第38卷第1期
2021 1
精细石油化工SPECIALITY PETROCHEMICALS
徐斌
(国家管网集团北方管道有限责任公司大连输油气分公司，辽宁大连116601)
摘要：为满足海上高温低渗油田压裂施工的需求，以丙烯酰胺、丙烯酸、N -乙烯基毗咯烷酮和长链季S 盐阳离
子单体为原料，制备了一种新型两性离子型聚合物稠化剂CHY-2，并以此为主要处理剂，研制了一套适合海
上高温低渗油田的耐高温高矿化度海水基压裂液体系。该压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性能，在160 C ,
170 S -1的剪切速率下实验120 min 后，体系黏度仍能保持在100 mPa • s 以上；压裂液基液具有良好的耐盐性 能，使用105 000 mg/L 的模拟水配制的基液黏度较高。此外，该压裂液体系还具有较好的滤失性能、悬砂性 能和破胶性能，并且破胶液对储层天然岩心基质渗透率的伤害率小于10%，具有较好的低伤害特性，能够满
足海上油田压裂施工的要求。现场应用结果表明，海水基压裂液配制过程简单，性能稳定，X-11井压裂施工
过程顺利，压后日产油量18.3 t，取得了良好的压裂施工效果。关键词：海水基压裂液稠化剂耐高温抗盐性低伤害
中图分类号：TQ357. 1+2
文献标识码:A
近年来，海上低渗油气资源的勘探与开发受 到越来越多的关注，水力压裂技术作为一项重要 的增产措施被广泛应用于低渗透油气储层，并取 得了显著的效果。而对于海上高温低渗油气田的
开发，由于受到平台空间、地层温度、作业环境以
及作业成本等因素的影响，导致难以开展大规模
的压裂施工作业［14］。陆上压裂施工时通常采用 淡水配制压裂液，而海上平台淡水资源则比较匮
乏。因此，为满足海上高温低渗油气田压裂施工 的需要，研究耐高温的海水基压裂液体系就显得
十分有必要。
由于海水的矿化度通常较高，并含有较多的 二价金属阳离子，严重影响压裂液体系中稠化剂 的溶解，容易导致稠化剂分子聚集，无法形成舒展 的网状结构，影响稠化剂与交联剂的交联作用，降
低压裂液体系的耐温性能卩9］。目前，用于高温淡
水基压裂液体系的稠化剂主要为_胶、改性_胶 以及合成聚合物等，但应用于海水基压裂液体系
时，以上稠化剂大多存在溶胀性差、交联程度低以
及耐温性能差等缺点［1014］。而适用于高温海水基 压裂液体系稠化剂大多处于室内研究阶段，现场
应用的报道不多［1520］。为此，笔者以丙烯酰胺、丙
烯酸、N -乙烯基毗咯烷酮和长链季S 盐阳离子单 体为主要原料，制备了 一种新型两性离子型聚合
物稠化剂CHY-2，并以此为主要处理剂，研制了
一种适合 上油田的 化度 水 压裂
液体系，室内评价了其综合性能，成功在渤海湾某
油田开展了现场应用试验。
1实验部分
1.1主要材料和仪器
丙烯酰胺(AM )、丙烯酸(AA )、N -乙烯基毗咯烷 酮(NVP )、长链季S 盐阳离子单体(TES11)、过硫酸
S 、亚硫酸氢钠、氢氧化钠，分析纯，国药集团化学
试剂有限公司；交联剂JLY1、黏土稳定剂WDY-
2、助排剂ZPY
3、离子稳定剂LZY1、杀菌剂 SJY-11，实验室自制；陶粒(粒径为0. 425-0 500
mm )，江西佳利生化高科有限公司；过滤海水，取
自渤海湾海域；不同矿化度模拟水，实验室配制 (离子组成见表1)；储层天然岩心，取自渤海湾某
油田储 。
哈克RS6000型流变仪，上海力晶科学仪器 有限公司；ZNN-D6B 型六速旋转黏度计，青岛恒
泰达机电设备有限公司；GGS71型高温高压滤失 仪，青岛森欣机电设备有限公司；7012S 型混合搅
56 7 8,2020 - 08 -24；修收到 7 8 ： 2020 - 11 - 10。
作者简介：徐斌(1971 -)，本科，工］呻，主BC 事禽气储运、管道 工程和管道保护等方面的研究工作。E-mail ： 。
基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发” (017ZX05013)。
第38卷第1期徐斌.耐高温高矿化度海水基压裂液体系研究及应用13
拌器，北京中西华大科技有限公司J YW-200A型限公司；高温高压岩心流动实验装置，海安县石油表面张力仪，承德鼎盛试验机检测设备有科研有限公司。
表1海水及不同矿化度模拟水的离子组成
矿化度/（mg•L1）
子含：/（mg-L1）
K++Na+Ca2+Mg2+SO2HCO s Cl
8750（模拟水）2740180260720404810 17500（模拟水）54803605201440809620 35000（水）109607201040288016019240 70000（模拟水）2192014402080576032038480 105000（模拟水）3288021603120864048057720
1.2新型稠化剂CHY-2的制备
新型稠化剂CHY-2的制备采用水溶液聚合法，即将单发剂均溶解于水溶液中，在水溶液状合反应。骤为：按一定的质AM、丙烯酸AA J V-乙烯基毗咯烷酮NVP和长链季S盐阳离子单体TES11溶于蒸V水中，搅拌使其充分溶解，调节水浴温度至40C，化钠溶pH值至9左右，然后通入氮气除氧，再加入过硫酸S-亚硫酸氢钠作（质量比为1:1）为引发剂开始聚合反应，度控制在40C，在通氮气的情况下反应4h 后，继续升高温度至65C，再继续反应3h，将产
、粉碎即为新型稠化剂CHY-2最终产物。
1.3压裂液体系配方及实验方法
1.3.1海水基压裂液体系配方
以制备的新型稠化剂CHY-2为主要处理剂，通过其他处的研制及优选，建立了一套化度海水基压裂系，具体配方为：0.8%稠化剂CHY-2+0.5%交联剂丿［丫-1+ 0.3%黏土稳定剂WDY-2+0.5%助排剂ZPY-3+
0.2%离子稳定剂LZY-1+0.1%杀菌剂SJY-11。
1.3.2海水液配制方法
一的过滤海水于搅拌器中，在1000r/min的搅拌条按新型稠化剂CHY-2，搅拌10mm后继续按比例加入黏土稳定剂WDY-2、助排剂ZPY-3、离子稳定剂LZY-1和杀菌剂SJY-11，继续在1000r/min的条件下搅拌10min即得海水基压裂，然后再按比
JLY-1溶于压裂中，
转速至500r/min继续搅拌5min，即配制成海水压裂液。
1.3.3海水基压裂液体系性能评价方法
室内按照石油天然气行业标准SY/T5107—2016《水基压裂液性能评价方法》和SY/T5185—2016《砾石充填水基携性能评价方法》中的规定，对上水基压裂系的综合性能进，包括性能、抗盐性能、静态滤性能、悬砂性能、破胶性及对岩心的性能。
2结：讨论
2.1耐温耐剪切性能
使用哈克RS6000型流变仪在温度为160C，为170s-1的条了海水基压裂液体系的耐温耐剪切性能，实验时间为120min，实验结果见图1。
700,
600
卜5温度
（200
1«0
500
V1
400
A
役300/
/
\
80醫
200
\
f----------
J
40
1黏度J
d
20406080100120
时间/mi】Q
图1海水基压裂液体系耐温耐剪切曲线
由图1结果可以看出，当温度升高至160C 时，海水基压裂液体系仍具有较高的黏度值，在170s-1的剪切速率下连续剪切120min后，压裂液体系的黏度值仍能维持在100mPa•s以上，满足SY/T5107—2016的要求（〉50mPa•s），说明研制的海水基压裂系具有良好的耐温耐性能。这是由于化度海水基压裂
系属于一种物合型压裂液，新型稠化剂CHY-2JLY-1中的部分通过分子间的水合作成的状结构，这种结构具有良好的可逆性，从而使其具有较好的、性。
14精细石油化工2021年1月
2.2抗盐性能
在1.32中海水基压裂液基液配制时将海水
替换为蒸V水和不同矿化度的模拟水（见表1）,
然压裂160C下老化24h后，使用六
转黏度计测定其表观黏度值，以此考察压裂
的抗盐性能，实验结果见图2。
由图2可以看出，当矿化度小于35000mg/L
时，矿化度升黏度值的影响不大，当矿化度大
于35000mg/L时，随着矿化度的升高，海水基压
裂液基液的黏度有所，幅度不大，当矿
化度为105000mg/L时，黏度仍能保持在75mPa
•s以上，说明研究的海水基压裂有良好
的抗盐性能。这是由于合成的新型稠化剂CHY-2
属于两性离子型聚合物，其分子链上同有一定
量的阴、阳离子，溶液中盐离子=
合物分子的影响，使其分子结构在化度盐水仍
较高的舒展程度，其抗盐性能。
2.3性能
使压滤失仪评价了海水基压裂液体
系的静态滤失系数，实验温度为90〜160C，实验
压力为3.5MPa，实验结果见表2。
表2海水基压裂液体系静态滤失性能
实验温度/C
滤系数/
(m•min1/2)
业标/
(m•min1/2)
900.12X103
1200.14X103
d.0X103
悬空板1400.27X103
1600.51X103
由表2可以看出，随着实验温度的不断升高，海水基压裂液体系的滤失系数大，当温度为160C时，静态滤失系数为0.51X10-3 m/mm1/2，满足SY/T6376—2008（（压裂液通用技术条件》的要求，说明研制的耐高温高矿化度海水压裂系的滤性较好，上油田压裂施工的要求。
2.4悬砂性能
参照SY/T5185—2016，分别测定了单颗粒陶粒和不同条件下陶粒在不同温度下老化的水压裂系中的度，此压裂系的性能，实验用陶粒粒径为0425〜0500mm，水压裂老化度为90、120、140和160C，实验结果见图3。
由图3看出，水压裂系的老化温度越高，陶粒在其中的度越大，当老化温度为160C时，单颗粒陶粒的度为0.068mm/s，而10%砂比、20%砂比和30%砂比条件下沉降速度分别为0.016,0.023和0.029 mm/s。文献［21］报道，单颗支撑剂在压裂液体系中的沉降速度小于0.08mm/s时，压裂液即有良好的力。由此可以看出，研制的耐化度水压裂系有较好的
性，上油田压裂工的要。
2.5破胶性能
在海水基压裂液体系中加入不同加量的破胶剂过硫酸S，将压裂系置于不同温度［行破胶实验，测定
不同破胶时间后压裂液的黏度值、破胶液的表面张力以及含量，以此压裂液体系的破胶性能，实验结果见表3。
由表3可以看出，在160C和140C实验条件下，当破胶为0.03%时，压裂系2h 就可以达到完全破胶。而在120C和90C实验条，破胶为003%，压裂系完全破胶则需要3h，破胶时间均业标的要。不同度压裂系完破胶的表面力含@化不大，表面力均在25 mN/m以下，这有助于压裂液破胶后的快速返，含均在50mg/L，于
业
第38卷第1期徐斌.耐高温高矿化度海水基压裂液体系研究及应用15标准要求的600mg/L，能够有效降低压裂液残渣对地层带来的堵塞损害。
表3海水基压裂液体系破胶性能
破胶液性能
破胶温度/C破胶剂质量分数，％破胶时间/h
黏度/(mPa•s)
表面张力/
(mN•m-1)
残渣含量/
(mg•L-1)
1339——0012125——
高压水冲353238487
1186——160003242236469
336229413
165241492 005236232443
332235422
1265——140003248245481
341233432
1312——1200032165——
342241476
1361——900032212——
346246462
2.6对岩心的伤害性能
室内采用高温高压岩心流动实验装置评价了海水基压裂液破胶液对目标储层基质岩心渗透率的伤害情况，储层岩心岩性主要为细砂岩，岩石矿物组分主要以石英和长石为主，其中石英含量在50%〜75%，长石包括钾长石和斜长石，含量在10%〜25%，黏土矿物含量在10%左右（具体组成见表4）。实验流体为2.5中破胶温度为160 C、破胶剂加量为0.03%、破胶时间为2h时的破胶液，实验结果见表5。
表4储层岩心黏土矿物含量分析结果
岩心号黏土矿物
总量,
一周药盒
黏土物含，%
伊/蒙混层蒙脱石石绿泥石石
SZ-11144161123657235 SZ-2963921743436526 SZ-31033581523957124
表5海水基压裂液破胶液对岩心的伤害性能
岩心长度/cm直径/cm初始渗透率/10-3M m2伤害后渗透率/10-3M m2，% SZ-1681250108099833 SZ-2655250097088928 SZ-3673250129119775
由表5可见，海水基压裂液破胶液对储层岩心的渗透率伤害率小于10%，伤害率较低，这是由于压裂液体系破胶后的残渣含量较小，并且使用海水配制压裂液不会与储层流体产生不配伍现象，从而避免对储层造成严重的伤害。
3
使用耐高温高矿化度海水基压裂液体系在渤海湾某油田X-11井进行了现场压裂施工试验, X-11井压裂施工井段为3901.2〜3910.1m，储层温度达到155C左右。其中压裂液配制用水为过滤海水，压裂液基液黏度为96mPa•s，交联时间为130s，交联状态较好。该井压裂施工过程中共计注入压裂液402.3m3，平均施工排量为4.6 m3/min，最高施工压力为61.3MPa，累计加砂41.5m3，平均砂比为23.6%，压裂液降阻率为72.6%,X-11井的具体施工曲线见图4。该井整体压裂施工过程顺利，开井正常返排，返排液破胶性能较好，返排率达到75%以上，返排液黏度为1.92mPa•s，表面张力为26.1mN/m，残渣含量为75.6mg/L。生产初期实现了自喷排液，目前
16精细石油化工
2021年1月
日产液量达到35. 8 m 3，日产油量18.3 t，取得了
4结论无镜框眼镜
通过水溶液聚合法合成了一种新型稠化剂
CHY-2，并以此为主要处 ，配合
其
他处理剂构建了一套 化度海水基压裂
系。该体系具有良好 性能、抗盐
性能、悬砂性能、滤失性
及破胶性能，并且破
胶 储 然岩心的基质 程度较
小,
上油田压裂施工的 。该海水
压裂液现 制状态较好，X-11井压裂施工过
程顺利，压后实现了自喷
，取得了良好的压裂
效果。
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RESEARCH AND APPLICATION OF HIGH TEMPERATURE AND HIGH
SALINITY SEAWATER BASED FRACTURING FLUID SYSTEM
Xu Bin
(China Oil & Gas Pipeline Network Corporation Dalian Carry Oil & Gas Company ,
Dalian 116601, Liaoning , China)
Abstract : In order to meet the requirements of fracturing operation in offshore high temperature
and
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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