徐占東，代延偉，李麗書　(中石油大慶鉆探工程公司井下作業(yè)工程公司，吉林 松原 138000)

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JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液的性能評價及在吉林油田的應(yīng)用

徐占東，代延偉，李麗書(中石油大慶鉆探工程公司井下作業(yè)工程公司，吉林 松原 138000)

[摘要]吉林油田開發(fā)的雙坨子、小合隆、長嶺氣田具有儲層巖性復(fù)雜、埋藏深、地層溫度高、壓裂改造難度大等特點。針對這些特點研究了JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液，該壓裂液具有良好的耐溫、耐剪切性能。室內(nèi)試驗中將JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液與羥丙基胍膠壓裂液對比，JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液在摩阻性、破膠性、懸砂性、黏彈性上優(yōu)于羥丙基胍膠壓裂液。2012～2013年JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液在吉林油田累計施工42口天然氣井，注入壓裂液143912m3，支撐劑19374m3，施工壓力平穩(wěn)，開發(fā)效果良好，得到了廣泛應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]JK-1002高溫羧甲基胍膠；壓裂液；吉林油田

吉林油田開發(fā)的雙坨子、小合隆、長嶺氣田儲層巖性都十分復(fù)雜。如長嶺氣田的儲層是火山巖和致密砂巖，埋藏深、地層溫度可達(dá)130～180℃、儲層厚度大、裂縫型發(fā)育、壓裂改造難度大[1,2]。針對這些地層特點，筆者研究了JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液，并在吉林油田天然氣井開發(fā)中成功推廣應(yīng)用。

1合成機理

對胍膠原粉進行改性，在胍膠分子中引入羧甲基基團[3]。螯合作用延緩了JK-1002高溫羧甲基胍膠的交聯(lián)反應(yīng)速度，使體系黏度慢慢增加。共軛結(jié)構(gòu)使得羧甲基胍膠具有更好的耐高溫耐剪切性能。JK-1002高溫羧甲基胍膠的合成反應(yīng)是針對原粉進行的，首先將胚乳片通過水合、粉碎加工成原粉，然后在乙醇溶液中進行改性反應(yīng)[4]，合成出JK-1002高溫羧甲基胍膠，之后還需要再次進行粉碎加工，得到成品改性粉。工藝流程為胚乳片→水合→粉碎→原粉→改性→洗滌→干燥→粉碎得成品。反應(yīng)過程為：

2壓裂液的性能

圖1　130℃流變曲線

圖2　150℃流變曲線

圖3　180℃流變曲線

2.1耐溫耐剪切性能

參照SY/T 6376—2008《壓裂液通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，對JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液進行耐溫耐剪切測試。圖1為當(dāng)壓裂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%，試驗溫度130℃，剪切速率170s-1時，剪切1h后黏度為139.6mPa·s；圖2為當(dāng)試驗溫度150℃，剪切速率170s-1時，剪切1h后黏度為130.1mPa·s；圖3為當(dāng)壓裂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%，試驗溫度180℃，剪切速率170s-1時，剪切1h后黏度為114.1mPa·s。研究表明，JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液的耐高溫耐剪切性能滿足壓裂液標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2摩阻性能

JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液稠化劑使用濃度較羥丙基胍膠壓裂液低，致使基液黏度相對較低，同時JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液具有的獨特半交聯(lián)型凍膠使得該壓裂液體系具有適宜的黏度和良好的彈性，既能很好地攜砂又能有效地降低摩阻。在昌37井分別用JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液和羥丙基胍膠壓裂液進行了摩阻測試(圖4)。施工中前30m3砂使用JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液，施工壓力61～68MPa，后10m3砂使用羥丙基胍膠壓裂液，最高施工壓力接近80MPa，從測試結(jié)果可看出JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液施工摩阻低于羥丙基胍膠壓裂液。

圖4　昌37井施工壓力曲線

2.3懸砂性能

將JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液與支撐劑按100∶40的體積比混合，加入交聯(lián)劑并攪拌均勻使之形成凍膠，觀察支撐劑的沉降情況(圖5)。隨著時間推移，支撐劑出現(xiàn)了下沉。支撐劑在羧甲基胍膠壓裂液中的平均沉降速度為0.036mm/s，而羥丙基胍膠的沉降速度約為0.101mm/s。

圖5　懸砂性能示意圖

2.4破膠液的殘渣

表1中列出的是羥丙基胍膠和JK-1002高溫羧甲基胍膠在各自交聯(lián)體系下破膠試驗結(jié)果，破膠溫度90℃，破膠時間4h后，JK-1002高溫羧甲基胍膠殘渣含量明顯低于羥丙基胍膠。

表1　羥丙基胍膠與JK-1002高溫羧甲基胍膠破膠數(shù)據(jù)

注：配方中NaOH溶液濃度為0.1mol/L，配方中的百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.5黏彈性

用控制應(yīng)力流變儀進行交聯(lián)壓裂液的黏彈性試驗。由表2可見，隨著溫度的升高，羥丙基胍膠交聯(lián)壓裂液的終切力降幅較大，表明彈性結(jié)構(gòu)破壞比較嚴(yán)重，直接影響支撐劑的輸送能力；而羧甲基胍膠交聯(lián)壓裂液在質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的情況下，由于其交聯(lián)結(jié)構(gòu)較強，溫度升高對彈性結(jié)構(gòu)的破壞程度低，所以終切力較高，說明JK-1002高溫羧甲基胍膠有利于支撐劑的輸送。當(dāng)溫度從100℃升至130℃時，羥丙基胍膠交聯(lián)壓裂液的初切力明顯降低，而JK-1002高溫羧甲基胍膠交聯(lián)壓裂液的初切力變化較小，表明JK-1002高溫羧甲基胍膠交聯(lián)壓裂液黏彈性優(yōu)于羥丙基胍膠交聯(lián)壓裂液。

表2　JK-1002高溫羧甲基胍膠與羥丙基胍膠黏彈性試驗數(shù)據(jù)

2.6巖心傷害

JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液和羥丙基胍膠壓裂液對長嶺1號氣田登婁庫組砂巖巖心進行巖心傷害對比試驗，試驗數(shù)據(jù)如表3所示，可以看出JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液對巖心傷害率均值為18.75%，而羥丙基胍膠壓裂液對巖心傷害率均值為30.2%，可見JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液對巖心的傷害要遠(yuǎn)低于羥丙基胍膠壓裂液。

表3　羥丙基胍膠與JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液傷害試驗數(shù)據(jù)

2.7破膠性能

JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液破膠時間隨著破膠劑(APS)加量的增加而縮短，破膠時間可控，見表4。

表4　不同APS加量JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液破膠試驗

圖6　加入生物酶JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液破膠試驗

JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液具有很好的破膠性能[5]，破膠迅速，較低濃度APS即可使其破膠。施工lh后就可放噴返排。生物酶可使破膠液中大分子結(jié)構(gòu)進一步降解，與破膠劑同時使用后，破膠液黏度小于1.5mPa·s，可提高返排率10%，見圖6。

2.8鐵離子敏感性

JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液在英臺地區(qū)施工，用當(dāng)?shù)鼐M行配液時發(fā)現(xiàn)JK-1002高溫羧甲基胍膠的黏度遠(yuǎn)小于正常值，且無法交聯(lián)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場配液使用的地下水中Fe2+含量較高，為4mg/L，JK-1002高溫羧甲基胍膠分子結(jié)構(gòu)中的羧基與Fe2+發(fā)生反應(yīng)，生成物溶度積非常低，從而導(dǎo)致羧甲基胍膠無法正常溶脹。

通過研究，將Fe2+氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+在pH值大于2.2時，很容易和水中的OH-1反應(yīng)生成不溶于水的沉淀，從而有效地去除掉Fe2+。

針對上述情況，采取了將現(xiàn)場井水取出在空氣中充分暴氧，將Fe2+氧化成Fe3+后再與JK-1002高溫羧甲基胍膠配制成基液，通過流變試驗結(jié)果(表5)可以看出隨著暴氧時間增加，壓裂液剩余剪切黏度不斷恢復(fù)，該方法有效且效果良好。

表5　暴氧后耐溫耐剪切試驗數(shù)據(jù)

地下水通過長時間暴氧，可以有效地去除Fe2+，保證羧甲基胍膠壓裂液的性能。但是需要的暴氧時間過長，對現(xiàn)場連續(xù)混配和快速施工有一定影響。因此引入鐵離子穩(wěn)定劑，可以直接將地下水中的Fe2+去除，縮短暴氧時間，保證施工。表6為加入鐵離子穩(wěn)定劑之后壓裂液流變試驗結(jié)果，可以看出壓裂液流變性能恢復(fù)正常。

表6　加入鐵離子穩(wěn)定劑后耐溫耐剪切試驗數(shù)據(jù)

注：測試結(jié)果為放置1h后測得。

3現(xiàn)場應(yīng)用

2012～2013年JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液在吉林油田天然氣井累計施工42口/305層，注入壓裂液143912 m3，支撐劑19374 m3。

表7　長深D平7井壓后產(chǎn)量統(tǒng)計

圖7　長深D平7井施工壓力曲線

4結(jié)論

1)JK-1002羧甲基胍膠壓裂液具有高黏彈性、高懸砂性及稠化劑使用濃度低、低傷害、低摩阻的特性。

2)JK-1002羧甲基胍膠壓裂液在吉林油田的成功推廣應(yīng)用，充分證明了JK-1002羧甲基胍膠壓裂液具有很好的耐溫耐剪切性能，且現(xiàn)場可操作性強，是一種值得推廣的壓裂液體系。

[參考文獻]

[1]王鴻勛.水力壓裂原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998.

[2]Gidley J L.水力壓裂技術(shù)新發(fā)展[M].蔣闐 譯.北京:石油工業(yè)出版社,1995.

[3]趙福麟.采油化學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1989.

[4]惠曉霞.石油化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1989.

[5]蔣建方，陸紅軍，慕立俊，等.羧甲基羥丙基瓜爾膠壓裂液的高溫性能評價[J].油田化學(xué),2011,28(3):309～313.

[編輯]帥群

[中圖分類號]TE357.12

[文獻標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)8-0064-06

[作者簡介]徐占東(1973-)，男，碩士，高級工程師，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)工作， 615864728@qq.com。

[收稿日期]2015-10-30

[引著格式]徐占東，代延偉，李麗書.JK-1002高溫羧甲基胍膠壓裂液的性能評價及在吉林油田的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版),2016,13(8):64～69.