面活性劑由于在較低濃度下與鹽復(fù)配后具有較高的粘彈性［4］，使其廣泛應(yīng)用于壓裂作業(yè)。陽(yáng)離子型清潔壓裂液雖然在一定程度上解決了常規(guī)聚合物壓裂液破膠后留有殘?jiān)鼈?chǔ)層的問(wèn)題［5］，但也存在明顯的耐溫性差、對(duì)低滲特低滲地層易造成傷害、成本較高等不足［6，7］。為此，筆者研制了一種以陰離子雙子表面活性劑GA－16為主劑的復(fù)合清潔壓裂液體系，并對(duì)其壓裂性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，旨在為陰離子雙子表面活性劑GA－16復(fù)合清潔壓裂液體系在低滲、特低滲地層的壓裂應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 藥品及儀器

1）藥品 陰離子雙子表面活性劑GA－16、水楊酸鈉AR、十二醇、納米TiO2、胍膠、煤油。

2）儀器 安東帕MCR301流變儀、表面張力儀、電子天平、高速臺(tái)式離心機(jī)、巖心驅(qū)替裝置、真空干燥箱。

1.2 試驗(yàn)方法

稱取適量的實(shí)驗(yàn)室自制陰離子雙子表面活性劑GA－16、水楊酸鈉、十二醇加入蒸餾水均勻攪拌后與配置好的納米TiO2懸浮液對(duì)沖，攪拌后放置一段時(shí)間形成GA－16復(fù)合清潔壓裂液體系。

按照SY－T 5107－2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》［8］對(duì)體系的耐溫性能、抗剪切性能、破膠性能、靜態(tài)濾失巖心損害率進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 十二醇濃度優(yōu)選

體系中陰離子雙子表面活性劑GA－16、水楊酸鈉質(zhì)量濃度已優(yōu)化，分別為3.0%、2.0%。為降低表面活性劑形成膠束的濃度，提高體系的黏度，試驗(yàn)選取了十二醇作為助劑，對(duì)其濃度進(jìn)行優(yōu)選，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，十二醇可以較大幅度地提高體系的黏度，表明在常溫下非水溶性十二醇可以有效地降低陰離子雙子表面活性劑GA－16的第二臨界膠束濃度，其長(zhǎng)碳鏈及醇羥基結(jié)構(gòu)使表面活性劑形成棒狀膠束更加容易［9］；當(dāng)十二醇濃度高于3%后，體系黏度趨于穩(wěn)定，此后十二醇對(duì)體系黏度影響下降。選擇十二醇的濃度為3%。

圖1 體系黏度隨十二醇濃度變化關(guān)系 （30℃、170s－1）

圖2 不同濃度TiO2對(duì)體系黏度的影響（30～90℃、170s－1）

2.2 納米TiO2濃度優(yōu)選

在優(yōu)化陰離子雙子表面活性劑GA－16、水楊酸鈉、十二醇濃度后，加入納米TiO2，觀察其對(duì)體系黏度的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，在低溫 （30～45℃）區(qū)，納米TiO2的加入對(duì)體系的黏度影響不大，但隨著溫度的進(jìn)一步升高納米TiO2對(duì)體系黏度作用逐步凸顯，當(dāng)TiO2濃度在0.15%時(shí)，對(duì)體系黏度提升作用達(dá)到最佳。這是由于納米TiO2獨(dú)特的分子間靜電作用，分散在表面活性劑膠束間對(duì)膠束運(yùn)動(dòng)具有一定的束縛作用［10，11］，有助于膠束纏繞形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

2.3 耐溫抗剪切性能

按照SY－T 5107－2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》對(duì)體系的耐溫抗剪切性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖3和圖4所示。由圖3可以看出，隨著溫度升高，體系黏度逐漸下降，表觀黏度下降至50mPa·s對(duì)應(yīng)的溫度為80℃，當(dāng)溫度升至90℃時(shí)，體系黏度仍高于25mPa·s；由圖4可以看出，經(jīng)過(guò)150min剪切后，體系的黏度為39.2mPa·s，黏度保留率達(dá)到78.4%。

2.4 破膠性能

試驗(yàn)選用的破膠劑為水與煤油，體系與破膠劑的體積比分別為1∶3、5∶1，按照SY－T 5107－2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行試驗(yàn)操作，測(cè)試結(jié)果如表1。由表1可以看出，體系破膠后的各項(xiàng)性能均優(yōu)于瓜膠壓裂液，破膠后溶液的表界面張力、破膠液黏度都處于較低值且無(wú)殘?jiān)欣诤笃诘挠蜌忾_(kāi)采。

表1 壓裂液破膠性能測(cè)試

圖3 壓裂液體系耐溫性能測(cè)試

圖4 壓裂液體系抗剪切性能測(cè)試 （80℃）

2.5 基質(zhì)滲透率損害

選取低滲、特低滲、超低滲3根巖心，按照SY－T 5107－2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)體系濾液對(duì)巖心基質(zhì)滲透率損害的程度，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，體系濾液對(duì)巖心基質(zhì)滲透率損害率只有11.02%，遠(yuǎn)低于瓜膠壓裂液的損害率。

表2 壓裂液濾液對(duì)基質(zhì)滲透率損害測(cè)定

3 結(jié)論

1）GA－16復(fù)合清潔壓裂液中的十二醇可以較大幅度提高體系的黏度，納米TiO2可以較好地提高其抗溫性能，適用于80℃地層壓裂。

2）體系的破膠液界面張力低、黏度低，破膠后無(wú)殘?jiān)?，巖心滲透率平均損害率只有11.02%，對(duì)低滲透油氣儲(chǔ)層具有較好的壓裂效果。

［1］ 張朝舉，何興貴，關(guān)興華，等 .國(guó)內(nèi)低中溫清潔壓裂液研究進(jìn)展及應(yīng)用展望 ［J］.鉆采工藝，2009，32（3）：93～95.

［2］ 張榮明，林士英，李柏林 .粘彈性表面活性劑壓裂液的研究應(yīng)用現(xiàn)狀分析 ［J］.河南石油，2006，20（3）：73～75.

［3］ 楊彪 .粘彈性表面活性劑壓裂液的研制及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 ［D］.青島：中國(guó)石油大學(xué)，2007.

［4］ 李圣濤 .壓裂用粘彈性表面活性劑的合成及其結(jié)構(gòu)與性能研究 ［D］.成都：西南石油大學(xué)，2006.

［5］ 何靜，王滿學(xué)，趙逸 .適合特低滲透油田的VES清潔壓裂液性能 ［J］.鉆井液與完井液，2012，29（1）：79～84.

［6］ 劉友權(quán)，王小紅，唐家帆 .清潔壓裂液在四川氣田的應(yīng)用 ［J］.鉆采工藝，2003，26（3）：116～120.

［7］ 鄢捷年，王富華 .表面活性劑吸附引起的硅石潤(rùn)濕性改變 ［J］.油田化學(xué)，1993，10（3）：195～200.

［8］ SY－T5107－2005，水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法 ［S］.

［9］ 紀(jì)永強(qiáng) .陰離子表面活性劑蠕蟲(chóng)狀膠束的流變性質(zhì)及三次采油驅(qū)油劑的應(yīng)用研究 ［D］.青島：山東大學(xué)，2008.

［10］ 劉新全，易明新，趙金鈺，等 .粘彈性表面活性劑壓裂液 ［J］.油田化學(xué)，2001，18（3）：273～277.

［11］ 羅明良，賈自龍，孫厚臺(tái) .納米二氧化鈦改性MES粘彈性膠束溶液的性能 ［J］.石油學(xué)報(bào)，2012，28（3）：456～462.