趙立強杜 娟劉平禮趙振峰劉書杰

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué) 2.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 3.中海石油研究總院

一種高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系

趙立強1杜 娟1劉平禮1趙振峰2劉書杰3

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué) 2.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 3.中海石油研究總院

趙立強等.一種高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系.天然氣工業(yè)，2012，32（6）：43-45.

前置酸加砂壓裂工藝技術(shù)在油氣田現(xiàn)場增產(chǎn)改造作業(yè)中已進行了大量應(yīng)用，并取得了較好的增產(chǎn)效果，但同時也暴露出了在壓裂注入過程中前置酸與壓裂液接觸提前破膠等問題。為此，根據(jù)前置酸加砂壓裂工藝技術(shù)的要求，從確保施工成功、提高增產(chǎn)效果出發(fā)，提出了采用前置酸加砂壓裂隔離液隔離前置酸和壓裂液技術(shù)，通過理論分析和實驗研究，優(yōu)選出了有機酯類物質(zhì)作為前置酸加砂壓裂隔離液體系主劑，提出了高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液配方和制備方法。對系列實驗評價分析結(jié)果的研究表明，所提出的有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系能較好滿足前置酸加砂壓裂要求，有效隔離前置酸液和壓裂液，提高了施工效果。

壓裂（巖石） 前置酸 壓裂液 隔離液 有機酯 體系 施工效果

前置酸加砂壓裂是將酸液在高于破裂壓力下泵入地層，使一部分酸液處于裂縫最前緣，一部分酸液濾失到裂縫壁面兩側(cè)，隨后繼續(xù)泵入攜砂液、頂替液，從而完成施工［1］。前置酸加砂壓裂常使用交聯(lián)羥丙基瓜膠為主的水基壓裂液，采用NaOH和NaCO3調(diào)節(jié)p H值在9～11，壓裂液遇前置酸會破膠［2－3］。為解決該問題，現(xiàn)場進行壓裂施工時需加入一種隔離液，以實現(xiàn)隔開前置酸液和壓裂液的目的，從而提高施工效果。

目前，國內(nèi)外無專用前置酸加砂壓裂用隔離液，現(xiàn)場施工過程中通常采用未交聯(lián)壓裂液作為隔離液［4－8］。采用未交聯(lián)壓裂液作隔離液會降低酸液濃度，減小反應(yīng)活性。另外，為了避免酸液和攜砂液接觸破膠，影響壓裂液攜砂性能，現(xiàn)場往往加入大量未交聯(lián)壓裂液作為隔離液，易導(dǎo)致儲層傷害。筆者針對所存在的問題，通過理論分析和室內(nèi)評價研究，提出了高性能有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系配方和制備方法。

1 使用隔離液的必要性及性能要求

1.1 使用隔離液的必要性

在室內(nèi)將壓裂液與酸液1∶1混合，攪勻，采用布什黏度計（0號轉(zhuǎn)子34S－1）測定其黏度變化，結(jié)果表明酸液和壓裂液接觸會破膠（圖1、表1）。

圖1 壓裂液（交聯(lián)羥丙基瓜膠）、壓裂液＋3%HCl圖

表1 壓裂液和酸液混合黏度測定結(jié)果表

綜上所述，在前置酸加砂壓裂中，常使用交聯(lián)羥丙基瓜膠為主的水基壓裂液和前置酸接觸會破膠?，F(xiàn)場施工過程中通常采用未交聯(lián)壓裂液作為隔離液，然而該隔離液存在會降低隔離液濃度、減小反應(yīng)活性、易傷害儲層等問題。因此非常有必要研制出一種新的前置酸加砂壓裂隔離液。

1.2 隔離液性能要求

根據(jù)前置酸加砂壓裂工藝特點，為了確保施工成功并取得較好效果，隔離液應(yīng)具備如下性能［9］：①隔離液與壓裂液配伍；②隔離液與前置酸配伍；③隔離液與地層流體配伍；④隔離液不會引起壓裂液破膠；⑤隔離液不對儲層造成傷害；⑥壓裂時要求隔離液能起到很好的隔離效果，在壓裂后又能讓酸液與壓裂液接觸。

2 有機酯類物質(zhì)作用機理分析

2.1 有機酯基本性質(zhì)分析

石油行業(yè)中常用有機酯類物質(zhì)［10］通常為飽和羧酸酯（圖2-a）和磷酸酯（圖2-b），均屬于中性物質(zhì)，不會對壓裂液造成破膠。

圖2 羧酸酯、磷酸酯分子結(jié)構(gòu)圖

由于有機酯為飽和碳鏈結(jié)構(gòu)，在井筒及儲層中不會發(fā)生聚合，仍保持其小分子狀態(tài)，因此不會對儲層造成傷害。

2.2 有機酯水解反應(yīng)分析

有機酯的水解反應(yīng)為酰基碳上的親核取代，羧酸酯水解反應(yīng)方程式為式（1）［11］，產(chǎn)物為羧酸和飽和醇；磷酸酯水解反應(yīng)方程式為式（2）～（4），產(chǎn)物為磷酸和飽和醇?？梢?，有機酯水解后產(chǎn)物為有機酸和醇類物質(zhì)。由于有機酸為酸化常用體系，有助于酸化，同時醇類物質(zhì)具有較好的潤濕延展性，能降低表面張力。因此，有機酯不僅不會對儲層造成傷害，其水解產(chǎn)物有機酸還能起到一定的酸化效果，醇類還能解除水鎖現(xiàn)象。

3 有機酯隔離液的配方及其制備方法

3.1 有機酯隔離液配方

有機酯隔離液配方為：A＋B＋D＋E，由以下各種組分按重量份配比組成：15～35份或100份A；0～1份B；0～1份D；63～85份或0份E。

所述A為常見酯類物質(zhì)，通式C m OOX n H y，C為碳元素、X為碳元素或磷元素，O為氧元素，H為氫元素。m值為2～8，當(dāng)X為碳元素時，n值為2～4，而當(dāng)X為磷元素時，n值為1，如乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸二甲酯、磷酸三丁酯等。所述B為吐溫80、span80、山梨糖醇酐油酸酯的其中一種或兩種以上的混合物。所述D為常見黏土穩(wěn)定劑，十二烷基胺乙酸氨、氯化十二烷基三甲銨。所述E為水。

3.2 有機酯隔離液制備方法

稱取15～35份或100份A、0～1份B、0～1份D、63～85份或0份E，然后將A、B、D、E放在混合容器中，攪拌器以低速轉(zhuǎn)動攪拌30 s，即得到筆者研制的前置酸加砂壓裂用隔離液。

4 有機酯隔離液的性能評價

根據(jù)有機酯隔離液體系的組成，設(shè)計了3種具體的配方（表2），開展了配伍性和隔離效果評價。

表2 有機酯隔離液體系配方組成表

4.1 配伍性評價

將各隔離液配方與蘇里格氣田的實際地層水1∶1混合，攪拌均勻，水浴90℃，4 h后的結(jié)果如圖3所示。將液體過濾，濾紙上沒有固相物質(zhì)，表明有機酯隔離液體系與地層水配伍性較好。

圖3 隔離液與地層水配伍性能圖

4.2 隔離效果評價

將各隔離液配方分別與酸和壓裂液混合，在低溫（20℃）和高溫（80℃）情況下靜置觀察，其結(jié)果表明有機酯隔離液能有效隔離前置酸和壓裂液（圖4和表3）。

圖4 土酸＋隔離液＋壓裂液隔離效果圖

表3 不同隔離液配方與酸和壓裂液的隔離效果表

5 結(jié)論

1）優(yōu)選出了有機酯類物質(zhì)作為前置酸加砂壓裂隔離液體系主劑。

2）形成了有機酯前置酸加砂壓裂隔離液配方和制備方法。

3）根據(jù)系列實驗評價分析結(jié)果表明，筆者提出的有機酯前置酸加砂壓裂隔離液體系能較好滿足前置酸加砂壓裂要求，有效隔離前置酸液和壓裂液，提高了施工效果。

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（修改回稿日期 2012-05-07 編輯 韓曉渝）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.010

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（編號：2011ZX05044）、國家科技重大專項“海外大陸邊緣盆地勘探開發(fā)實用新技術(shù)研究”（編號：2011ZX05030-005-08）。

趙立強，1957年生，教授，博士生導(dǎo)師；一直從事酸化壓裂增產(chǎn)技術(shù)和采油氣工程的教學(xué)與科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)新都大道8號。電話：（028）83032911。E-mail：zhaolq＠vip.163.com