閆 鵬， 汪志臣， 袁丹丹， 何明亮

(中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院, 新疆克拉瑪依 834000)

一種速溶胍膠的評(píng)價(jià)與應(yīng)用

閆 鵬， 汪志臣， 袁丹丹， 何明亮

(中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院, 新疆克拉瑪依 834000)

水平井多級(jí)壓裂是對(duì)非常規(guī)油氣藏資源的一種良好的開發(fā)模式。這種開發(fā)模式需要的壓裂現(xiàn)場工藝是連續(xù)混配，要求壓裂液體能夠在短時(shí)間分散溶解好，原液黏度要在短時(shí)間達(dá)到施工要求。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)，對(duì)一種速溶胍膠的基本物性、分散性能以及溶脹性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與現(xiàn)場常規(guī)使用的一級(jí)胍膠的性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)表明,這種速溶胍膠在分散性和溶脹性上具有良好的性能，能夠滿足現(xiàn)場施工要求。新疆油田成功應(yīng)用該速溶胍膠進(jìn)行施工。

速溶胍膠； 一級(jí)胍膠； 分散性； 溶脹性

隨著壓裂技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步[1-3]，常規(guī)的配液拉運(yùn)施工已經(jīng)不能滿足水平井大規(guī)模多層儲(chǔ)層改造的施工要求，現(xiàn)場連續(xù)混配的施工模式實(shí)現(xiàn)了非常規(guī)油氣藏工業(yè)化開發(fā)。這種開發(fā)方式具有用液量大加砂量大的特點(diǎn)。為滿足這種大規(guī)模施工的要求，在壓裂液的配置工作上要求實(shí)現(xiàn)即配即用。現(xiàn)場連續(xù)混配胍膠需要具有分散性好、溶脹性好的性質(zhì)[4-5]。本文報(bào)道一種新型的速溶胍膠，這種速溶胍膠能夠滿足現(xiàn)場連續(xù)混配的施工要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1藥品及儀器

藥品：速溶胍膠、一級(jí)胍膠，中國石油物資昆山公司；交聯(lián)劑YGB、耐溫助劑HT，新疆油田工程技術(shù)研究院自制；氫氧化鈉、氯化鉀，市售分析純；破乳劑PR-1；助排劑KW-1。

儀器：德國 Haake RS150 流變儀，20～200 ℃; GJ-3S型高速攪拌器，青島海通達(dá)專用儀器廠；六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，青島海通達(dá)專用儀器廠；紅外光譜儀，德國布魯克公司。

1.2胍膠原液的制備

按水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法，在 GJ-3S 攪拌器中加入 1 000 mL 自來水，在 1 500～2 000 r/min 下緩慢加入 4.5 g速溶胍膠(或一級(jí)胍膠)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至 (3 000±200) r/min，攪拌20 min，加入其它助劑后繼續(xù)攪拌，攪拌均勻后，倒入 1 000 mL錐形瓶中，加蓋待用。

1.3壓裂液凍膠的制備

按水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法，在 250 mL燒杯中加入 100 mL 原膠液，用NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH為9 ～10，用移液管加入 10 mL配置好的交聯(lián)劑，用玻璃棒不斷攪拌至形成可挑掛凍膠。

2 結(jié)果與討論

2.1膠粉基本物性

對(duì)速溶胍膠和一級(jí)胍膠進(jìn)行粒徑分析和紅外光譜分析，結(jié)果如圖1、2所示。

圖1 速溶胍膠和一級(jí)胍膠的粒徑分析

Fig.1Particlesizeanalysisofguanidinegumandinstantguargum

圖2 一級(jí)胍膠和速溶胍膠紅外光譜

Fig.2Theinfraredspectraofguanidinegumandinstantguargum

從圖1中可以看出,在粒徑上速溶胍膠的粒徑為d=53.820 m，一級(jí)胍膠的粒徑為d=55.049 m，速溶胍膠的粒徑要小于一級(jí)胍膠；圖2中兩種植物膠的最強(qiáng)峰都為1 050 cm-1處C—O—C振動(dòng)吸收峰，且在1 150～950 cm-1有多處肩峰，此為多糖纖維素的特征吸收峰，次強(qiáng)峰大多出現(xiàn)在3 400 cm-1處，此為有氫鍵結(jié)合的O—H振動(dòng)吸收峰，在1 640 cm-1左右為水合物吸收峰，由此可說明兩種物質(zhì)都是多羥基化合物[6]，具有相似的分子結(jié)構(gòu)。

2.2分散性評(píng)價(jià)

在100 mL水中迅速加入0.45 g膠粉，用玻璃棒攪拌，觀察不同膠粉在水中的分散情況，結(jié)果見圖3。

圖3 分散性實(shí)驗(yàn)

Fig.3Dispersionexperiment

由圖3可知，在相同環(huán)境下溶解相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的一級(jí)胍膠、速溶胍膠，一級(jí)胍膠粉較易起魚眼，速溶胍膠粉在水中不會(huì)起魚眼，能快速分散。實(shí)驗(yàn)分別在水溫0 ℃至30 ℃下進(jìn)行，結(jié)果一致。

2.3溶脹性評(píng)價(jià)

采用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)量原液的表觀黏度。測(cè)量條件為常溫，轉(zhuǎn)速600 r/min。測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

圖4 膠粉溶脹黏度

Fig.4Rubberswellingviscosity

由圖4可以看出， 6 min之前一級(jí)胍膠溶脹速度高于速溶胍膠,6 min之后速溶胍膠溶液黏度迅速增加，穩(wěn)定后的速溶胍膠溶液黏度高于一級(jí)胍膠溶液的黏度。

實(shí)驗(yàn)分別對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原液黏度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表1所示。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)原液黏度Table 1 Different mass fraction of liquid viscosity

由表1可見，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原液黏度變化規(guī)律與圖4相似，在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下速溶胍膠原液的黏度均高于一級(jí)胍膠原液黏度。

2.4耐溫耐剪切性能評(píng)價(jià)

用自來水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.4% 的速溶胍膠和一級(jí)胍膠原液，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% 的KCl、破乳劑 PR-1 和 助排劑 KW-1，溶解膨脹 4 h 后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%HT和質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%YGB的交聯(lián)劑，待形成凍膠后，測(cè)定凍膠的耐溫耐剪切能力。

圖5 凍膠黏度隨剪切時(shí)間變化(剪切速率170 s-1)

Fig.5Gelviscosityvariationwithsheartime(shearrate170s-1)

由圖5可以看出，在 100 ℃、170 s-1下剪切 90 min后，一級(jí)胍膠和速溶胍膠壓裂液凍膠黏度保持在 100 mPa·s 以上，表明速溶胍膠壓裂液具有較好的耐溫耐剪切能力，能夠滿足儲(chǔ)層溫度在 100 ℃以內(nèi)的正常壓裂施工。

2.5懸砂性能評(píng)價(jià)

將20 mL的粒度為 20～40 目的陶粒懸浮在100 mL 上述的速溶胍膠和一級(jí)胍膠壓裂液中，結(jié)果如圖6所示(1號(hào)為速溶胍膠，2號(hào)為一級(jí)胍膠)。由圖6可見，陶粒長達(dá)24 h 懸浮在壓裂液中而不沉淀。說明速溶胍膠壓裂液具有較好的攜砂能力，完全可以滿足現(xiàn)場加砂施工要求。

2.6破膠性能評(píng)價(jià)

為了提高壓裂液的返排，降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害，要求壓裂液在施工結(jié)束時(shí)能快速、徹底破膠，且要求壓裂液破膠時(shí)間和裂縫閉合時(shí)間相匹配。采用上述配方對(duì)速溶胍膠壓裂液進(jìn)行了破膠實(shí)驗(yàn)，在 100 ℃下，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的過硫酸鈉，1 h 后完全破膠，破膠液無色透明，殘?jiān)枯^低。

圖6 懸砂性能隨時(shí)間變化(剪切速率170 s-1)

Fig.6Sandsuspensionperformancechangeswithtime(shearrate170s-1)

2.7現(xiàn)場應(yīng)用

目前，在新疆油田該速溶胍膠應(yīng)用了兩口井(共19層)，采用中國石化江漢石油管理局第四機(jī)械廠制造型號(hào)為CSGT-240連續(xù)混配車，實(shí)現(xiàn)壓裂液基液現(xiàn)場連續(xù)混配，且壓裂液基液黏度實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整，單日最高連續(xù)混配液量達(dá)到2 076 m3，每天完成施工2～3層，最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場連續(xù)混配壓裂液12 684 m3，共加砂878.1 m3，整個(gè)作業(yè)過程中配液未影響施工的進(jìn)程。其中在新疆油田XX井進(jìn)行施工時(shí)，分三層壓裂，施工中液體性能穩(wěn)定，施工時(shí)油壓、套壓平穩(wěn)，施工曲線如圖7所示。

速溶胍膠壓裂液實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場連續(xù)混配，滿足了大排量的施工要求，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場施工中壓裂液現(xiàn)場混配、大排量施工的技術(shù)要求。該井共用液體2 055 m3，加砂量147 m3，施工后返排正常，對(duì)返排液進(jìn)行黏度測(cè)定，破膠液黏度均小于5 mPa·s,達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

(1) 速溶胍膠在紅外光譜分析上與一級(jí)胍膠具有相同的結(jié)構(gòu)，屬于同一類植物膠，粒徑分析顯示粒徑小于一級(jí)胍膠。

(2) 分散性實(shí)驗(yàn)表明速溶胍膠具有良好的分散性，水溫在0 ℃至30 ℃下速溶胍膠能夠快速分散，快速溶解。

(3) 溶脹性實(shí)驗(yàn)表明速溶胍膠前期溶脹速率快，穩(wěn)定黏度高。

(4) 速溶胍膠具有良好的耐溫耐剪切性能，在 100 ℃、170 s-1下剪切 90 min 后，速溶胍膠壓裂液凍膠黏度仍然保持在 100 mPa·s 以上。

(5) 速溶胍膠具有良好的懸砂性能。

(6) 速溶胍膠壓裂液體系滿足現(xiàn)場連續(xù)混配、大排量施工的技術(shù)要求。

圖7 XX井施工曲線

Fig.7XXwellconstructiondiagram

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(編輯 閆玉玲)

The Evaluation and Application of a Instant Guar Gum

Yan Peng， Wang Zhichen， Yuan Dandan， He Mingliang

(EngineeringTechnologyReserarchInstituteofXinjiangOilfieldCompany，KaramayXinjiang834000,China)

Multistage fracturing of horizontal well is a good explored mode for unconventional oil and gas resources. In this mode, continuous mix is required, and fracturing liquid is required to dissolve and disperse in a short time in order to fit application demand.The basic physical property, dispersibility and swelling property of an instant guar gum are studied, which is compared with another used guar gum in work site. The results showed that the instant guar gum was characteristic of favorable dispersibility and swellability and met the requirements of operation. It has been used in Xinjiang oil field successfully.

Instant guar gum； Senior guar gum； Dispersibility； Swellability

1006-396X(2014)04-0079-04

2014-02-14

：2014-05-27

新疆油田公司工程技術(shù)研究院青年基金。

閆鵬(1984-)，男，碩士，工程師，從事油氣田開發(fā)研究；E-mail:bigyp@163.com。

TE357.1

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.04.017