袁輝 馬喜平 代磊陽 侯代勇 肖繼斌

（西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610500）

泡沫壓裂液常用起泡劑研究綜述

袁輝 馬喜平 代磊陽 侯代勇 肖繼斌

（西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610500）

本文主要介紹泡沫壓裂液中起泡劑、穩(wěn)泡劑的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)及實(shí)驗(yàn)室配方。對(duì)滿足常見地層要求的泡沫壓裂液配方進(jìn)行了總結(jié)。介紹幾種特殊地層條件下泡沫壓裂液的設(shè)計(jì)思路及研究方向。

泡沫壓裂液；起泡劑；穩(wěn)泡劑；實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)；現(xiàn)場使用；特殊地層

泡沫壓裂工藝是油田增產(chǎn)以及完井投產(chǎn)的重要而有效的措施，具有對(duì)地層傷害小、濾失低、返排迅速及攜砂能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。泡沫壓裂液所用的起泡體系要求起泡劑具有較長的半衰期和泡沫穩(wěn)定，對(duì)于一些特殊地層，也對(duì)起泡體系有跟高的要求，如抗油性、耐高溫等。

1 泡沫壓裂液的發(fā)展

泡沫壓裂液是一個(gè)大量氣體分散于少量液體中的均勻分散體系，由氣相、液相、表面活性劑和其他化學(xué)添加劑組成。隨著對(duì)泡沫壓裂液機(jī)理和壓裂設(shè)計(jì)理論研究的不斷深入，泡沫裂液經(jīng)歷了用水、鹽水作為基液；氮?dú)夂推鹋輨┻M(jìn)行配制，加入泡沫的穩(wěn)定劑；加入延遲交聯(lián)凝膠作泡沫穩(wěn)定劑三個(gè)發(fā)展階段。

1.1 常用起泡劑

常用的起泡劑為表明活性劑?？煞譃椋宏庪x子起泡劑、陽離子起泡劑、兩性離子起泡劑、非離子起泡劑。

綜合來看，陰離子起泡劑的泡沫性能較好、用量少，適用于水基壓裂液，可作為起泡劑的主劑。陰離子起泡劑泡沫的半衰期（即穩(wěn)泡性）不如陽離子和非離子起泡劑。為進(jìn)一步提高陰離子起泡劑的起泡性能，以陰離子表面活性劑為主劑與陽離子表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，當(dāng)陽離子碳鏈長度為16時(shí)，效果最佳。

1.2 常用穩(wěn)泡劑

泡沫穩(wěn)定劑多為高分子化合物，按作用機(jī)理可分為兩類。第一類是增粘劑穩(wěn)定劑，第二類主要作用是提高氣泡薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的粘彈性。

通過大量實(shí)驗(yàn)［1］可以發(fā)現(xiàn)起泡性較好的表面活性劑一般同時(shí)具有較好的穩(wěn)泡性，常用的穩(wěn)泡劑為聚合物，如HPAM、PAM、HXYP等。

2 實(shí)驗(yàn)室起泡劑體系配方

單一表面活性劑往往很難滿足地層的各種技術(shù)指標(biāo)。將具有優(yōu)良起泡性能的表面活性劑復(fù)配后可以得出具有增泡效應(yīng)的體系，如將SDS、AES、ABS、OP-10、SO兩兩進(jìn)行復(fù)配，體系的起泡效果明顯優(yōu)于單一表面活性劑，是實(shí)驗(yàn)室常見的壓裂液起泡體系。

針對(duì)不同儲(chǔ)層特點(diǎn)和壓裂施工要求，研究開發(fā)了多種適用不同條件的CO2泡沫壓裂液配方體系。

2.1 適合低溫儲(chǔ)層的中性CO2泡沫壓裂液

基液：0.4%-0.5%改性瓜爾膠+1%-2%粘土穩(wěn)定劑+0.2%-0.3%助排劑。交聯(lián)液：0.5%硼酸鹽+FL-36起泡劑+破膠劑。交聯(lián)比：100：5。CO2泡沫質(zhì)量：40%-60%。溶液基液粘度為40-50MPa.s，pH值為7.0，二氧化碳混入后泡沫壓裂液pH值降為弱酸性，5.0-6.0。

2.2 適合中溫儲(chǔ)層的弱堿性CO2泡沫壓裂液

基液：0.4%-0.5%改性瓜爾膠+1%-2%粘土穩(wěn)定劑+0.2%-0.3%助排劑+pH調(diào)節(jié)劑。交聯(lián)液：0.5%硼酸鹽+起泡劑+破膠劑。交聯(lián)比：100：5。CO2泡沫質(zhì)量：40%-60%。溶液基液粘度為40-50MPa.s，pH值為8.0，二氧化碳混入后泡沫壓裂液pH值降為弱酸性，6.0-7.0。

2.3 適合高溫儲(chǔ)層的CO2泡沫壓裂液

基液：0.65%-0.75%改性瓜爾膠+1.0%FL-36起泡劑+ 0.05%SQ-8殺菌劑+1.0%KCL粘土穩(wěn)定劑+0.3%DL-10助排劑。交聯(lián)液：AC-8酸性交聯(lián)劑+過硫酸銨破膠劑。交聯(lián)比：基液：交聯(lián)液=100：1.2-100：1.8。溶液基液粘度為90-110MPa.s，pH值為7.0，二氧化碳混入后泡沫壓裂液pH值降為弱酸性，3.0-4.0。

3 泡沫壓裂液應(yīng)用配方實(shí)例

3.1 低壓低滲水敏性地層

針對(duì)低壓、低滲、水敏性地層的壓裂改造，減少壓裂液對(duì)底層的傷害是壓裂工程的重要技術(shù)指標(biāo)。CO2泡沫壓裂液具有對(duì)地層傷害小、返排率高、油溶性好、低濾失等優(yōu)點(diǎn)。近幾年，關(guān)于低壓低滲水敏性地層泡沫壓裂的研究取得了很多成果。

3.2 低溫高蠟量低能量地層

針對(duì)低溫高蠟量地層，蠟的析出對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的傷害，自生熱增壓類泡沫壓裂液是一種新型酸性壓裂液，同時(shí)具有水基壓裂液和泡沫壓裂液的優(yōu)點(diǎn)，為低溫高蠟量地層壓裂提供了解決思路。

研究發(fā)現(xiàn)，自生熱增壓類泡沫壓裂液的基本配方為：1）基液清水+0.03%pH調(diào)節(jié)劑+生熱劑+0.48%胍膠+0.5%黏土穩(wěn)定劑+ 0.3%殺菌劑+0.5%助排劑。2）酸性液清水：AFC：B10=2：1，pH值為2-3，催化劑加量濃度為1.7%-3.3%。采用自生熱增壓類泡沫壓裂液進(jìn)行加砂壓裂儲(chǔ)層改造取得了較好的效果。

3.3 高溫高礦化度地層

針對(duì)高溫（90℃-110℃）和高礦化度（100000mg/L）的地層特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)室研究篩選出能適用于高溫高礦化度井的新起泡劑COM［2］及0.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的FP-12。

現(xiàn)場應(yīng)用方面，通過優(yōu)化得到適合80℃至120℃的CO2壓裂液的典型配方基液：羥丙基瓜爾膠+起泡劑+殺菌劑+黏土穩(wěn)定劑+助排劑。交聯(lián)液：酸性交聯(lián)劑+破膠劑。要求基液黏度為100-110 MPa.s，pH值為7.0，CO2混入后泡沫壓裂液pH值降為3.0-4.0。

此外，針對(duì)高溫高壓低滲地層，篩選出了工作液配方：活性水：2%粘土穩(wěn)定劑（KCl）+0.5%破乳劑（SP169）+0.1%殺菌劑（1227）+清水。在活性水中伴注CO2，形成泡沫。壓裂液凍膠配方：支撐劑：0.09-0.224 mm粉陶（國產(chǎn)陶粒），0.45-0.9mm中陶（高溫度Carbo陶粒）（要求在69 MPa下破碎率低于8%）。CO2壓裂取得了較好的施工效果，有效的改善了地層條件，提高了產(chǎn)量。

4 特殊地層泡沫壓裂液的應(yīng)用與發(fā)展

4.1 新型類泡沫壓裂液

對(duì)于低壓低滲油氣藏，由于泡沫壓裂液本身的弱點(diǎn)，限制其大規(guī)模應(yīng)用。針對(duì)這一現(xiàn)狀提出了類泡沫壓裂液的研究思路。在地面上時(shí)，它是一種純液體的壓裂液；到了地下，它逐漸自動(dòng)發(fā)泡而變成類似“泡沫壓裂液”的混合物，具有與泡沫壓裂液類似的優(yōu)良性能。已有學(xué)者提出類泡沫壓裂液的組成。

4.1.1 基液：2%KCl+4.9%QA（生熱劑）+6.3%QB（生熱劑）+ 0.45%-55%羥丙基胍膠+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.3%殺菌劑+0.5%助排劑?；吼ざ?9-35 MPa.s。酸性液：8%緩蝕劑+8%HC21（pH調(diào)節(jié)催化劑）。

4.1.2 基液：0.20%-0.45%APD-1（水溶性疏水締合聚合物）+3%-8%NH4Cl+2.5%-6.5%NaNO2，其余為水。結(jié)構(gòu)增強(qiáng)液（引發(fā)液）：20%-40%GT-60（表面活性劑）+20%有機(jī)溶劑+ 10%-30%GTO（產(chǎn)熱催化劑），其余為水。V基液：V結(jié)構(gòu)增強(qiáng)液=10∶1。施工中泵入0.05%-0.15%過硫酸鹽破膠劑。

4.1.3 基液：0.3%-0.4%羧甲基經(jīng)丙基胍膠+l.5%-2.0%KCL+（4.9%+6.3%）生氣生熱（SPA+SPR）+0.3%-0.5%膠聯(lián)劑CLA+0%-0.6%延遲膠聯(lián)劑CLS-B+0.5%粘土穩(wěn)定劑WD-5+0.5%助排劑WD-12+0.02%-0.06%破膠劑YB+0.01%-0.02%殺菌劑SYJ。酸性液：0.5%緩蝕劑EX3-6+0.4%pH調(diào)節(jié)劑HC

這種低傷害新型類泡沫壓裂液技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良，成本較低，為中淺層氣藏低壓氣井壓裂改造提供了技術(shù)支持，具有廣闊的研究前景。

4.2 非常規(guī)發(fā)泡技術(shù)

非常規(guī)發(fā)泡壓裂液一種既能增加黏度，又能保持液態(tài)二氧化碳非破壞性的新型壓裂液。通過使用一種液態(tài)/超臨界CO2可溶性泡沫，在液態(tài)CO2中形成氮?dú)馀菽?，保持壓裂液的穩(wěn)定性，其不留殘余物質(zhì)比上述CO2/N2系統(tǒng)使用的CO2要少得多。該壓裂液使用的是一種不損壞地層的可溶性CO2起泡劑，可以釋放在大氣中而不會(huì)污染環(huán)境，具有深遠(yuǎn)的研究意義。

這種非常規(guī)泡沫CO2可溶性穩(wěn)定劑是甲氧基非氟代丁烷，即一種氫氟代乙烷（C4F9OCH3）。它是一種純凈的無色無味的壓裂液，具有零臭氧消耗潛力、超低的升溫潛力和在大氣中的短半衰期。具有較好的熱穩(wěn)定性好，對(duì)環(huán)境污染減小，毒性低的優(yōu)點(diǎn)。處理的典型對(duì)象是干氣井。

4.3 新型抗凝析油起泡劑

近幾年來，隨著油氣井的勘探開發(fā)，含凝析油氣田日益增多。目前，研究發(fā)現(xiàn)具有較好抗油性的表面活性劑可以分為以下幾類：超臨界CO2泡沫、氟碳表面活性劑系列、兩性表面活性劑AO系列、α-烯烴磺酸鹽（AOS）以及各種復(fù)配系列等。

研究表明FS-500氟碳表面活性劑和AOS表面活性劑］都顯出較好的耐油穩(wěn)定性，F(xiàn)S-500效果更佳，具有較好的穩(wěn)泡能力。

5 結(jié)語

本文歸納了適合低溫、中溫、高溫儲(chǔ)層溫度下的CO2泡沫壓裂液的典型配方，及一些特殊低層泡沫壓裂液的配方。另外總結(jié)了一些新型起泡思路，從泡沫類型、發(fā)泡技術(shù)等方面進(jìn)行革新，不僅滿足了特殊地層的施工需要，更為泡沫壓裂液的研究開辟了新的方向。

［1］劉常旭，鐘顯，楊旭等.表面活性劑發(fā)泡體系的實(shí)驗(yàn)室研究.精細(xì)石油化工進(jìn)展.2007.1.

袁輝，女，西南石油大學(xué)在讀研究生，主要從事鉆井液完井液方向的研究.