李 雷，江學(xué)慶，薛林青

（中國石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006）

隨著國際油價的持續(xù)低迷，致密低滲油氣藏的開發(fā)步入瓶頸期，效益開發(fā)難度較大。目前采用常規(guī)羥丙基胍膠壓裂液粉比為0.45%～0.42%，液體成本較高，且進(jìn)入地層后胍膠會在裂縫和縫壁殘留大量殘?jiān)?，造成一定的儲層傷害，影響儲層壓裂效果。目前，長慶使用的壓裂液體系為0.31%～0.33%胍膠濃度的壓裂液體系，交聯(lián)比100:（0.3～0.6），在耐溫90 ℃、170 s-1條件下剪切60 min 后，壓裂液的黏度大于140 mPa·s，殘?jiān)?82～336 mg/L。該壓裂液體系在蘇里格氣田取得良好的改造效果[1]，平均無阻流量比鄰井提高38.6%。因此，在保證壓裂液性能的前提下如何有效降低胍膠用量，降低液體綜合成本，減少液體和殘?jiān)鼘α芽p及儲層的傷害，實(shí)現(xiàn)致密低滲氣田的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。

1 胍膠壓裂液性能

工區(qū)使用壓裂液體系為羥丙基胍膠壓裂液體系，其基液為0.45%HPG（一級）＋1%KCl+0.1%甲醛+1%起泡劑+0.2%助排劑+0.2%Na2CO3，交聯(lián)液為BCL-61 或CX-306 體系，交聯(lián)比100：0.3；破膠劑為膠囊破膠劑和過硫酸銨；液氮伴注比例為6%～9%。

為了評價壓裂液體系對工區(qū)儲層的影響，開展了相關(guān)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，評價結(jié)果（見表1）。其結(jié)果符合SY/T 5107 水基壓裂液性能評價體系標(biāo)準(zhǔn)[2-4]。

表1 工區(qū)壓裂液性能評價

經(jīng)激光粒度分析儀測定，壓裂液破膠后殘?jiān)６却笮》植荚?.49～125 μm，77%主要分布在31～88 μm，均值67.01 μm。

2 強(qiáng)交聯(lián)交聯(lián)劑優(yōu)選及現(xiàn)場應(yīng)用

胍膠是一種提取于胍膠豆的天然半乳甘露聚糖，胍膠相對分子質(zhì)量200 萬，胍膠原粉溶解速度慢，水不溶物含量高。后期經(jīng)過改性后的改性胍膠有羥丙基胍膠（HPG）、羧甲基胍膠（CMG）和羧甲基羥丙基胍膠（CMHPG），結(jié)合目前大牛地氣田現(xiàn)場胍膠的使用情況，選用羥丙基胍膠開展強(qiáng)交聯(lián)壓裂液體系研究。

2.1 強(qiáng)交聯(lián)劑優(yōu)選

交聯(lián)劑是通過交聯(lián)離子將植物膠分子鏈上的活性基團(tuán)以化學(xué)鍵連結(jié)起來，形成具有黏彈性的三維網(wǎng)狀凍膠。羥丙基胍膠大分子中含有大量順式鄰位羥基，與硼發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成相對分子質(zhì)量更大的化合物，實(shí)現(xiàn)壓裂液的交聯(lián)增稠。有機(jī)硼交聯(lián)劑對羥丙基胍膠稠化劑進(jìn)行交聯(lián)，通過有機(jī)硼配體來實(shí)現(xiàn)延緩交聯(lián)時間、提高交聯(lián)強(qiáng)度（抗溫抗剪切）、降低稠化劑羥丙基胍膠用量的作用[5-7]。

采用正交實(shí)驗(yàn)方法對表2 中五種交聯(lián)劑的耐溫耐剪切性能進(jìn)行檢測，優(yōu)選出5 號強(qiáng)交聯(lián)劑。

表2 交聯(lián)劑耐溫耐剪切室內(nèi)評價實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 號強(qiáng)交聯(lián)劑具有一定的屏蔽作用，使羥丙基胍膠交聯(lián)的時間可以調(diào)控；并且，使用有機(jī)配體改性的有機(jī)硼交聯(lián)劑，交聯(lián)后可以形成相對比較穩(wěn)定的橋連化學(xué)鍵，使最終交聯(lián)而成的凍膠的耐溫、耐剪切性能得到一定的提升（見表3）。

表3 5 號強(qiáng)交聯(lián)劑技術(shù)指標(biāo)

2.2 強(qiáng)交聯(lián)壓裂液體系優(yōu)化

通過對比不同胍膠濃度下基液黏度確定了壓裂液配方：

基液：0.30%HPG+1%KCl+0.2%ZITHE-34+0.5%YFP-1+0.2%Na2CO3+0.1%FHS18。

交聯(lián)劑：5 號強(qiáng)交聯(lián)劑，交聯(lián)比100:（0.4～0.5）；破膠劑：生物酶破膠劑+過硫酸銨。

0.3 %濃度的羥丙基胍膠與SITAR-11 交聯(lián)后可形成三維網(wǎng)狀凍膠，凍膠的宏觀效果（見圖1 A）。由圖可見，交聯(lián)形成的凍膠吐舌效果好。并且由于凍膠內(nèi)部分子相互交疊形成較為致密的三維交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的攜砂能力，凍膠的攜砂效果（見圖1B）（攜砂測試所用的是20/40 目陶粒，40%砂比）。

圖1 交聯(lián)凍膠（A）及攜砂狀態(tài)（B）

5 號強(qiáng)交聯(lián)劑交聯(lián)形成的凍膠的掃描電鏡照片（見圖2）。由圖2 可見，放大2 000 倍時，在視野中看到一簇簇不規(guī)則的聚集體；當(dāng)放大到10 000 倍時，可以在照片中清晰的看到交聯(lián)結(jié)構(gòu)，表明凍膠內(nèi)部羥丙基胍膠分子發(fā)生了交聯(lián)，相互交疊形成較為致密的三維交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。并且，由圖2 可見，交聯(lián)后的聚集體大小平均在1.5～1.8 μm。

圖2 交聯(lián)后掃描電鏡觀察（2 000×，10 000×）

一般壓裂液凍膠具有優(yōu)良的黏彈性和強(qiáng)度，但在剪切力作用下由于凍膠的部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，使凍膠的黏度降低。然而，由于有機(jī)硼交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)中存在大量結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的硼原子與多元醇形成的配位鍵，因此具有良好的抗剪切能力，在90 ℃、170 s-1的剪切速率下剪切2 h，凍膠黏度始終大于140 mPa·s，交聯(lián)比分別為100：0.4 和100：0.5（見圖3）。

圖3 0.30% HPG 在90 ℃條件下的流變曲線，交聯(lián)比（A）100：0.4 和（B）100：0.5

綜上所述，5 號強(qiáng)交聯(lián)劑滿足《SY/T 6376-2008 壓裂液通用技術(shù)條件》和《SY/T 5107-2005 水基壓裂液性能評價方法》中的要求，交聯(lián)形成的凍膠具有較常規(guī)壓裂液體系更優(yōu)良的黏彈性以及較高的強(qiáng)度，耐溫耐剪切能力強(qiáng)，攜砂和輸砂能力好，適于在中高溫、低滲致密儲層中進(jìn)行應(yīng)用（見表4）。

通過對比強(qiáng)交聯(lián)體系與常規(guī)壓裂液體系的成本，強(qiáng)交聯(lián)體系費(fèi)用比常規(guī)壓裂液節(jié)約10%以上，在降低成本的同時又減小殘?jiān)鼘拥膫?。目前?qiáng)交聯(lián)壓裂液體系在大牛地山1 和盒1 段進(jìn)行試驗(yàn)，壓后平均無阻流量分別為7.74×104m3/d 和10.84×104m3/d，比工區(qū)盒1 段和山1 段水平井無阻流量高48%和54%，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

3 結(jié)論及建議

（1）強(qiáng)交聯(lián)體系壓裂液體系優(yōu)化的方向之一，通過優(yōu)選交聯(lián)劑，降低胍膠濃度，減少壓裂液的殘?jiān)蜑V液對儲層的傷害，達(dá)到降本增效的目的。

（2）優(yōu)化出的強(qiáng)交聯(lián)體系配方：基液0.30%HPG+0.5%KCl+0.2%ZITHE-34+0.2%Na2CO3+0.1%FHS18，交聯(lián)劑：超強(qiáng)交聯(lián)劑SITAR-11，交聯(lián)比100:（0.4～0.5）；在90 ℃、170 s-1的剪切速率下剪切2 h，凍膠黏度大于140 mPa·s，具有攜砂強(qiáng)、摩阻低、傷害小的特點(diǎn)，在DPS-220 和DPS-119 井進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。

（3）優(yōu)化出的強(qiáng)交聯(lián)體系在現(xiàn)場施工過程中存在破膠速度過快，濾失偏大，造成高砂比階段加砂困難，建議繼續(xù)加強(qiáng)交聯(lián)劑的優(yōu)化，降低壓裂液濾失。