复杂储层改造中速配压裂液技术的应用研究

高春华

摘要：对于地质条件复杂、远距离或井场小的井况进行压裂施工时，采用常规压裂基液的配制方式易造成大量浪费，特别是会产生极大不便。为有效提高压裂液配制效率，在原有压裂液配方的基础上，对部分添加剂进行研发、优选，得到了速配压裂液配方，并将速配压裂液技术在现有设备的基础上实现了现场应用，形成了压裂液连续配注工艺，并取得了良好的应用效果。

关键词：速配压裂液技术；复杂储层改造

1什么是速配压裂液技术

速配压裂液技术是将压裂液添加剂通过连续混配车用水快速溶解、稀释，经过高速强力搅拌其粘度迅速提高，达到施工要求，进行压裂作业。

常规的预先配基液再运输到现场进行作业的方式，对于地质条件复杂、远距离或井场小的井况进行压裂施工会有几方面的影响：液体设计富余造成浪费，备液不足无法处理现场的特殊情况，远途运输产生大量浪费。而速配压裂液技术把预先配液变成边配边注的连续式作业，具有施工方便、节省作业费用且有利于环保等多方面的优点。

2技术实现过程

速配压裂液技术主要解决常规压裂液添加剂作为固态的稠化剂、防膨剂、pH值调节剂的液态选用问题。

2.1配方研究

2.1.1速配稠化剂实验研究

稠化剂是压裂液的基础，根据水力压裂工艺要求，速配稠化剂必须满足以下性能: ①可均匀、迅速分散到液体介质中；②悬浮体粘度适中，受温度影响较小；③速配体系应达到常规体系的性能。常规使用的稠化剂在基液配制过程中溶胀速度慢、分散不均匀、易形成胶包，在原有稠化剂基础上研制出速配稠化剂，该稠化剂为浅黄色可流 动粘稠液体，密度1.166g/cm³，pH 值为 7。

（1）基液粘度测试

测定 25℃、剪切速率为 170s^-1的条件下，不同浓度的速配稠化剂产生的基液粘度，结果如图1。

图 1 粘度随稠化剂浓度的变化

由图1可知，基液粘度随稠化剂浓度的增加而升高，当稠化剂浓度达到1.1%时，粘度102mPa.s，可满足水力压裂施工要求。

（2）温度对速配稠化剂的影响

测定一定稠化剂浓度（1.2%）在不同温度下配制的基液粘度，如图2。

图2 配液水温对基液粘度的影响

实验表明，随着配液水温的升高，基液粘度有一定的抬升，但在60℃下基液粘度为 125mPa.s，在 5℃下粘度为 106mPa.s，温度对基液粘度影响不大。

（3）与常规稠化剂性能对比

①水不溶物

参照有关水不溶物的实验方法，测定稠化剂的水不溶物，如表1。

表1 水不溶物比较

实验说明速配稠化剂本身不增加额外 的水不溶物，与常规稠化剂相比更好。

②分散性能与溶胀速度

速配稠化剂使用浓度为1.1%，瓜尔胶与改性瓜胶使用浓度均为0.6%。

表 2 溶胀性能对比(25℃) 溶胀时间粘度

速配稠化剂1.5min 即可使基液达到100 mPa.s，满足压裂施工的需要，比常规稠化剂溶胀速度更快。

2.1.2 速配 pH值调节剂实验研究

速配压裂液体系要求 pH 值调节剂有速溶、强缓冲能力的特点。研制的速配pH 值 调节剂为白色粉末状固体，密度1.224g/cm³ 。

（1）pH 值调节剂水溶速度实验

室温下（25℃），向水中加入形成pH值为9所用质量的速配pH值调节剂、NaOH、 NaHCO₃及K₂CO₃，测定溶液pH值达到9所用时间；在压裂基液中重复上述试验，结果如表 3、表 4。

表 4 基液溶解速度对比

产生相同的pH值，速配pH值调节剂在水中及基液中的溶解速度与NaOH相当，比NaHCO₃、K₂CO₃快，可满足现场速配的需要。

（1）缓冲能力实验

室温下（25℃），将相同的酸液中分别加入到含有速配 pH 值调节剂、NaOH、NaHCO₃、K₂CO₃的pH值为9的水溶液中，测定反应后的pH值；再使用高浓度碱液重复上述实验，结果如表5、表6。

表 5 酸性环境缓冲能力对比

表6 碱性环境缓冲能力对比

由表5、表6可知，速配PH值调节剂与其它几类PH值调节剂在相同的酸性或碱性 环境中，可最大幅度的减小环境带来的影响。

2.1.3 速配防膨剂实验研究

常用的防膨剂可分为无机类的盐、无机阳离子型聚合物及有机类的阳离子型表面活性剂和有机阳离子型聚合物。速配防膨剂要有较好的防膨性能，还要适应速配及与地层配伍的要求，选用的是一种季铵盐阳离子聚合物防膨剂，淡黄色微粘液体，密度1.21g/cm³。

（1）防膨性试验

①含量的确定

考察不同浓度的防膨剂对膨润土膨胀的抑制性，如图3。

图3 防膨剂对膨胀率的影响

由图3可知，0.5%和0.75%浓度的溶液产生的膨胀率较小，考虑到对体系性能的影响，使用浓度应以 0.5%为宜。

②与其它防膨剂比较

分别考察无防膨剂（空白样）时及含KCL（1#）、961（2#）、速配防膨剂（3#）时对膨润土膨胀的抑制性，如图4。

图 4 不同防膨剂的性能对比

由图4可知，速配防膨剂对膨润土的水化膨胀抑制性最强。

（2）与压裂液添加剂的配伍性

室温下，按相关标准所述方法配制好压裂液基液 500mL，等分二份，一份为空白样（1#），另一份中加入 0.5%的速配防膨剂（2#），搅拌溶解。分别加入交联剂，配制成冻胶，测表观粘度，如表7。

表 7 防膨剂与压裂液的配伍性

2.2 性能评价

（1）耐温能力

参照标准配制速配稠化基液与常规基液，使用有机硼交联剂分别进行交联后，进行的耐温性实验，结果如下表：

表 8 耐温能力实验(170s-1，120℃)

由实验可知，以速配稠化剂、PH 调节剂、防膨剂为基础，添加常规添加剂配制的基液与常规压裂基液形成的交联冻胶耐温能力相当，在120℃和剪切速率170s^-1下，140min时粘度 223mPa.s，可满足压裂工艺要求。

（1）静态滤失试验

试验温度：120℃，试验压力 3.5MPa。试验结果如表9。

表 9 静态滤失实验

由表9中数据可知，速配体系的降滤失性能要优于常规体系。

3结语

（1）配压裂液体系可满足现场施工要求；

（2）速配压裂液体系降滤失性能优于常规体系；

（3）速配压裂液技术可节省大量作业费用，并使施工机动性更强。

参考文献：
[1] 相秀芳.石油压裂液高效快速混配技术[J]. 天然气工业，2015（09）:15-19.