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石油与天然气化工
第39卷第5期
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS
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不同pH值下交联胍胶压裂液的性能研究
杨亚宇徐小刚2杨晓春施杨3
(1.西南石油大学化学化工学院2.渤海钻探泥浆技术服务公司3.成都东软信息技术学院)
摘要碱性硼交联压裂液是目前油田广泛采用的压裂液体系,但是随着低渗透油气藏开采
的增加,最大程度地降低压裂液对地层的伤害显得十分重要,酸性压裂液体系具有有效抑制粘土膨
胀的特性,且能够适用于CO2增能体系或泡沫体系,因而也受到广泛关注。本文将酸、碱性交联胍
胶压裂液体系的耐温抗剪切性能、破胶性能、残渣含量、滤失性能、粘弹性能和粘土稳定性能进行对
比评价,酸性体系在170s1下剪切120min后,冻胶粘度保持率在50%左右,而碱性体系粘度保持
率在70%左右,碱性体系的抗剪切性能更好;酸性体系耐温能力大于140C,而碱性体系耐温能力
只有120℃左右,酸性体系的耐温性能更好;酸性体系静态滤失系数小于6.0×10-m/min2,碱性
体系滤失系数大于6.5×10-4m/min2,酸性体系的滤失性能更好;酸性体系的残渣含量小于350
mg/L,碱性体系在400mg/L左右,酸性体系的残渣更少,且酸性体系的粘土稳定性能更好,对地
层的伤害更小,因此酸性体系更加适用于埋藏较深的低渗透地层压裂
关键词水基压裂液酸性交联碱性交联改性胍胶
DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2010.05.015
交联胍胶压裂液体系的pH值主要由交联剂水起的膨胀运移,过量的H可将粘土分子中的金属
解释放中心交联离子所需的pH环境决定。目前,离子置换,加强各层间的分子作用力,起到粘土稳定
常用的水基压裂液都是在碱性条件下交联的,交联的作用,因而也受到人们的广泛关注。目前用于
剂大多为硼酸盐和有机硼。现场应用最广泛的有机酸性交联的主要是有机钛、错类交联剂。据资料显
硼交联胍胶压裂液,即是用有机硼交联剂与改性胍示,带有羧甲基官能团的改性胍胶、纤维素衍生物
胶在pH值为9~12之间交联得到的。这类有机硼(如CMC、 CMHEC)等阴离子型稠化剂都能在pH
交联压裂液具有以下特性:
值3~5的范围内与锆、钛、铝交联,其中又以锆交联
(1)控制交联速度,实现延迟交联,以pH值控的弱酸性冻胶性能最好]。该类交联剂具有延迟交
制交联时间为主,一般时间为1min~6min;
联和抗高温的特性,可用于温度在120C以上的高
(2)提高耐温能力,且pH值越高,耐温性能越温深井作业,但其抗剪切性能较差,经剪切稀释后粘
好
性很难恢复。
(3)提高破胶能力,减少地层伤害,高温作用
交联胍胶压裂液的pH值不同,其性能和对地
下,缓慢产生一种有机酸,具有自动破胶和伤害小的层的影响也不相同。充分了解酸、碱性交联胍胶压
特性。
裂液的性能特点,对正确选用压裂液体系具有重要
酸性条件下交联的压裂液很少单独使用,主要意义。目前对于酸、碱性压裂液体系性能的区别和
用于CO2增能体系或泡沫体系。酸性压裂液提供比较研究还较少,几乎未见报道,因此有必要对酸、
的酸性环境可有效地抑制因粘土表面的负电性而引碱性交联胍胶压裂液性能进行综合对比研究。
基金项目:四川省教育厅重点项目(08ZAO04);西南石油大学校级基金(029)。
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不同pH值下交联胍胶压裂液的性能研究
2010
1实验部分
式中:C3为受滤饼控制的滤失系数,m/
1.1实验药品
(min)12;ma为滤失曲线的斜率,ml/(min)2;A为
改性胍胶(江苏)为工业品,酸性交联剂RS-1滤失面积,cm2;Q。为初滤失量,m3/m2;h为滤失曲
(实验室自制),有机硼(BJ公司)为工业品,碳酸钠、
线直线段与y轴的截距,cm2。
(5)压裂液体系破胶性能测试。将配制好的
四硼酸钠、醋酸、醋酸铵等均为分析纯。
定量压裂液置于钢制容器内,在设定温度下静置,测
1.2实验仪器
定压裂液粘度在不同时间下的变化,以压裂液表观
CVOR20型流变仪(产地:英国)、GGS71型高粘度<5mPa?s时的时间为破胶时间。
温高压失水仪(产地:青岛)、ZNN-D6六速旋转粘
度计(产地:青岛)、TDL-40B低速离心机、BZY一1
2实验结果及讨论
全自动表面张力仪(产地:上海)等。
2.1交联胍胶压裂液配方确定
碱性交联胍胶压裂液目前最常用的为有机硼交
1.3实验方法
根据石油天然气行业标准SY/T5107-19540联胍胶压裂液。本文采用B公司生产的有机硼作
《水基压裂液性能评价方法》,对交联胍胶压裂液体为交联剂,改性胍胶为稠化剂。经过大量实验,得出
具体的配方是:0.40%改性胍胶+0.2%有机硼
系进行评价。
+0.12%无水碳酸钠+0.1%过硫酸盐+1.0%
(1)配制方法。量取500mL自来水置于War
ring混调器中,在低速搅拌下加入0.45%的改性胍KTUー01B粘土稳定剂+0.5%SD2-9助排剂+
胶,在(6000±200)r/min的转速下高速搅拌15
0.02%HC一1降滤失剂
酸性交联胍胶压裂液应用较少,酸性交联剂成
min,用pH调节剂将pH值调至合适范围,然后加
品很少,故使用实验室自制的RS一1酸性交联剂。
入一定量的交联剂和破胶剂,形成压裂液冻胶,静置
经过大量实验,得出的配方是:0.40%改性胍胶十
4h以备用
(2)压裂液体系抗剪切性能测试。将样品加熬pH值调节剂+0.3%RS-1酸性交联剂+0.1%过
硫酸盐十1.0%KTU-01B粘土稳定剂+0.5%SD2
到指定温度,同时转子以剪切速率170s转动,保
9助排剂+0.02%HC-1降滤失剂。
持剪切速率和温度不变,连续剪切120min,测试压
裂液冻胶粘度随剪切时间的变化情况。
2.2两种体系的粘性对比
(3)压裂液体系耐温性能测试。将压裂液加满
将两种体系按上述配方配制好,对其基本性能
流变仪样品杯,对样品加热。升温速度为3C/做测试。实验结果见表1
min。固定剪切速率为170s-1,从30C开始测试,
表1两种体系的基液及交联情况
压裂液在加热条件下受到连续剪切,表观粘度降为
样品名称
基液基液密度基液粘度冻胶表观粘度
H值g/cm3mPea? s mpa. s
50mPa?s以下对应的温度值即为试样的耐温能
酸性交联胍胶压裂液4.01.02
21
465
力
碱性交联胍胶压裂液10.01.01
24
(4)压裂液体系滤失性能测试。以瞬时滤失量
及滤失系数来表征压裂液的滤失性能。在一定温度
实验结果表明,酸性和碱性压裂液配方都能形
及压差下,用高温高压滤失仪测定在不同时间()时成压裂液冻胶,满足压裂要求,但碱性交联胍胶压裂
的流出液量(Q)作图,再计算瞬时滤失量和滤失系液冻胶的表观粘度较大。
数。滤失系数按式(1)和(2)计算
2.3两种体系的抗剪切性能对比
C3=0.005×x
(1)
在压裂液泵送入井底的过程中,由于受高速剪
切作用,使得冻胶降粘稀释,达不到压裂作业的效
果。不同体系