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石油与天然气化工
186
HEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS
2()11
超高温压裂液配方体系研究
黄贵存马飞李洪波孙勇
(中国石化西南油气分公司工程技术研究院)
摘要川西地区部分油气储层埋藏深(7000m左右)、地层温度高(160℃以上),要求压裂液
体系具有良好的耐温耐剪切性能。通过优选对压裂液耐温耐剪切性能影响較大的添加剂,并完成
相关评价,形成了可以满足160℃和180C储层施工的超高温压裂液体系。该配方体系在160C和
180C分别连续剪切120min之后,粘度仍然可以保持在100mPa?s以上,满足了超深井压裂改造
的需要,填补了川西地区超高温压裂液的空白。
关键词超高温超深井复合交联剂超高温稠化剂
DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2011.02.019
随着川西地区致密砂岩气藏勘探开发不断深剪切的交联剂是配方研制的难点之二;③基液中溶
入,压裂液配方体系也取得了长足的进步,逐步形成解的氧会导致植物胶高分子链降解,如何抑制植物
了浅层(30℃~50℃)、中深层(60℃~80℃)、深胶高分子链氧化降解是难点之三;④植物胶压裂液
层(90C~140℃)等三个系列的压裂液体系,满足在体系pH值较低时,交联结构发生水解,尤其在高
了川西致密砂岩气藏加砂压裂的需要。但是随着川温下水解更为严重,因此如何调节pH值来抑制水
西地区完钻井深越来越大,储层温度也越来越高,对解是难点之四。
压裂液体系的耐温耐剪切性能提出了更高的要求,
通过大量的资料调研,形成了以下技术对策:①
要求压裂液在160℃以上的储层温度下可以保持良优选一种既可以提升压裂液体系耐温性能,同时具
好的流变性和携砂能力,现有的深层高温压裂液体有良好粘弹性的交联剂。(②优选一种耐温性能好,
系已经不能满足超深井储层改造的需要,因此,研制不易降解的植物胶;③优选与交联体系配伍性好的
了耐温能力可达160℃~180℃的超高温压裂液体温度稳定剂,抑制氧化降解;④控制原胶液p且值,
系
抑制水解。
1技术难点和对策
2添加剂优选和配方评价
超高温压裂液配方研究难点主要有:①资料表
在以下的流变实验当中,如果没有特别说明,流
明:植物胶高分子长链在温度达到177℃时就迅速变实验条件均采用160C、170s-1。
降解,而本次配方硏究的裂液使用温度为160℃2.1交联剂优选
180C,处于植物胶压裂液降解的边缘,如何防止
有机硼交联剂耐温性能差,但具有剪切恢复性
其降解就成为了超高温压裂液配方研制的难题。②能好的优点;过渡金属交联剂耐温能力强但剪切恢
有机硼交联剂的耐温能力为130C左右,不能满足复性能差,如果能将两种交联剂的优势有机结
耐温要求,过渡金属交联剂(钛错交联剂)压裂液的合,就可以满足耐温耐剪切双重要求。而有机硼锆
耐温能力可以达到200C以上,然而,过渡金属交联复合交联剂就是这样一类将耐温性能和剪切恢复性
剂缺陷在于剪切恢复性差,无法在高剪切结東之后,能有机结合的交联剂。从国内有针对性地收集了
实现粘度的迅速恢复。因此,如何选择既耐温又抗种有机硼锆复合交联剂产品进行了流变测试。
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第40卷第2期
超高温压裂液配方体系研究
1交联剂类型优选
后,粘度保持在100mPa?s以上,在其他浓度下均
配方:2%KCl+0.65%东营大诚胍胶+0.3%不能满足要求,最佳交联比为1.08,因此在后续实
HCHO+2%WD一21温度稳定剂+0.1%NaOH;验中选择1.08为最佳交联比
交联剂浓度:0.5%。分别采用BA1-2Ag:BA1
2.2稠化剂优选
2Bg、SB-2、SB-3、TA360、SWJ等交联剂进行耐2.2.1稠化剂产品优选
温耐剪切性能测定,结果见图1。BA1-2Ag:BA1
从各大油田超高温压裂液的调研可知:稠化剂
-2Bg在经过120min剪切之后,粘度保持在50应用最广泛的植物胶类型仍然是通过改性的天然植
mPa?s以上。其他交联剂在剪切之后粘度均小于物胶?。从国内收集了GRJI-11、WS-2、GHPG、
50mPas,因此选择BA1-2Ag:BA1-2Bg交联YKM等四种天然植物胶进行耐温性能评价。配方
剂为最佳交联剂。
如下:0.65%稠化剂+2%KCl+0.3%杀菌剂+2
0%温度稳定剂十0.1%NaOH;交联剂BA1-2Ag
BA1-2Bg=9:1,加量为0.7%,结果见图3。当
BA1-2Ag:8A1-23g-SB-2
选用GHPG羟丙基胍胶作为稠化剂时,连续剪切
TA360
100
120min后,压裂液粘度保持在180mPa?s。粘度
60
明显高于其他羟丙基胍胶。因此选定GHPG稠化
080100120140
剂为本配方的稠化剂
图1交联剂耐温耐剪切性能评价
450
GHPG
2.1.2交联比优选
兴-GRJ-11
基础配方:2%KCI+0.65%东营大诚胍胶十
0.3%HCHO+2.0%WD-21温度稳定剂+0.1%
M
NaOH;交联剂BA1ー2Ag:BA1-2Bg=9:1,在
交联剂类型确定之后,确定交联比。交联比为交联
t, min
图3稠化剂优选
剂的浓度与稠化剂的浓度之比。交联比适当与否直
接关系到压裂液体系的粘弹性和耐温抗剪切性能。
为了选择最佳交联比,在确保稠化剂浓度不变的前
500
450
0.6
提下,改变交联剂的浓度,依次为0.3%、0.5%、
400
0.7%和0.9%。
50
350
0.3%
0
20406080100120140
t, min
0.9%
图4稠化剂浓度优选
稠化剂浓度优选
100120
采用基础配方GHPG+2%KCl+0.3%杀菌剂
图2变联比优选
+2.0%温度稳定剂+0.1%NaOH;交联剂BA1
2Ag:BA1-2Bg=9:1进行流变实验。稠化剂
从图2可以看出:当稠化剂浓度为0.65%、交
GHPG浓度为0.65%、0.60%和0.55%,保持交联
联剂浓度为0.7%时,冻胶在连续剪切120min之
剂浓度和稠化剂浓度之比为1.08,相对应配方的交