高燕 ， 張冕 ， 李澤鋒

目前長慶油田在壓裂施工中大量使用的瓜膠液體系存在回收利用工藝復(fù)雜，成本高，效率低等問題，使得返排液利用效率低，增加了環(huán)境保護的壓力；表面活性劑由于其具有特殊結(jié)構(gòu)，作為壓裂液可用于儲層改造，作為驅(qū)油體系用于三次采油中可有效提高低滲油田采收率[1-3]，但同時具備儲層改造及驅(qū)油功能的材料未見相關(guān)報道。致密油藏體積改造后，滯留液體若能有效補充地層能量，改善油水界面，提高原油的波及效率，將會大大提高壓裂改造效果[3-4]。因此迫切需要研發(fā)具有驅(qū)油功能壓裂液體系，實現(xiàn)壓裂與采油的雙功能液體技術(shù)，利用表面活性劑壓裂液進行壓裂，返排液多次重復(fù)利用后末端液作為驅(qū)油體系使用，大幅度降低了壓裂液的環(huán)境污染風(fēng)險，為壓裂液“不落地”提供了技術(shù)保障[5-6]。

1 高效驅(qū)油壓裂液

1.1 稠化劑XYZC-6

稠化劑XYZC-6是一種以近肽鏈結(jié)構(gòu)的黏彈性表面活性劑與多組分有機溶劑復(fù)合而成的材料，是一種可實時連續(xù)混配并能重復(fù)循環(huán)使用的增稠劑。XYZC-6溶于水溶液中，表面活性劑中的分子首先在氣液界面排列，當(dāng)排列飽和后，能夠通過分子自組形成各種膠束結(jié)構(gòu)，以繼續(xù)降低體系的能量；當(dāng)溶液濃度超過CMC時，不規(guī)則的膠束結(jié)構(gòu)會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則的膠束結(jié)構(gòu)，溶液濃度接近于CMC的10倍或者加入一定量的電解質(zhì)，膠束會轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄈ嵝缘闹鶢钅z束，即為蠕蟲狀膠束；在特定表面活性劑的作用下，溶液中的分子會纏繞形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)與高分子聚合物溶液比較類似，這些較長的易彎曲的聚集體提高了溶液的黏彈性。當(dāng)濃度繼續(xù)增加或改變環(huán)境，溶液的黏度成幾何數(shù)量上升，形成液晶。所形成的液晶分子排列存在位置上的無序性，當(dāng)溶液具有“液晶”特性時，即可作為壓裂液。在物理化學(xué)特征表現(xiàn)出良好的黏彈性，即攜砂性；在一定的流速狀態(tài)下，其線性長鏈有序性排列，在施工壓力方面呈現(xiàn)低摩阻；由于壓裂液由蠕蟲狀分子的單體組成，相對獨立的分子鏈不受破壞，剪切后結(jié)構(gòu)瞬間恢復(fù)組合，形成新環(huán)境下的液晶體，黏彈性得以恢復(fù)。

XYZC-6加量對壓裂液黏度的影響見圖1。由圖1可知，隨著XYZC-6加量的增加，壓裂液可快速起黏，隨后黏度趨于穩(wěn)定。

圖1 XYZC-6加量對壓裂液黏度的影響

1.2 調(diào)節(jié)劑XYTJ-3

調(diào)節(jié)劑XYTJ-3是一種有機復(fù)合酸，主要與返排液中的離子形成溶于水的絡(luò)合物，降低礦化度對壓裂液的不利影響。不同礦化度返排液中加入調(diào)節(jié)劑后配制壓裂液的表觀黏度見圖2。由圖2可知，隨著調(diào)節(jié)劑的增加黏度增大，當(dāng)調(diào)節(jié)劑的添加濃度增加到0.15%后，黏度不再增加。因此，調(diào)節(jié)劑的加量為0.01%～0.15%。

圖2 不同水質(zhì)調(diào)節(jié)劑加量下壓裂液的表觀黏度

1.3 破膠劑

驅(qū)油壓裂液進入地層后，在地層水、礦物質(zhì)（電解質(zhì)）、油類等介質(zhì)下可實現(xiàn)自動破膠。破膠液會以囊泡、晶體、蠕蟲狀膠束等各種分子有效組合體存在，呈現(xiàn)出不同的物理狀態(tài)（溶液、液晶），且可相互轉(zhuǎn)變，這一特性決定了驅(qū)油壓裂液可多次重復(fù)利用。近肽鏈結(jié)構(gòu)的表面活性劑是天然的可再生的表面活性劑，可安全降解，環(huán)境友好，對地層不會造成傷害，實驗利用煤油研究了油類對壓裂液破膠性能的影響。在80 ℃下考察了XYZX-6加量為1.5%時，煤油破膠劑對清潔壓裂液破膠情況見表1。由表1可知，當(dāng)煤油的加量為2.0%時，該壓裂液在60 min內(nèi)即可徹底破膠。

表1 不同時間下煤油破膠劑對壓裂液黏度的影響

1.4 體系配方的確定

參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6376—2008對驅(qū)油壓裂液體系進行耐溫能力測試。實驗條件：升溫速度為3℃±0.2℃/min，從30 ℃開始實驗；轉(zhuǎn)子的剪切速率為170 s-1，壓裂液在加熱條件下受到連續(xù)剪切，當(dāng)凍膠表觀黏度低于20 mPa×s時，所達到的溫度定義為最高耐溫溫度[7]。XYZC-6加量對于壓裂液耐溫性能的影響見圖3。由圖3可知，隨XYZC-6加量的增加，壓裂液的耐溫能力也隨之增加；1.0%XYZC-6的壓裂液耐溫60 ℃，1.2% XYZC-6耐溫90 ℃，1.5% XYZC-6耐溫90 ℃。由于長慶區(qū)域油井普遍井深在2 000 m左右，井底溫度在60 ℃左右，選定XYZC-6的濃度為1.5%。最終確定出壓裂液配方為：清水+1.5%XYZC-6，XYTJ-3調(diào)節(jié)劑加量為0.01%～0.15%。

圖3 XYZC-6加量對壓裂液耐溫性能的影響

2 壓裂液性能評價

2.1 耐溫耐剪切性能

據(jù)前期研究表明，此類黏彈性壓裂液表觀黏度大于20 mPa·s時就具有強大的空間結(jié)構(gòu)[8-10]。高效驅(qū)油壓裂液在80 ℃下的黏度隨時間變化見圖4。由圖4可知，高效驅(qū)油壓裂液在80 ℃下經(jīng)過長時間剪切后，體系存在一個結(jié)構(gòu)動態(tài)平衡，表觀黏度值較高，其耐溫能力可達90 ℃。考察了破膠液再配液的耐溫性能，結(jié)果見圖5。由圖5可知，當(dāng)溫度升至79.87 ℃時，壓裂液黏度降低至20.04 mPa·s，表明破膠液再配制該壓裂液的耐溫性能與清水配制壓裂液耐溫性能接近，具有可回收再利用性能。

圖4 1.5%XYZC-6加量下壓裂液的耐溫耐剪切性能

圖5 破膠液配制壓裂液的耐溫耐剪切性能

2.2 懸砂性能

對于黏彈性壓裂液體系，表觀黏度并不能真實反映其攜砂性能，而壓裂液的黏彈性更能準(zhǔn)確地反映液體攜帶支撐劑性能的好壞[11-15]。實驗檢測了該壓裂液體系的黏彈性，結(jié)果見圖6。由圖6可知，高效驅(qū)油型壓裂液具有較好的黏彈性。

圖6 1.5% XYZC-6加量下壓裂液的黏彈性能

取100 mL待評價液體，分別置于30、90 ℃水浴鍋中恒溫20 min，再將液體倒入?yún)且鸹煺{(diào)器中，按20%的砂比加入0.45～0.90 mm的陶粒并攪拌均勻，分別在30、90 ℃下測試壓裂液的懸砂性能，結(jié)果見圖7。由圖7可知，20%砂比的陶粒在驅(qū)油清潔壓裂液中，30 ℃下靜置24 h和90 ℃水浴中靜置15 min后基本無沉降，陶粒均勻分布在液體中，表明該清潔壓裂液具有較強的黏彈性能，攜砂性好。

圖7 不同溫度下驅(qū)油壓裂液的靜態(tài)懸砂性能

2.3 抗鹽性能

實驗根據(jù)地層水質(zhì)分析結(jié)果，模擬不同礦化度地層水配制的驅(qū)油壓裂液。其耐溫曲線見圖8。由圖8可知，隨著溫度升高，黏度下降，在礦化度為100 000 mg/L時，黏度可達到35 mPa·s以上，完全滿足現(xiàn)場壓裂施工要求。

圖8 不同濃度鹽水配制的壓裂液耐溫性能

2.4 壓裂液破膠性能

參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6376—2008對壓裂液破膠性能進行測定，結(jié)果見表2。

表2 破膠性能對比

由表2可知，該壓裂液在50 min可以徹底破膠，破膠液殘渣為2 mg/L，這些參數(shù)均低于水基壓裂液評價指標(biāo)要求；其中，驅(qū)油壓裂液破膠液的中值粒徑為18.63 μm，具有降低儲層傷害的能力。

2.5 巖心傷害

實驗測定了驅(qū)油壓裂液破膠液對長6層巖心的傷害，結(jié)果見表3。由表3可知，傷害率僅為7.55%，明顯低于現(xiàn)用的植物膠類壓裂液。

表3 清潔壓裂液破膠液對巖心傷害實驗

2.6 驅(qū)油體系優(yōu)化

表面活性劑驅(qū)油體系和原油之間的界面張力是篩選驅(qū)油組分的重要指標(biāo)，按照文獻方法[15-17]，首先模擬油田壓裂液成膠過程，配制XYZC-6質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的驅(qū)油壓裂液，然后模擬油田壓裂液破膠及收集處理過程，向配制好的壓裂液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的煤油，混合均勻后裝入密閉容器內(nèi)，放入電熱恒溫烘箱中加熱至80 ℃，經(jīng)過5 h體系黏度和地層水黏度相當(dāng)后，利用分液漏斗分離上層油液，取下層水液用作以下實驗用液。實驗測定稀釋成不同濃度清潔壓裂液破膠液，在油藏條件下老化30 d前后降低表面張力的能力，結(jié)果見圖9。由圖9可知，在80 ℃下，破膠液與原油間老化前后的界面張力隨著XYZC-6質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈先降低后增加的趨勢。當(dāng)XYZC-6的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.006%時，油水界面張力降低至0.001 1 mN/m，表明XYZC-6在某一含量范圍內(nèi)活性最佳。因此，確定XYZC-6的含量為0.006%時，驅(qū)油功能顯著。

圖9 XYZC-6加量對返排液油水界面張力的影響（80 ℃）

2.7 驅(qū)油效果評價

采用長慶油田不同區(qū)塊的天然巖心，注入量為0.3倍孔隙體積，不同巖心的去油實驗見表4。由表4可知，對于滲透率介于（0.52～1.54） mD的天然巖心，水驅(qū)驅(qū)油效率介于50.14%～52.85%，水驅(qū)平均驅(qū)油效率為51.65%；XYZC-6驅(qū)油效率介于8.04%～12.50%，平均驅(qū)油效率為10.67%，驅(qū)油效果顯著。表明該類黏彈性表面活性劑壓裂返排液作為驅(qū)油劑，能夠提高低滲透油藏的采收率。

表4 不同滲透率巖心的驅(qū)油實驗

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2016年，該壓裂液在長慶油田靖安區(qū)塊施工8井次，累計入地液量為6 300.0 m3，回收5 814 m3液體，回收利用3次。X194井完鉆層位為長72層、長71、長62、長61層，射孔段為2 023.0～2 027.0 m，該井配制1 580 m3壓裂液，其中長71層壓裂返排液回收后用于長62再配制壓裂液。該井壓裂返排液重復(fù)利用3次，其性能見表5。由表5可知，返排液黏度為1.2182～1.8557 mPa·s，返排液礦化度為12 080～18 630 mg/L，礦化度偏高，需加入0.01%～0.5%的XYTJ-3進行調(diào)節(jié)，返排液經(jīng)調(diào)節(jié)后再配制壓裂液的黏度為39～43.5 mPa·s，滿足現(xiàn)場施工要求。此外，該井返排液與煤油的界面張力為0.05～0.10 mN/m，表明該壓裂返排液有助于提高壓后返排效率，且該返排液具有驅(qū)油能力。

表5 返排液再配液性能測定結(jié)果

圖10為X194井的壓裂施工曲線。由圖10可知，施工壓力平穩(wěn)，該井平均砂比為20%，表現(xiàn)出良好的耐溫耐剪切性能及攜砂性能。

圖10 X194井壓裂施工曲線

X194與鄰井產(chǎn)量對比情況見表6。由表6可知，X194井產(chǎn)量約為鄰井產(chǎn)量的2倍，進一步驗證了驅(qū)油壓裂液對儲層改造后，滯留液體可有效地改善油水界面，提高了儲層的改造效果。

表6 X194與鄰井產(chǎn)量對比

4 結(jié)論

1.研發(fā)出一種可替代瓜膠的高效驅(qū)油清潔壓裂液體系，該壓裂液由1.5%XYZC-6稠化劑、0.15%XYTJ-3調(diào)節(jié)劑組成。

2.該壓裂液耐溫90 ℃，抗鹽可達100 000 mg/L，具有良好的攜砂、減阻性能，并且壓裂液破膠徹底，破膠液殘渣含量為2 mg/L，破膠液的界面張力可達 10-2～10-3mN/m。

3. 該返排液經(jīng)分離沉降等簡單處理后即可再配壓裂液，末端返排液經(jīng)處理可用于驅(qū)油，變廢為寶，可實現(xiàn)壓裂液“零排放、零污染”，大幅度降低了壓裂液的環(huán)境污染風(fēng)險。

[1]曹緒龍，王得順，李秀蘭.孤島油田西區(qū)復(fù)合驅(qū)界面張力研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2001，8（1）：64-66.

Cao Xulong， Wang Deshun，Li Xiulan.Research of interfacial tension for combination flooding in western area of Gudao oil field[J].PGRE，2001，8（1）：64-66.

[2]肖嘯，宋昭崢.低滲透油藏表面活性劑降壓增注機理研究[J].應(yīng)用化工，2012，41（10）：1796-1798.

XIAO Xiao，SONG Zhaozheng. The mechanism research of decreasing injection pressure and increasing injection rate by surfactant in the low permeability oilfield[J].Applied Chemical Industry，2012，41（10）：1796-1798.

[3]ADIBHATLA B， MOHANTY K.Oil recovery from fractured carbonates by surfactant-aided gravity drainage：laboratory experiments and mechanistic simulations[J]. Spe Reservoir Evaluation & Engineering，2008，11（1）：119-130.

[4]Levitt D B，Jackson A C，Britton L N，et al．Identification and evaluation of high-performance ERO surfactant[C].SPE 100089，2006．

[5]何靜，王滿學(xué)，洪玲.一種適合延長低滲油田的水基威蘭膠壓裂液體系研究[J].鉆采工藝，2017，40（1）：92-96.

HE Jing，WANG Manxue，Hong Ling.Development of a kind of water-base welan-gun frccturing fluid system for low permeability yanchang oilfield[J].Driling &Poduction Technology，2017，40（1）：92-96.

[6]林波， 劉通義， 趙眾從，等. 抗高溫?zé)o殘渣壓裂液的研究與應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液，2012，29（5）：70-73.

LIN Bo，LIU Tongyi，ZHAO Zhongcong，et al.Research and application of high temperature clean fracturing fluid system [J].Drilling Fluid & Completion Fluid， 2012，2 9（5）：70-73.

[7]周成裕，陳馥，黃磊光，等.一種高溫抗剪切聚合物壓裂液的研制[J].鉆井液與完井液，2008，25（1）：68-72.

ZHOU Chengyu，CHEN Fu，HUANG Leiguang，et al.The development of a high temperature and anti-shearing polymer fracturing fluid[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2008，25（1）：68-72.

[8]吳玉娜，丁偉，江依昊.兩性表面活性劑有效物含量的測定方法研究進展[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2014，35（ 1） ： 61-63．

WU Yuna，DING Wei， JIANG Yihao．Research progress of the content determination of effective substance of amphoteric surfactants[J].Journal of Chemical Industry& Engineering，2014， 35（ 1） ： 61-63．

[9]YANG Jiang，YANG Zhen，LU Yongjun，et al.Rheological properties of zwitterionic wormlike micelle in presence of solvents and cosurfactant at high temperature[J].Journal of Dispersion Science and Technology，2013，34（ 8）：1124-1129．

[10]楊博麗.壓裂返排液不落地回收處理技術(shù)在蘇里格氣田的應(yīng)用[J].石油與天然氣化工，2017，46（5）：98-105.

YANG Boli.Application of on line re cycling technology on fracturing flowback in sulige gas field[J].Chemical Engineering of Oil & Gas，2017，46（5）：98-105.

[11]馬紅，黃達全，李廣環(huán)，等.瓜膠壓裂返排液重復(fù)利用的室內(nèi)研究[J].鉆井液與完井液，2017，34（4）：122-126.

MA Hong，HUANG Daquan，LI Guanghuan，et al.Laboratory study on recycling of flowback fluid of guar fracturing fluid[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2017，34（4）：122-126.

[12]羅躍，張煜，楊祖國，等．長慶低滲油藏暫堵酸化技術(shù)研究[J].石油與天然氣化工，2008，37（3）:229-232.

LUOYue，ZHANG Yu，YANGZuguo，etal.Applicationof temporarypluggingandacidiza-tioninchang qinglowpermeabilityreservoirs[J].Chemical engineering ofoil & Gas，2008，37（3）：229-232.

[13]NICOLOV A D，WASAN D T， HUANG D W.TheEffe ctofOilonFoamStability:MechanismsandImplicationforOil DisplacementbyFoaminPorousMedia[J].SPE 155438.

[14]唐洪彪，王世彬，郭建春，等.pH 值對羥丙基瓜膠壓裂液性能的影響[J].油田化學(xué)，2016，33（2）：220-223.

TANG Hongbiao，WANG Shibin，GUO Jianchun，et al.Effect of pH value on performance of hydroxypropyl guar gum fracturing fluid[J].Oilfield Chemistry，2016，33（2）：220-223.

[15]薛東圓，張潔，秦方玲，等 . 壓裂用瓜膠用殺菌劑篩選與作用效果評價[J]. 化工技術(shù)與開發(fā)，2015，44（4）：1-4.

XEU Dongyuan，ZHANG Jie，QIN Fangling. Screening and evaluation of bactericide for guar gum using infracturing fluid[J].Technology & Development ofChemistry，2015，44（4）：1-4.

[16]王艷麗.新型高性能轉(zhuǎn)向酸的制備及性能評價[J].鉆井液與完井液，2016，33（6）：111-115.

WANG Yanli.Preparation and evaluation of a new high performance diverting acid[J].Drilling Fluid &Completion Fluid，2016，33（6）：111-115.

[17]ZHANG Y，F(xiàn)ENG Y，WANG Y，et al.CO2-switchable viscoelastic fluids based on a pseudogemini surfactant[J].Langmuir，2013，29（13）：4187-4192.