欒 飛，王 淞，熊 欣，馬傳賀，孫 斌，劉志強(qiáng)

（中原石油工程有限公司井下特種作業(yè)公司，河南濮陽(yáng) 457164）

民和盆地位于甘肅與青海的交界處，為青藏高原東北緣與黃土高原的交接部位，是在中祁連隆起帶上發(fā)育起來(lái)的斷坳山間沉積盆地。巴州坳陷是民和盆地最有利的生油凹陷，位于民和盆地西南部、屬于盆地的次級(jí)構(gòu)造單元，巴州坳陷平均孔隙度為10.47 %，平均滲透率為3.669×10-3μm2；窯街-亨堂組是盆地的主力儲(chǔ)層，平均孔隙度為6.561 %，平均滲透率為2.56×10-3μm2，滲透率低，物性差，巖性致密，為典型的低滲透儲(chǔ)層。2012 年中原油田與國(guó)融紅杉公司合作對(duì)民和地區(qū)4 口井進(jìn)行壓裂改造，在前期的壓裂準(zhǔn)備中，發(fā)現(xiàn)所取配制壓裂液的水源水的礦化度高，配制的壓裂液體無(wú)法滿(mǎn)足壓裂攜砂要求。

1 水質(zhì)分析與處理方法

1.1 水質(zhì)分析

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5523-2006 油水分析方法對(duì)該地區(qū)不同水源點(diǎn)進(jìn)行取樣進(jìn)行礦化度、pH 值測(cè)定，并與常規(guī)配液用水進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果（見(jiàn)表1）。

通過(guò)比較分析，發(fā)現(xiàn)所取4 個(gè)水樣的礦化度高于正常值將近10 倍，含有大量的鈣、鎂等金屬離子。

1.2 對(duì)壓裂液性能的影響

使用吳茵混調(diào)器在轉(zhuǎn)速1 400 r/min 攪拌5 min，配制成4 個(gè)水樣的0.5 %濃度的常規(guī)羥丙基胍膠（CRJ）壓裂液，靜置2 h，產(chǎn)生白色絮狀沉淀（見(jiàn)圖1）；使用有機(jī)硼交聯(lián)劑C-150 做常溫挑掛，無(wú)法完全挑掛（見(jiàn)圖1）；用Fann-35 粘度計(jì)170 s-1條件下，每隔一段時(shí)間進(jìn)行粘度測(cè)試發(fā)現(xiàn)其起粘時(shí)間變長(zhǎng)（見(jiàn)圖2）；使用德國(guó)哈克公司的Rt20 高溫流變儀在120 ℃，170 s-1，90 min的條件下進(jìn)行高溫流變?cè)囼?yàn)（見(jiàn)圖3），在20 min 左右粘度降到100 mPa·s 以下, 無(wú)法滿(mǎn)足壓裂液攜砂抗高溫高剪切的要求。

表1 民和地區(qū)水樣基本離子分析表

圖1 樣配制壓裂靜置狀態(tài)及常溫挑掛試驗(yàn)

產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因是水樣中Ca2+、Mg2+等高價(jià)金屬離子濃度大，與胍膠高分子基團(tuán)作用，發(fā)生交聯(lián)使其難溶脹，導(dǎo)致水溶液分層，出現(xiàn)白色絮狀物，這些金屬離子還會(huì)與溶液中的堿反應(yīng)產(chǎn)生沉淀降低溶液的pH值進(jìn)而影響其交聯(lián)性能和抗高溫高剪切能力。

1.3 水質(zhì)處理方法的研究

為了使水源水滿(mǎn)足配制要求，需要對(duì)水樣進(jìn)行處理，去離子化?，F(xiàn)在主要運(yùn)用膜分離法，反滲透法，蒸餾淡化法和電滲析法進(jìn)行高礦化度水的處理，但是，為滿(mǎn)足配制壓裂液工序簡(jiǎn)單，高效，低成本和低能耗的要求。選定了化學(xué)處理方法。即通過(guò)化學(xué)物質(zhì)與水中離子進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，在通過(guò)其他的化學(xué)物質(zhì)使之沉淀，從而達(dá)到去除離子的目的。

根據(jù)水樣全分析的結(jié)果確定水中含量最多的是鈣鎂這些金屬離子，所以選擇與金屬離子絡(luò)合反應(yīng)徹底的處理劑A 和處理劑B 混合使用，再根據(jù)水樣的礦化度值，經(jīng)過(guò)計(jì)算確定其使用的比例是0.3 %處理劑A+0.3 %處理劑B。

處理過(guò)后的水樣配制的壓裂液已經(jīng)沒(méi)有分層，沉淀和不溶脹現(xiàn)象，起粘時(shí)間也達(dá)到了要求（見(jiàn)表2）

表2 處理后水樣配制壓裂液的起粘時(shí)間

使用處理后的4 個(gè)水樣配制壓裂液和有機(jī)硼交聯(lián)劑C-150 按100：0.5 的比例使用Rt20 高溫流變儀在120 ℃，170 s-1，90 min 的條件下進(jìn)行高溫流變?cè)囼?yàn)（見(jiàn)圖4）。處理過(guò)的4 個(gè)水樣配制的壓裂液在90 min 內(nèi)粘度都維持在300 mPa·s 以上符合壓裂施工攜砂的要求。

2 壓裂液體系

2.1 壓裂液配方的選定

圖2 四個(gè)水樣水配制壓裂液粘度變化曲線(xiàn)

圖3 水樣水配制壓裂液的高溫流變曲線(xiàn)（120 ℃，170 s-1，90 min）

圖4 水樣水配制壓裂液的高溫流變曲線(xiàn)（120 ℃，170 s-1，90 min）

根據(jù)地層巖石分析，經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，在滿(mǎn)足施工的前提下確定了使用羥丙基瓜爾膠（GRJ）壓裂液，具體配方如下：1.00 %防膨劑+0.05 %SJ-1+0.10 %DB-80+0.05 %JS-PR+0.50 %GRJ-11+0.3 %Na2S2SO3+0.14 %NaOH+0.2 %C-150+0.2 %SCL-1。

采用人造巖心評(píng)價(jià)了此配方下壓裂液對(duì)巖心滲透性的影響，其傷害率平均為11.79 %，表明在壓裂液中通過(guò)應(yīng)用綜合保護(hù)地層和處理措施，有效地降低了巖心傷害程度，為取得良好的施工效果提供了保證。

2.2 壓裂液的配伍性

當(dāng)外來(lái)的流體進(jìn)入地層后，壓裂液濾液與地層礦物或地層水如果不配伍，就發(fā)生反應(yīng)生成沉淀乳化等造成堵塞，或壓裂液殘?jiān)捌渌滔喽氯蝿┛椎?，降低?dǎo)流能力。影響壓裂效果。因此進(jìn)入地層流體應(yīng)與地層有良好的配伍性。根據(jù)民和地層的特點(diǎn)此液體體系與地層配伍。

2.3 壓裂液的高溫流變性能評(píng)價(jià)

用吳茵混調(diào)器按照配方用處理后的水配制GRJ 壓裂液，在實(shí)驗(yàn)條件：120 ℃實(shí)驗(yàn)儀器，RT20，170 s-1，60 min條件下進(jìn)行高溫流變實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖5），由圖5 可以看出液體體系的粘度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。

圖5 高溫壓裂液流變曲線(xiàn)

2.4 壓裂液破膠性能

青海民和地區(qū)儲(chǔ)層物性中孔細(xì)喉型及中孔中喉型儲(chǔ)層，其壓裂液殘?jiān)鼘?duì)地層影響嚴(yán)重。羥丙基瓜爾膠本身在殘?jiān)退蝗芪锎藘身?xiàng)指標(biāo)方面不可能有很大的降低。因而在考慮了稠化劑帶入地層的殘?jiān)退蝗芪锒饌r(shí)，只有采用快速返排技術(shù)，減小液體在地層停留時(shí)間。對(duì)于油井影響液體快速返排主要問(wèn)題是液體是否快速?gòu)氐灼颇z。為了達(dá)到使液體快速破膠，選擇了以過(guò)硫酸鹽為主破膠劑的三元破膠體系即：膠囊破膠劑+APS+H2O2（見(jiàn)表3，圖6）。

表3 120 ℃，170 s-1 破膠劑性能評(píng)價(jià)

圖6 120 ℃高溫破膠曲線(xiàn)

3 配制方法

圖7 紅8-1 井現(xiàn)場(chǎng)施工曲線(xiàn)

對(duì)壓裂液罐逐個(gè)清洗干凈，其標(biāo)準(zhǔn)為無(wú)殘酸、殘堿、殘菌、鐵銹、油污及其它機(jī)械雜質(zhì)。配液前按設(shè)計(jì)準(zhǔn)備清水，按照以下程序處理：

處理劑A（循環(huán)30 min，待反應(yīng)完全）→處理劑B（循環(huán)30 min 待反應(yīng)完全）→pH 調(diào)節(jié)劑（檢測(cè)pH 復(fù)合配液要求）。

使用經(jīng)過(guò)化驗(yàn)人員按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格檢測(cè)過(guò)的化工料。按設(shè)計(jì)配方和用量配制壓裂液?；禾砑觿┘尤腠樞颍篕Cl→GRJ→SJ-1→DB-80→JS-PR→海波→片堿。

壓裂基液依次單罐配制，監(jiān)測(cè)配液全過(guò)程，保證了每一罐液體循環(huán)均勻。從加入瓜膠開(kāi)始，開(kāi)始啟動(dòng)攪拌，加完瓜膠后攪拌時(shí)間不小于30 min，配制好的壓裂液沒(méi)有魚(yú)鮞、豆眼等現(xiàn)象。

液體各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足要求：各罐基液粘度誤差不超過(guò)3 mPa·s；綜合基液粘度誤差不超過(guò)2 mPa·s。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

青海民和地區(qū)壓裂工作從2012 年6 月15 日至2012 年6 月18 日順利完成了4 口井次的壓裂任務(wù)，所壓裂的四口井的施工概況為：施工排量：3.0～4.2 m3/min，共加砂：82.64 m3，共注入液體809 m3；最大排量：4.2 m3/min（見(jiàn)圖7）。

在壓裂液的應(yīng)用方面，水質(zhì)調(diào)節(jié)合格，現(xiàn)場(chǎng)配液情況良好，基液粘度，pH 值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)挑掛交聯(lián)試驗(yàn)結(jié)果良好，延緩交聯(lián)時(shí)間達(dá)到設(shè)計(jì)要求，認(rèn)定該壓裂液達(dá)到室內(nèi)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，符合工藝要求。

壓裂施工過(guò)程中，由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，各種添加劑使用情況良好，其壓力、排量數(shù)據(jù)顯示壓裂液性能良好。從壓裂液返排情況看，施工結(jié)束后，按工藝要求立即放噴，壓裂液破膠情況良好，平均返排率為86.5 %，返排順利，破膠液粘度達(dá)到工藝要求。

5 結(jié)論

（1）民和地區(qū)壓裂用水礦化度高影響壓裂液的攜砂性能，抗高溫高剪切的性能，通過(guò)研究得到了有效的降低礦化度的方法，使之滿(mǎn)足壓裂施工的要求。

（2）形成了適合民和地區(qū)的壓裂液體系。

（3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用確定了此壓裂液體系的添加劑和破膠劑的使用方法和配制壓裂液的流程，壓裂的成功充分證明了處理方法的可行性和壓裂液體系的適應(yīng)性。

［1］ 佟曼重主編.油田化學(xué)［M］.東營(yíng)石油大學(xué)出版社，1997.

［2］ 米卡爾.J ?？酥Z米德斯.油層增產(chǎn)措施（第三版）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.