低浓度聚合物压裂液体系研究与应用效果评价样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。
第 34 卷 第 3 期
钻
采
工
艺

Vol． 34 No． 3

油田化学
DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY
·91·

低浓度聚合物压裂液体系研究与应用效果评价

朱辉明, 卢红杰, 沈彬彬, 谢金丁, 马云瑞, 谢泽洪
( 吐哈油田公司井下技术作业公司技术开发部)

朱辉明等． 低浓度聚合物压裂液体系研究与应用效果评价． 钻采工艺, , 34 ( 3) : 91 － 94, 99
摘 要: 聚合物压裂液冻胶体系在压裂施工过程中会在裂缝中和裂缝壁留下残渣造成储层伤害, 降低聚合物
浓度能够减轻这种伤害, 但又会遇到冻胶体系黏弹性降低支撑剂沉降的问题, 因此, 研究优选满足携砂要求的低浓
度聚合物压裂液体系具有实际意义。用实验方法研究了低浓度聚合物压裂液的增稠剂、 交联剂及破胶剂, 并评价
了压裂液体系的抗温抗剪切性能、 流变性能、 携砂性能、 破胶性能、 低伤害性能、 防膨性能和滤失性能。实验结果表
明, 低浓度聚合物压裂液的浓度为常规聚合物压裂液浓度一半时即可满足压裂时的携砂要求, 抗温抗剪切性能优
于清洁压裂液和常规聚合物压裂液, 而且破胶后的残渣量明显减少, 降低了对储层的伤害程度, 是一种较为环保的
低伤害压裂液。
关键词: 低浓度聚合物; 压裂液体系; 增稠剂; 交联剂; 破胶

中图分类号: TE 357． 12
文献标识码: A
DOI: 10． 3969 / J． ISSN． 1006 － 768X． ． 03． 27

( 聚氧 化 乙 烯 ) 和 PHPAM 合 成 的 聚 合 物 ( 分 子 量

一、 低浓度聚物压裂液的主要性能
压裂液的性能直接影响着压裂效果和井的注采
能力。由于胍胶、 羟乙基纤维素等高分子聚合物会
在裂缝中留下残渣而伤害储层, 造成地层渗流能力
降低和产能下降［1, 2］, 因此, 低浓度、 低残渣、 低伤害
的压裂液材料就成了除清洁压裂液外的首选［3 ～ 8］。
低浓度聚物压裂液性能介于胍胶压裂液与清洁压裂
液二者之间, 既有聚合物压裂液的高黏弹性又有清
600 万, 标记为 Z4) 以及自合成的聚合物 HM( 高分
子聚合物, 分 子 量 1 200 万, 水 解 度 25% , 标 记 为
Z5) , 并分别筛选出各聚合物的交联剂, 标记为 J1、
J2、 J3、 J4、 J5。选用过硫酸钠作为破胶剂, 在 70℃ 下
恒温 8 h 使压裂液彻底破胶后, 测定残渣含量, 结果
见表 2。

表 1 低浓度聚物压裂液的性能指标

洁压裂液的低伤害性。低浓度提升了其经济性, 在
降本增效、 保护油层的大背景下更受油田的欢迎。
低浓度聚物压裂液主要由增稠剂、 交联剂、 破胶
剂、 pH 调节剂、 黏土稳定剂等成分组成, 其主要性能
见表 1。
二、 压裂液体系研究
1. 增稠剂优选及评价
增稠剂作为压裂液的主剂, 当前主要应用天然
植物胶及其衍生物和人工合成类聚合物。选取已经
商业化的人工合成聚合物 PAM( 聚丙烯酰胺, 分子
量 400 万 ～ 600 万, 实验中标记为 Z1) 、 PHPAM1( 部
序号
1

2

3
4

5

6
7

8
参数
剪切稳定性

温度稳定性

耐温性

破胶液黏度
破胶液表面张力
破胶液 － 柴油界面张力
残渣含量
交联时间
性能指标
170s － 1 剪切 60min
表观黏度≥50mPa·s
30 ～ 110℃ 恒温 60min
表观黏度≥50mPa·s
30℃ ～ 110℃ 恒温 60min
表观黏度≥50mPa·s
≤10 mPa·s
≤26 mN / m
≤5 mN / m
≤300 mg / L
≤180 s

分水解聚丙烯酰胺, 分子量 400 万 ～ 600 万, 水解度
10% ～ 15% , 标记为 Z2) 、 PHPAM2 ( 分子量 800 万
～ 1000 万, 水 解 度 20% ～ 30% , 标 记 为 Z3) 、 PEO

收稿日期: － 12 － 25
结果表明, Z1 + J1、 Z4 + J4、 Z5 + J5 三组压裂液
冻胶破胶后, 残渣含量基本符合要求, 初选该三组压
裂液作为基本体系, 进一步优选。

作者简介: 朱辉明( 1959 － ) , 工程师, 1986 年毕业于西安交通大学内燃机专业, 长期从事油田开发技术研究工作。地址: ( 838200) 新疆鄯
善县 62 号信箱井下技术作业公司工程管理科, 电话: 0995 － 8373407, E － mail: zhuhuiming@ petrochina． com． cn

钻
采
工
艺
 年 5 月

·92·
DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY
May

表 2 不同增稠剂破胶后残渣含量
增稠剂 交联剂 破胶剂 残渣量 / mg·L － 1

方便。结果见图 2( 常温下测得) 。

Z1
Z2
J1
J2
343
845

Z3
Z4
Z5
J3
J4
J5
过硫酸钠
653
204
124

将 Z1、 Z4、 Z5 三种增稠剂分别配制成 0． 1% ～
0． 6% 的溶液, 测出其对应的黏度值, 对比增粘效果,
结果见图 1。实验结果表明, 黏度相同时, Z5 溶液的
浓度不足 Z1 和 Z4 的一半。因此, 选用 Z5 即 HM 作
为低聚物压裂液体系的增稠剂, 经济性更好, 残渣含
量也更少。


从图 2 中能够看出, 交联剂 C － 2 与增稠剂的交
联时间随 H － 1 浓度增加而缩短。
3. 破胶剂的优选及评价
室内实验优选出的过硫酸钠破胶效果最佳, 结
果见表 4。

表 4 过硫酸钠在 40℃ 、 70℃ 下的破胶性能

样品号
过硫
酸钠
浓度
破胶时间
/ h
破胶液黏度
/ mPa·s
残渣量
/ mg·L － 1

1
/ ‰
0． 1
40℃ 70℃ 40℃ 70℃ 40℃ 70℃

6 3 9 6 248 114

2. 交联剂的优选及评价
研究发现, HM 增稠剂分子链中存在可交联的
基团, 一些过渡金属离子可与 HM 分子链中的交联
基团发生交联作用。经过筛选, 过渡金属离子 P 在
加入一种配体后, 可与 HM 发生较好的交联作用。
2
3
4
5
6
0． 2
0． 3
0． 4
0． 5
0． 6
5
4． 5
4
3． 5
3
2
2
1． 5
1
1
6
6
6
3
3
6
3
3
3
3
168
145
87
56
48
95
74
52． 9
43． 3
36． 8

优选实验结果见表 3。

表 3 不同配体对压裂液交联时间的影响
摩尔比
表中数据表明, 用过硫酸钠作破胶剂, 在 40℃ 、
70℃ 条件下, 浓度在 0． 2‰ ～ 0． 6‰时, 低浓度聚合
物压裂液的各项破胶性能均超过了标准所要求的指
标。

配体 / P

水杨酸钠 / P
顺丁烯二酸 / P
反丁烯二酸 / P
三乙醇胺 / P
乙二醇 / P
柠檬酸 / P
有机物 RA / P
1∶ 0． 8 1∶ 1 1． 2∶ 11． 4∶ 11． 6∶ 1 1． 8∶ 1
交联时间 / s
236 360 420 550 672 723
不交联
反应生成沉淀
反应生成沉淀
12 15 18 25 36 52
540 600 720 850 960 1100
42 69 95 131 148 178
在温度 70℃ 、 剪切速率为 170 s － 1、 过硫酸钠浓
度为 0． 2‰条件下, 测试破胶剂对压裂液黏度的影
响, 结果见图 3, 实验进行 60 min 时压裂液依然具有
较好的携砂性能。

经过实验筛选出 H － 1 作为交联促进剂, 选用
有机物 RA / P 摩尔比为 1 ∶ 1、 交联时间为 69 s 的反
应产物 C － 2 作为交联剂, 经过改变 H － 1 的用量也
可达到调节交联速度的要求, 这为现场应用提供了


4. 压裂液性能评价
4. 1 抗温抗剪切性能
剪切对 低 浓 度 聚 合 物 成 胶 性 能 影 响 较 大［9］。

第 34 卷 第 3 期
钻
采
工
艺

Vol． 34 No． 3
DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY
·93·

用六速旋转黏度仪测试 50℃ ～ 120℃ 条件下压裂液
的抗温抗剪切性能, 结果见图 4。低聚物压裂液的
抗温抗剪切性能优于常规胍胶和清洁压裂液, 能够
满足各种地层温度条件。

图 4 低聚物压裂液的抗温抗剪切性能

4. 2 流变性能

高度来评价体系的携砂性能, 结果见图 5。

图 5 低浓度聚合物压裂液的携砂性能

4. 4 破胶性能
温度和破胶剂浓度对低浓度压裂液破胶性能影
响见表 6。
表 6 温度和破胶剂浓度对低浓度压裂液破胶性能影响

在 110℃ 、 170s － 1剪切速率条件下, 评价低浓度
温度
过流酸钠 破胶时间 破胶后黏度
残渣含量

聚合物压裂液的流变性能, 结果见表 5。
表中看出, 低聚物压裂液的流变性能明显优于
胍胶压裂液。

表 5 低浓度聚合物的流变性能
/ ℃
40
50
60
70
浓度/ ‰
3
2
0． 5
0． 2
/ h
6
4
2
1． 5
/ mPa·s
≤3
≤3
≤3
≤3
/ mg·L － 1
141． 3
125． 8
78． 3
58． 3

试验时间
/ min
流动指数 n

低浓度聚物 胍胶
稠度系数 K / Pa·sn

低浓度聚物 胍胶
80
90
0． 15
0． 1
1
1
≤3
≤3
41． 5
35． 9

30

0． 324 0． 562

1． 329 3． 015
如表 6 所示, 低浓度聚物压裂液破胶后的各项

60
90

4. 3 携砂性能
0． 306
0． 288
0． 391
0． 372
1． 471
1． 622
2． 448
1． 763
指标均能够满足低伤害要求。
4. 5 岩心伤害
用压裂液动态滤失与伤害仪在 70℃ 、 3． 5MPa
条件下, 测试低浓度聚合物和胍胶压裂液的动态滤

经过室内测试石英砂和陶粒在压裂液中的沉降
失与岩心伤害率。 表 7 看出, 低浓度聚合物对岩心
的伤害率比胍胶压裂液小得多。

岩心
井号


温度
/ ℃

表 7 岩心伤害对比实验结果
试验条件 伤害前后渗透率 /10 － 3 μm2
压力 剪切速率 K后
K前
/ MPa / s － 1 低浓度聚合物 胍胶


伤害率 / %
低浓度
聚合物


胍胶

雁 6 － 8
温西 3 － 318
70
70
3． 5
3． 5
300
300
0． 0252
0． 0398
0． 0204
0． 0328
0． 0128
0． 0187
19． 0
17． 6
49． 2
53． 0

4. 6 防膨性能
应用 NP － 02 型页岩膨胀仪岩心膨胀实验, 结
果见表 8。结果表明低聚物压裂液有较强的防膨作
用, 可抑制黏土矿物的水化、 膨胀、 分散、 运移。
4. 7 滤失性能
在 70℃ 、 3． 5MPa、 剪切速率 300s － 1 条件下测定
低浓度聚合物压裂液的滤失性, 结果见表 9, 滤失系


数较低。

三、 低浓度聚合物压裂液应用效果评价

年 1 ～ 9 月低浓度聚合物压裂液现场应用
17 井次, 平均单井入井液量 184 m3, 平均单井加砂
33． 3 m3, 平 均 砂 比 22． 7% , 平 均 最 高 泵 压 24． 6
MPa。施工效果见表 10。

钻
采
工
艺
 年 5 月

·94·


表 8 岩心膨胀对比实验结果
DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY

表 9 滤失性能实验结果
May

时间 / min 清水膨胀量 / mm 破胶液膨胀量 / mm
实验条件

滤失系数

10
20
30
50
90
120
0． 43
0． 59
0． 70
0． 90
1． 02
1． 02
0． 32
0． 41
0． 66
0． 72
0． 84
0． 88
岩心井号

雁 6 － 8
雁 6 － 8
温西 3 － 318
温西 3 － 318
温度
/ ℃
70
70
70
70
压力
/ MPa
3． 5
3． 5
3． 5
3． 5
剪切速率
/ s － 1
300
300
300
300
/ m·min － 1 /2

1． 53 × 10 － 4
5． 29 × 10 － 4
2． 74 × 10 － 4
7． 26 × 10 － 4

井号


产液


措施前
产油


表 10 低聚物压裂液施工效果统计表
措施后
含水 产液 产油 含水


产液


对比
产油


含水

雁 6 － 16
雁 608
雁 628
雁 622
雁 615
雁 6 － 7
雁 6 － 3
雁 6 － 20
雁 6 － 27
雁新 6 － 6
雁 6 － 5
雁 605
雁 603
雁 629
温 5 － 100
温 5 － 301
/ m3·d － 1
4． 23
26． 49
8． 28
2． 04
12． 77
1． 88
16． 4
9． 27
23． 88
74． 94
30． 24
27． 6
15． 8
10． 85
16． 6
0
1
/ t·d － 1
3． 37
0． 19
0． 27
0． 18
1． 99
1． 37
4． 84
3． 8
12． 73
4． 3
12． 89
8． 37
0． 91
3． 91
9． 2
0
0． 78
/ %
49． 1
99． 1
96
89
81
83
64
50
35
93
48
63
93
56
32
0
22
/ m3·d － 1
30． 06
13． 08
50． 88
12
23． 21
43． 08
42． 42
50． 04
27． 46
103． 92
49． 56
64． 8
18． 3
22． 8
33． 54
8． 5
13． 2
/ t·d － 1
12． 54
1． 72
8． 29
2． 64
5． 9
2． 12
12． 52
20． 52
14． 64
13． 63
34． 14
21． 79
6． 75
10． 66
12． 85
6． 62
10． 51
/ %
2． 4
84
80
73
69
49
64
50
35
84
16
59
55
43
53
22． 1
20． 4
/ m3·d － 1
25． 83
－ 13． 41
42． 6
9． 96
10． 44
41． 2
26． 02
40． 77
3． 58
28． 98
19． 32
37． 2
2． 5
11． 95
16． 94
8． 5
12． 2
/ t·d － 1
9． 17
1． 53
8． 02
2． 46
3． 91
0． 75
7． 68
16． 72
1． 91
9． 33
21． 25
13． 42
5． 84
6． 75
3． 65
6． 62
9． 73
/ %
－ 46． 7
－ 15． 1
－ 16
－ 16
－ 12
－ 34
0
0
0
－ 9
－ 32
－ 4
－ 38
－ 13
21
－ 22． 1
－ 1． 6

应用低浓度聚合物压裂液压裂后, 平均单井日
增液量为 19． 1m3, 最大增幅达到 42． 6 m3/ d, 平均单
井日增油量 7． 6t, 是常规压裂单井日增油量的 2 倍。
现场应用中发现, 低浓度聚合物压裂液可有效降低
油井综合含水, 平均降低含水 17． 0% , 最大降幅达
到了 46． 7% 。

四、 结论与认识
⑴低浓度聚合物压裂液破胶后残渣少, 对地层
伤害小, 能够很好的解决常规胍胶压裂液压裂后对
地层造成的二次伤害, 具有很好的应用前景。
⑵低浓度聚合物压裂液增油效果显著, 平均单
井日增油量达到了常规压裂的 2 倍。
⑶低浓度聚合物压裂液具有较好的降低含水的


作用, 压裂后油井含水普遍降低。
参考文献

［1］ 张士诚． 低渗透油气藏增产技术新进展［C］． 北京: 石
油工业出版社, : 215 － 223．
［2］ 丁里, 杜彪, 赵文, 等． 新型酸性压裂液的研制及应用
［J］． 石油与天然气化工, , 38( 1) : 58 － 60．
［3］ 黄禹忠, 任山, 林永茂, 等． 川西低渗致密气藏低伤害压
裂技术研究及应用［J］． 钻采工艺, , 35 ( 1) : 33 －
35．
［4］ 刘鹏, 张海龙, 曲兆峰, 等． 大庆探区低伤害压裂工艺技
术的实践与认识［J］． 石油天然气学报, , 27 ( 5) :
641 － 643．
［5］ 丛连铸, 李治平, 刘学伟, 等． 致密气藏低伤害压裂液研
究及应用［J］． 石油钻采工艺, , 30( 2) : 78 － 81．
( 下转第 99 页)

第 34 卷 第 3 期
钻
采
工
艺

Vol． 34 No． 3
DRILLING ＆ PRODUCTION TECHNOLOGY
·99·

钻井液性能: 密度 1． 02 ～ 1． 12 g / cm3, 黏度 29 ～ 37 s。
注气量: 30 ～ 90 m3/ min。
2． 现场试验情况
罐 005 － H2 井实施间断充气钻井, 充气钻井及钻井液钻
井井段如表 1、 表 2 所示, 充气钻井总进尺 1 853． 95 m, 平均
机械钻速 7． 87 m / h。钻井液钻井总进尺 368． 65 m, 纯钻时
间 94: 50 h, 平均机械钻速 3． 89 m / h, 全井充气钻井平均机械
钻速是钻井液钻井的 2． 02 倍。

表 1 罐 005 － H2 井充气钻井井段统计表

3． 现场试验应用效果
3． 1 治理井漏效果显著
在充气钻井期间没有出现井漏现象, 取得了较好的防漏
治漏效果, 节约了处理井漏复杂时间。
3． 2 机械钻速提高明显
充气钻井在沙溪庙 ～ 须家河组提速效果明显。罐 005 －
H2 井在沙溪庙 ～ 自流井组, 充气钻井平均机械钻速比钻井
液钻井提高了 55% ; 须家河组, 充气钻井平均机械钻速比钻
井液钻井提高了 146% 。全井纯充气钻井进尺 1 853． 95 m,
纯钻时间 235: 30, 平均机械钻速 7． 87 m / h, 是全井钻井液平

介质
井段
/ m

395． 00 ～
1557． 25
层位
/ 组

沙溪庙 －
进尺
/ m
纯钻时间
/ h
机械钻速
/ m·h － 1
均机械钻速 3． 89 m / h 的 1． 02 倍。本井采用充气钻井, 创造
了沙罐坪构造机械钻速最高纪录。
3． 3 行程钻速有较大提高
罐 005 － H2 井充气钻井行程钻速 82． 45 m / d, 与罐 002

充
1618． 06 ～
1778． 00
1778． 00 ～
1923． 48
自流井
1322． 19 128 : 30 10． 30
－ X1 井同井眼钻井液钻井行程钻速 59． 20 m / d 相比, 提高
了 40% , 与罐 005 － H1 井同井眼钻井液钻井行程钻速 37． 58
m / d 相比, 提高了 120% , 创造了沙罐坪构造行程钻速之最。
3． 4 节约钻井周期明显。

气
1925． 50 ～
2180． 00
2217． 00 ～
2320． 00
2442． 22 ～
2471． 00
须家河 399． 98 80: 30

雷口坡 －
131． 78 26: 30
嘉陵江
4． 97

4． 97
本井间断充气钻井共用 27 d 时间, 进尺 2 226． 60 m。同
罐 005 － H1 井共用 45 d, 相比节约 18 d, 提高了 67% ; 罐 002
－ X1 井共用 35 d, 相比节约 8 d, 提高了 30% ; 罐 010 － X1 井
共用 53 d, 相比节约 24 d, 提高了 96% 。
三、 结论
( 1) 经过川东地区开展充气钻井现场试验表明, 充气钻

表 2 罐 005 － H2 井泥浆钻井井段统计表
井技术可将钻井液控制在低密度范围内, 能有效避免恶性井
漏带来的损失, 防止井漏、 治理井漏效果显著。

介质
井段
/ m

1557． 25 ～
层位
/ 组
进尺
/ m
纯钻时间
/ h
机械钻速
/ m·h － 1
( 2) 充气钻井降低了井底钻井液当量密度, 使井底呈现
欠平衡状态, 能有效提高机械钻速, 开展现场试验的罐 005 －
H2 井充气钻井段机械钻速是同构造最高纪录。

1618． 06

1923． 48 ～
1925． 50
自流井 60． 81
9: 10
6． 63
( 3) 推广实施充气钻井技术, 在防漏治漏、 提高机械钻速
的同时, 减少了处理井漏复杂时间, 大大缩短了钻井周期, 降
低了钻井成本。开展试验的罐 005 － H2 井行程钻速创造了

钻
井
液
2180． 00 ～
2217． 00
2320． 00 ～
2367． 27
2367． 27 ～
2442． 22
2471． 00 ～
2617． 60
须家河 39． 02 19: 20

雷口坡 －
268． 82 66: 20
嘉陵江
2． 02

4． 05
同构造之最。
( 4) 充气钻井技术在川东沙罐坪构造的成功试验, 为充
气钻井技术的发展积累了宝贵的经验, 为推动川东地区油气
田开发进程提供了技术保障。

参考文献

［1］ 左星, 李发水, 李照, 等． 充气钻井技术在四川地区的应用［J］．
天然气勘探与开发, , 33( 3) : 59 － 61．
［2］ 李颖川． 采油工程［M］． 北京: 石油工业出版社, , 27 － 31．
( 编辑: 黄晓川)

櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺

( 上接第 94 页)
［6］ 刘友权, 张永国, 王小红, 等． 缝内破胶压裂液的研究及
应用［J］． 石油与天然气化工, , 39( 1) : 51 － 54．
［7］ 宋微立． 低伤害压裂液在扶杨油层的应用［J］． 油气井
测试, , 16( 3) : 55 － 56．
［8］ 胡忠前, 马喜平, 何川, 等． 国外低伤害压裂液体系研
究新进展［J］． 海洋石油, , 16( 3) : 93 － 97．
［9］ 翁蕊, 韦莉． 剪切对低浓度聚合物冻胶成胶行为的影响
［J］． 石油勘探与开发, 1998, 25( 5) : 65 － 67．
( 编辑: 包丽屏)