朱志芳陈金菊唐芳
（中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院油田化学研究所）
摘要介绍了酸性清洁压裂液、酸性交联泡沫压裂液、酸性胍胶压裂液和冻胶酸等酸性压裂液的性能及应用情况，并结合江汉油田不同开发区块的特征，分析了酸性压裂液在低渗透区块、建南碳酸盐地层及盐间泥质白云岩储层的应用前景。 关键词酸性压裂液交联现场应用前景
前言
酸化压裂是实现油气田高效开发的重要技术措施之一，近年来随着一些特殊类型油气藏投入开发，常规压裂、酸化工作液体系暴露出了不少问题，很难满足现场应用要求。国内使用的压裂液９０％以上为水基压裂液，主要使用的稠化剂为植物胶类、低聚合物和粘弹性表面活性剂，但此类压裂液多在碱性或者接近中性条件下交联，应用于盐间泥质白云岩、强碱敏等储层时，部分存在见效率低、返排不彻底、二 次伤害严重等问题，开发使用新型压裂液体系成为提高此类油藏措施效果的重要思路之一，而酸性压裂液体系既具有常规压裂液的良好造缝性能，又具有低伤害、能显著改善地层渗流能力的特点，特别适用于一些特殊类型油气藏的酸化压裂改造。
酸性压裂液的特点
所谓的酸性压裂液是指在酸性条件下，性能指标能达到或接近常规碱性压裂液的交联体系。该压裂液体系具有以下特点：
１、酸性压裂液集酸化、压裂优点于一体，在保证措施强度的基础上能显著改善地层渗流能力；
２、酸性压裂液进入地层后可有效抑制因粘土表面的负电性而引起的膨胀运移，过量的Ｈ＋可将粘土分子中的金属离子置换，加强各层间的分子作用力，起到稳定粘土的作用，避免粘土膨胀和颗粒运移引起的伤害；
３、某些酸性压裂液配方具有低残渣或无残渣的特点，促进液体返排，可大大降低对地层的伤害。
４、增大孔喉半径，刻蚀天然裂缝或人工裂缝壁面，改善流动条件，改善地层和裂缝之间的流动能力。
酸性压裂液发展现状
近年来，国外开发了以羧甲基羟丙基胍胶为稠化剂的酸性压裂液，在东得克萨斯油田进行了现场试验，取得了一定成果，但存在价格昂贵等难题。国内各大高校和油田，也开展了酸性压裂液方面的研究工作，形成了一些配方，并在现场施工方面进行了有益的探索，取得了一定的开发效果。综合国内外研究进展，酸性压裂液体系主要有以下几种类型。
一、酸性清洁压裂液
长庆油田分公司第一采油厂研究了以活性剂和酸性物质进行交联的酸性清洁压裂液。该体系是一种由特殊粘弹性表面活性剂组成的压裂液体系。其基本组成为表面活性剂、复合酸、控制剂和稳定剂，是一种液态混合物。该压裂液不会伤害地层和污染环境，并且携砂能力强，压裂效果好，易于现场配制与操作，与地层中烃类相遇或被地层水稀释时，会自动破胶，不留任何残渣。大量实验表明，该产品性能稳定，具有携砂能力强、返排率高、粘度高和基本上不产生固相沉淀等优良性能，在压裂过程中还能对储层进行酸化处理，提高措施效果，具有较好的推广应用前景。
该酸性清洁压裂液破胶后，外观为无透明液体，ｐＨ值为４．０，在１８℃下返排的破胶液粘度为３．４１６ｍＰａ·ｓ。破胶液表面张力和界面张力分别为
２９．４９ｍＮ／ｍ和０．３４ｍＮ／ｍ，这样的低表面张力有利于破胶液的返排。酸性清洁压裂液破胶试验数据见表１。
表１ 酸性清洁压裂液破胶试验数据
原油加入比例
％
破胶时间
ｈ
描 述
１．０２．５
３０ｍｉｎ后已无携砂性能０．５４．０
１ｈ后仍然有稠度，但明显不
能携砂
０．１２４８ｈ后不具有携砂性
室内试验了胍胶压裂液和酸性清洁压裂液分别对兰州石英砂（粒度范围：２０～４０目）的悬砂性能。其中胍胶压裂液配方为：０．３５％胍胶＋０．３％ＣＦ－５Ｂ＋０．３％ＣＨＪ－９５＋０．０５％ＣＯＧ－２８５＋０．１％ＢＥ－２，交联液为：０．４％硼砂＋０．４％（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ８，酸性压裂液配方为：７％ＬＨＡ－１＋３％ＨＣｌ。测试砂面下降２
／５体积需要的时间。其结果如表２所示。
由表２可看出，随着砂比的提高，胍胶压裂液的悬砂时间略有降低，而酸性清洁压裂液的悬砂时间逐渐增大，酸性清洁压裂液的悬砂时间是胍胶压裂液的４～１２倍。
表２ 不同砂比下两种体系的悬砂时间砂比
％
悬砂时间，ｍｉｎ
胍胶压裂液
酸性清洁压裂液
１０７２９
２０
８３５
３０
７３４
４０６７８
采用ＣＤＬＹ－９６导流能力实验仪，在室温下测试酸性清洁压裂液、胍胶压裂液和胍胶基液对支撑带导流能力的伤害情况。实验结果表明，酸性清洁压裂液导流能力恢复了９３％，胍胶压裂液导流能力恢复了３９％，胍胶基液导流能力恢复了５２％。对同样的压裂支撑裂缝，用酸性清洁压裂液施工，其裂缝的导流能力是用胍胶基液施工导流能力的１．７５倍，胍胶压裂液施工导流能力的２．３８倍。
该酸性清洁压裂液在２００８年共进行了４口井
的现场试验，加砂量６～３２ｍ３，排量１．０～２．０ｍ３
／ｍｉｎ，
砂比２５％～３２％，平均放喷返排率６３．８％，措施后
贞洁的厄运平均日产液从１．２４ｍ３上升至６．４９ｍ３，日产油从０．８２ｔ
上升至２．００ｔ。目前４口井仍然保持较好效果见表３。
表３ 试验井施工参数与效果统计
井 号
油层
厚度ｍ
渗透率×１０－３
μｍ
２
加砂量ｍ
３
砂比％
排量ｍ
３
措施前措施后
日产液ｍ
３
日产油ｔ含水率％液面ｍ
龙牙星日产液ｍ
３
日产油ｔ含水率％液面
ｍ
试验１井１０．６３０．４２６２５．０１．００．３００．０５７９．２１０９０９．９２１．２８８４．６５５６
试验２井１６．４０．４４３２３２．０２．０２．８９１．８４２４．２１３６４５．６０２．７８４０．９３３７
试验３井１２．００．９２２５３０．０１．４０．３５０．２８４．０１４４０４．５６１．９８４８．３１２３５
工业设计试验４井１７．６５．３８２０２８．８１．６１．４０１．１０６．２１３３６５．８８１．９５６０．５３０７
二、酸性交联泡沫压裂液
ＣＯ２的水溶液呈酸性，而羟丙基胍胶多糖顺式羟基分子结构必须在碱性条件下才能实现交联，从而形成高粘弹性的冻胶体。在ｐＨ值为３～４条件下，常规交联剂很难实现植物胶的交联，丁云宏等人采用酸性交联剂ＡＣ－８，实现了ＣＯ２泡沫压裂液在酸性条件下的交联，通过性能评价认为该压裂液体系相当于国外的第三代泡沫压裂液，其稳泡性、抗温耐剪切性、携砂性、破胶性、助排性、滤失
性、伤害性等均有了显著提高，同时在现场应用中取得了良好的效果。
通过大量室内试验，筛选出ＣＯ２泡沫压裂液典型配方为：０．６５％～０．７５％ＧＲＪ改性胍胶＋１．０％ＹＰＦ－１起泡剂＋０．０５％ＳＱ－８杀菌剂＋１．０％ＫＣｌ粘土稳定剂＋０．３％ＤＬ－１０助排剂＋０．００３％～０．０６％（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ８＋１．５％ＡＣ－８酸性交联剂。不过，在实际应用时，应针对不同油气藏特征和具体压裂工艺要求，对该配方进行相应的调整。
在变剪切速率下，测得５０％泡沫质量ＣＯ２泡沫压裂液在６０℃条件下的流动行为指数为０．４２１５，稠
度系数为２．０４５Ｐａ·ｓｎ
；６５％泡沫质量ＣＯ２泡沫压裂
液在８０℃条件下的流动行为指数为０．５０３９，稠度系
数为１．５１９Ｐａ·ｓｎ。酸性交联泡沫压裂液耐温耐剪切试验见表４。
表４酸性交联泡沫压裂液耐温耐剪切试验结果
时间ｍｉｎ温度
℃
粘度
ｍＰａ·ｓ
０．５１６．９２３８
１０４８．２２１１
２０６９．６３０９
３０８０．７２４２
４０７９．７２５６
５０８０．３１９５．５
６０８０．９１１５．６
８０８０．７６２．２
１００８０．１４０．７
将交联ＣＯ
西风狂诗曲2
２
泡沫压裂液置于８０℃的密闭容器内，使用毛细管粘度计，测试其在不同时间内的破胶液粘度，试验结果见表５。
表５不同泡沫质量ＣＯ
２
泡沫压裂液的破胶粘度对比项目５５％泡沫质量７０％泡沫质量
破胶时间
ｈ
３４８３４８破胶液粘度
ｍＰａ·ｓ
５．７６４．１８２．３３５．２８４．２７２．１３
使用岩心伤害试验装置，分别测试了清水和酸性交联泡沫压裂液对不同岩心的伤害情况（注液压差为７．０ＭＰａ，液体饱和时间为３ｈ，泡沫质量为５３％），试验结果见表６。由表６可见，由于岩心亲水性强，孔隙与喉道较小，毛管阻力强，清水对岩心的伤害达８０％以上；而泡沫压裂液具有两相，减少了其水相的相对含量和进入岩心的水量，因此可以在一定程度上降低伤害。
表６清水和ＣＯ２泡沫压裂液对岩心的伤害对比
岩心编号流体类型
气体渗透率，×１０－３μｍ２
伤害前伤害后伤害率
％
２１５－３３清水０．２７９０．０５２８１．３６２１５－３４泡沫压裂液０．２５８０．１４８４２．６４２１５－３６泡沫压裂液０．２９６０．１５８４６．９６２１５－４０泡沫压裂液０．３２００．１８９４０．９４２３４－２２泡沫压裂液０．３６２０．１７８５０．８２２３４－１６泡沫压裂液０．２８００．１０９６１．０７
１９９９—２０００年长庆靖安油田和江苏油田对陕
１１井、陕２８井、陕１５６井、陕２１７井、苏６井等油气井进行了ＣＯ
２
泡沫压裂液施工后，分别获得了７．７×１０４ｍ３／ｄ、５６．６×１０４ｍ３／ｄ、４．２×１０４ｍ３／ｄ、１５．４×１０４ｍ３／ｄ和４．１×１０４ｍ３／ｄ（苏６井山１层位）、１２０．２×１０４ｍ３／ｄ（苏６井盒８层位）的无阻流量，增产效果明显；２０００年江苏油田对ＧＸ１井、Ｗ２－３井、ＳＮ２０井
三口油井进行ＣＯ
２
泡沫压裂液施工，其中ＧＸ１井和Ｗ２－３井自喷返排率达７８．８％和８７．０％，而ＧＸ１井相似油层常规压裂后返排率不到２０％，Ｗ２－３井压裂后原油产量由４．０ｔ／ｄ上升到６．７ｔ／ｄ，ＳＮ２０井压裂后原油产量由５．２ｔ／ｄ上升到１２．８ｔ／ｄ，增产效果也很明显；２００４年大庆油田对扶扬油层民６井Ｆ１号层采
用ＣＯ
２
泡沫压裂施工后，也获得了４．１ｔ／ｄ的原油工业产能，增产效果明显。
三、酸性胍胶压裂液
国内外最常用的水基压裂液体系为“羟丙基胍胶＋硼砂／有机硼”，该体系在碱性条件下交联性能好，具有低摩阻、低残渣的特点，但在酸性条件下无法正常交联。西南石油大学研制成功的一种新型酸性稠化剂，在３０℃条件下，测得基液性能见表７。
表７压裂液基液性能
项目
ｐＨ值
密度
×１０３ｋｇ／ｍ３
视粘度，ｍＰａ·ｓ
５１１Ｓ－１１７０Ｓ－１商标法实施细则
ｎ
Ｋ
Ｐａ·ｓｎ性能２．０～４．０１．０１５２８５４０．６６０８１．０３４８
温度３０℃，交联比为１００∶０．８的条件下，该体系的增稠时间为３０ｓ、６１ｓ可挑挂。
根据实际施工要求，分别测定该压裂液的粘温（１０～９０℃）、粘时（９０℃）曲线，测定结果见图１、图２所示。测定结果说明，该体系具有较好的延迟交联效果，在９０℃条件下具有良好的稳定性，其完全破胶时间可根据施工需要进行调整。
图１压裂液的粘温曲线
图２ 压裂液的粘时曲线
从图３所示的耐剪切性能曲线可以看出，该压裂液在２ｈ内粘度可保持在１００ｍＰａ·ｓ以上，能满
足施工要求。
图３ 酸性压裂液耐剪切性能曲线
压裂液的流变参数对施工设计具有重要的指导作用，该体系在９０℃下，用Ｎｏｒｄｍａｎ５０流变仪测得的流变数据见表８。
表８ 酸性压裂液的流变性能
时 间
ｍｉｎ
基础配方
ｎ
Ｋ，Ｐａ·ｓ
ｎ
５０．４０３８２．３８１２
１００．５１５４２．２０２３
大庆油田宽带１５０．５５２６２．９７５３
压裂液的表面张力影响压裂液的返排，用酸性压裂液基础配方的破胶液在３０℃下测得的表面张力见表９，此体系与清水压裂液相比表面张力较高，不利于压裂液返排。
表９ 酸性压裂液破胶液的表面张力（单位：ｍＮ／ｍ）
配方
平行样１＃２＃３＃平均值
基础配方３２．５３３．７３２．５３２．９
清水压裂液２３．５２４．１２４．６２４．１
自来水７６．４７６．６７６．５７６．５
四、冻胶酸
冻胶酸又称表面稠化酸，是将有机锆（金属离子交联剂）加入到由酸（ＨＣｌ）和稠化剂（聚丙烯酰胺）组成的稠化酸中形成的体系。它广泛应用于油田的采油、调剖、堵水、酸化、压裂、防砂等过程。冻胶酸施工不仅增产幅度大，而且有效期长，在改造地层的过程中不仅增大了酸化作用半径，延伸了裂缝长度，而
且在主体上使孔洞和裂缝之间能更好地沟通，从而使导流能力增强。因此，冻胶酸解决了酸化过程中
遇到的缓速和防砂两大问题。
用改性的聚丙烯酰胺作为冻胶酸的酸液稠化剂和用水溶性锆的螯合物作为交联酸的交联剂配制的冻胶酸，其挑挂
性能如图４所示。
图４ 冻胶酸的挑挂性能
冻胶酸粘温曲线如图５所示，试验结果表明：当温度从３０℃上升到１１０℃后，保持剪切速率１７０ｓ－１
不
变，连续剪切１ｈ后该体系粘度仍然保持在５０ｍＰａ·ｓ以上，此冻胶酸具有良好的粘温性。
图５ 冻胶酸粘温曲线
冻胶酸在８０℃下的抗剪切性能如图６所示，试验结果表明：加入０．８％稠化剂后在８０℃恒温条件
下用１７０Ｓ
－１
转速连续剪切１ｈ后，粘度仍然保持在５０ｍＰａ·ｓ以上，该体系抗剪切性能良好。
图６ ８０℃冻胶酸抗剪切性能试验结果
将所配置的冻胶酸压裂液加入１０００ｐｐｍ的（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ８，在８０℃恒温水浴下进行破胶，破胶不彻底，残渣含量高。用离心机对冻胶酸的残渣含量进行测试，测得的残渣含量为η＝８８３０ｍｇ／Ｌ。在室温（２２℃）下，测得冻胶酸残酸的运动粘度为１．５３０８３ｍ２
／
ｓ。认识与建议
１、长庆油田分公司第一采油厂研究的交联水酸性清洁压裂液，能有效防止油层二次伤害，现场试验也取得了较好的增产效果，对低渗油田的储层改造具有重要的意义。但对该体系中酸液类型、浓度、用量等还没有很好的把握，需要进一步试验和优化，以适应不同储层的改造需要。
２、ＣＯ２泡沫压裂液在酸性条件下交联形成酸性交联泡沫压裂液，在现场应用中取得了良好的效果。但由于井下温度、压力都较高，ＣＯ２处于超临界状态，对金属管柱的腐蚀程度较大，如何解决ＣＯ２的
腐蚀性及开发出多样性的酸性交联剂是有待进一步深入研究的问题。
３、西南石油大学研制出的酸性胍胶压裂液具有良好的粘温粘时性和抗剪切能力，存在的缺点是表面张力较高，不利于压裂液返排，酸性压裂液配方需进一步改进以应用于现场。
４、用有机锆和改性的聚丙烯酰胺配制的冻胶酸具有良好的粘弹性以及耐温耐剪切性能。其缺点是破胶不彻底，容易对地层造成伤害。
５、酸性压裂液适用于一些特殊油气藏的开发，解决了常规压裂和酸化的难题。
江汉油田经过多年的研究应用，已经拥有了较
为成熟的胍胶压裂液体系及施工工艺配方。但随着一些特殊类型油气藏（强碱敏、盐间泥质白云岩油气藏）的开发，现有的压裂液体系已不能完全满足现场要求。开发使用新型压裂液体系成为提高此类油藏措施效果的重要思路之一。
结合其它油田的现场应用情况及江汉油田地层特点，酸性压裂液具有较好的应用前景。建议在室内开展摸索试验研究配方，并结合实际条件，形成本油田的酸性压裂液体系。
参考文献
［１］丁云宏、丛连铸、卢拥军等．泡沫压裂液的研究与应用［Ｊ］．石油勘探与开发，２００２．２９（４）：１０３～１０５．
［２］刘晓明、蔡明哲、蔡长宇．泡沫压裂液性能评价［Ｊ］．钻井液与完井液，２００４．２１（３）：１～４．
［３］周继东、朱伟民、卢拥军等．二氧化碳泡沫压裂液研究与应用［Ｊ］．油田化学，２００４．２１（４）：３１６～３１９．
［４］杨胜来、邱吉平、何建军等．泡沫压裂液的流变性及井筒摩阻计算方法研究［Ｊ］．内蒙古石油化工，２００７．５：３～６．
（收稿日期：２００９．１０．１８ 编辑：甘旭红）
【知识窗】
从纳米尺度上了解剩余油位置
斯伦贝谢道尔研究中心最近指出：“上个世纪，石油工业一直注重表征和了解油藏的宏观和微观世界，但随着对提高常规油气资源的采收率以及开发非常规资源的关注，石油工业必须在纳米尺度上了解剩余油气的位置。这非常有可能开创新的地学研究领域。”
先进能源财团（ＡＥＣ）是由世界上最成功的一些油公司和服务公司组成的，致力于利用纳米技术勘
探与生产油气。主要目标之一是开发可以注入到油气井中的地下微传感器与纳米传感器，采集有关油气藏物理性质的资料，以便更好地表征油藏，有效开发油气资源。
摘自“中国钻井网”２００９相关技术
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议