新型耐中高温压裂液专用交联剂

压裂液性能及分类

压裂液提供了水力压裂施工作业的手段，但在影响压裂成败的诸因素中，压裂液及其性能极为重要。对大型压裂来说，这个因素就更为突出。使用压裂液的目的有两方面：一是提供足够的粘度，使用水力尖劈作用形成裂缝使之延伸，并在裂缝沿程输送及铺设压裂支撑剂；再者压裂完成后，压裂液迅速化学分解破胶到低粘度，保证大部分压裂液返排到地面以净化裂缝。

压裂液是一个总称，由于在压裂过程中，注入井内的压裂液在不同的阶段有各自的作用，所以可以分为：

(1) 前置液： 其作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝，同时还起到一定的降温作用。为提高其工作效率，特别是对高渗透层，前置液中需加入降滤失剂，加细砂或粉陶 ( 粒径 100~320 目，砂比 10%

左右 ) 或 5% 柴油，堵塞地层中的微小缝隙，减少液体的滤失。

(2) 携砂液： 它起到将支撑剂 ( 一般是陶粒或石英砂 ) 带入裂缝中并将砂子放在预定位置上的作用。在压裂液的总量中，这部分占的比例很大。携砂液和其它压裂液一样，都有造缝及冷却地层的作用。

(3) 顶替液： 其作用是将井筒中的携砂液全部替入到裂缝中。

根据不同的设计工艺要求及压裂的不同阶段，压裂液在一次施工中可使用一种液体，其中含有不同的添加剂。对于占总液量绝大多数的前置液及携砂液，都应具备一定的造缝力并使压裂后的裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。这样它们必须具备如下性能：

① 滤失小。这是造长缝、宽缝的重要性能。压裂液的滤失性，主要取决于它的粘度，地层流体性质与压裂液的造壁性，粘度高则滤失小。在压裂液中添加降滤失剂能改善造壁性大大，减少滤失量。在压裂施工时，要求前置液、携砂液的综合滤失系数≤ 1 × 10 -3 m/min 1/2 。

② 悬砂能力强。压裂液的悬砂能力主要取决于其粘度。压裂液只要有较高的粘度，砂子即可悬浮于其中，这对砂子在缝中的分布是非常有利的。但粘度不能太高，如果压裂液的粘度过高，则裂缝的高度大，不利于产生宽而长的裂缝。一般认为压裂液的粘度为 50~150mPa·s 较合适。由表 3-1 可见液体粘度大小直接影响砂子的沉降速度。

压裂液延迟交联与快速破胶技术

压裂液延迟交联与快速破胶技术

车航崔会杰邱兵姚俊兰 (华北石油管理局井下作业公司,河北任丘)

摘要针对压裂液伤害地层的问题,通过对压裂液延迟

交联与快速破胶技术的研究试验,研制出了时问延迟交联剂

和温度延迟交联剂.确定了压裂液在不同温度和不同时问内

破胶时需要破胶剂的用量.结果表明.压裂液交联的最佳时

闻是压裂液刚进入地层的那一刻.为减少压裂液对地层的

伤害,破胶剂加量应根据施工时间与裂缝中压裂液温度情

况,使压裂液的破胶时问与施工时闻相一致,既能保证压裂

液的造缝与携砂能力,又能使压裂液在施工结束后快速破

胶,水化返排.现场应用表明,压裂液具有摩阻低,抗剪切性

能好,造缝与携砂能力强.对地层伤害小的优点.满足了现场

施工的需要,提高了油井(特别是深井)压裂施工的成功率.

在华北冀中对井深3400～3800m的油井压裂施工9口,平

均砂比为29.3,成功率为100.

关键词:压裂液延迟交联快速破胶防止地层损害

压裂施工过程中,一般压裂液交联进行得很快,

瞬间形成冻胶,使压裂液的摩阻升高,冻胶在压裂管

柱中受到高速剪切而变稀,造缝与携砂能力变差;如

果压裂液交联进行得很慢,进入地层后仍未交联,也

会造成脱砂,使施工失败.因此,只有压裂液的交联

时间与压裂液流经压裂管柱的时间一致,才能使压

裂液性能最佳.为了减小压裂液对地层的伤害,一

般采用强制裂缝闭合技术,要求在压裂液中加入破

胶剂,使压裂液在压裂施工结束后快速破胶化水返

排.破胶剂的加量要适当,过低时,压裂液破胶不彻

底,造成地层伤害,放喷时会将过多的砂子带出地

层;过高时,压裂液粘度下降幅度大,不利于造缝与

携砂,易造成压裂施工失败.所以,研究压裂液的延

迟交联与快速破胶技术较重要.

压裂液延迟交联技术

硼砂溶于水时,发生水解生成硼酸与NaOH,使

溶液呈弱碱性.生成的硼酸与瓜胶分子中的甘露糖

邻位顺式羟基络合,将瓜胶分子彼此连接起来,形成

第36卷第3期 娃酸 盐通报 Vol.36 No.3

2017 年 3 月__________________BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY_________________March,2017

利用废弃粉煤灰制备压裂液用硼交联剂的研究

陈馥，杨洋，卜涛，何雪梅

(西南石油大学化学化工学院，油气田应用化学四川省重点实验室，成都610500)

摘要

:利用废弃粉煤灰制备聚硅酸，以聚硅酸、硼砂为原料，合成了一种高温延缓型交联剂。采用单因素法，通过测

定硼交联剂性能，优选出最佳合成工艺参数为:硼砂

5wt%

，配体

28.5wt%

，反应温度

80 T：

，催化剂

1.5wt%。并对

合成目标产物进行了红外光谱表征，其交联的

HPG(羟丙基胍胶）冻胶压裂液的高温流变性评价表明，当胍胶浓度

为

0.45wt%，交联比为

100:0.8(体积比）时，

110 t，170 s — 1的剪切速率条件下，剪切

2 h，粘度达到

130 MPa • s以

上，证明该交联剂对

HPG具有较好的交联效果，老化破胶实验表明其交联的压裂冻胶易破胶返排，残渣低。

关键词:粉煤灰；硼交联剂；压裂液；耐温性；耐剪切性

中图分类号

:TE377 文献标识码

:A 文章编号

:1001-1625 (2017) 03-1040-06

Preparation of Boron Cross Linking Agent for

Fracturing Fluid Using Waste Fly Ash

CHEN FuJANG Yang,BU Tao,HE Xue-mei

(Oil & Gas Field Applied Chemistry Key Laboratory of Sichuan Province,Department of Chemistry and Chemical Engineering,

Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China)

61技术应用与研究

水力压裂是油气井增产的重要措施，是利用高压泵车，将具有一定粘度的携砂压裂液注入到目的层。压裂液起着传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝的作用。压裂液主要由稠化剂、交联剂、杀菌剂、助排剂、粘土稳定剂、破胶剂等组成。在现场施工之前通常需要进行单剂质量检测。本文讨论的是液体交联剂的质量检测标准。交联剂是一类能与聚合物线型大分子链形成新的化学键并使其连结成网状体型结构的化学品。是水基压裂液重要组成之一，交联剂性能的优劣很大程度上决定压裂作业的成败。东北油气分公司针对东北的储层特征，经过大量室内实验和多次现场经验，形成了适合东北工区的压裂液体系。目前水基压裂液用交联剂的主要指标为耐温耐剪切能力和交联时间，评价方法依据为Q/SHCG128-2017《水基压裂液用交联剂技术要求》，通过检测判定压裂用交联剂产品性能的优劣。但笔者认为该标准范围宽泛，与现场实际有出入。一、主要技术指标分析1.耐温耐剪切能力。耐温耐剪切能力是反应压裂液性能的重要指标，耐剪切性能直接反应在压裂施工过程中携砂的能力，耐温性能则反应压裂液在地层温度下的稳定能力。测试方法：耐温耐剪切能力是根据不同类型水基压裂用交联剂的适用温度，将样品升温至相应的试验温度，在相应的剪切时间要求下，用流变仪以170S-1的剪切速率测定其表观粘度。适用温度有60℃、90℃、120℃、140℃、160℃。Q/SHCG128-2017中规定基液的配制比例是0.6%的羟丙基瓜尔胶，测试时采用0.3%的交联比。但是东北工区在现场压裂施工中，不同温度使用的是不同的粉比和交联比。（1）不同粉比对耐温耐剪切能力的影响。用不同的粉比，相同交联比，选取120℃交联剂，测试其耐温耐剪切能力。仪器选用的是MARSⅢ高温旋转流变仪、PZ38转子。依据实验结果，相同交联比条件下，粉比越大耐温耐剪切能力越好。现场中温120℃条件下，基本选取的是0.4-0.5%的胍胶浓度，但标准Q/SHCG128-2017中选取0.6%胍胶，实验中最终粘度和交联时间都处在较好的水平，不能更好的贴近实际压裂液配方。（2）不同交联比对耐温耐剪切能力的影响。依据实验结果，在160℃温度条件下，交联比越大耐温耐剪切能力越好。在采用标准中0.6%胍胶，0.3%交联比条件下，最终粘度不理想。而现场多采用0.55-0.6%粉比，0.5-0.58%交联比，与标准有一定差异。2.交联时间的影响。在120℃温度条件下，粉比越大，交联时间越短，交联比越大，交联时间越短。压裂中交联时间快，则压裂液初始粘度高，泵送摩阻大，粘度损失也大，现场一般采用延迟交联体系。在压裂管柱中凝胶形成时间增长，低粘度液体有利于降低液体摩阻，提高液体携砂性能。但交联过慢则不足以有足够的粘度传输支撑剂。标准Q/SHCG128-2017中对交联时间的要求是30-300秒，范围宽泛，对不同温度条件下没有具体的要求。在考虑成本的情况下，厂家使用较低有效含量的交联剂即可通过质量检测。3.低温对交联剂的影响。东北工区在冬季压裂施工过程中会经历寒冷期，室外温度可至零下20℃左右，在现场配液时，交联剂会出现冻堵现象，增加施工风险。因此，有必要对交联剂的耐低温能力进行评价。二、讨论最近几年，胍胶价格逐年上升，胍胶在压裂施工中用量大，增加了压裂液成本。另外，水不溶物主要由胍胶压裂液破胶后产生，水不溶物容易堵塞空隙、喉道，对地层造成伤害，进而影响压裂改造效果。因此，提高交联效率能有效降低胍胶浓度，这就对交联剂的质量提出了较高要求。合理的粉比和交联比可提高压裂效果，减少对地层伤害，降低成本。因此在室内交联剂的质量检测过程中，尽量采用与现场温度条件相应的配比，可较好的模拟地层条件。三、交联剂发展方向 水力压裂技术发展至今，交联剂的研究和应用技术已经取得了长足进步，特别是有机硼交联剂，已经成为现阶段水力压裂施工中应用最多、交联效果最好的有机配位交联剂。与钛、锆等交联剂相比，有机硼交联剂既保持了破胶彻底、储层伤害小等优点，又通过优选和开发有机配体、优化配方及工艺等手段使压裂液冻胶的抗温、抗盐、抗剪切性能进一步提高。目前，除了在超高温油藏等极端条件外，有机硼交联剂已经基本上取代了钛、锆交联剂，成为冻胶型水基压裂液体系的首选。从目前已知交联剂的理论知识和矿场应用经验的基础上来看，水基压裂液交联剂的研究和发展还应关注以下几个方面：（1）耐温耐剪切性能：水基压裂液体系的耐温耐剪切性能一直是压裂液最重要的性能指标之一，提高交联冻胶对于高温油藏的温度耐受性将满足压裂超深井、大位移水平井等高温条件的施工需要。（2）低浓度/超低浓度胍胶强交联体系：如何在保证有机硼交联冻胶的耐温耐剪切性能的前提下，尽量降低所用稠化剂HPG浓度，减少破胶后对地层的伤害，是研究者普遍关心的问题。理论上，可以将HPG用量降至0.1 9%～0.27%，而目前大多数压裂液体系中，HPG浓度要高于这一数值。如果研制新型有机交联剂，HPG浓度还有较大的下降空间。（3）延迟交联性能：深井压裂施工对交联剂的延迟交联时间有较高的要求，因此很有必要从优选有机配体的角度，在尽量温和的pH条件下，开发延迟交联性能更佳的交联剂体系。（4）提高悬砂性能：冻胶的悬砂性能是与施工安全和压裂效果直接相关的重要指标，与压裂液用交联剂、HPG和支撑剂的匹配等因素密切相关，开发低密度、高强度、与交联剂匹配性好的支撑剂有利于提高压裂施工效果。四、结论和建议1.Q/SHCG128-2017中对基液浓度设置不合理，建议根据不同温度制定不同基液浓度。2.Q/SHCG128-2017中对交联时间的判定范围值不合理，建议细化。3.建议交联剂检测标准中增加耐低温相关指标。参考文献：[1]Q/SHCG128-2017,水基压裂液用交联剂技术要求[S].[2]杜静.胍胶压裂液交联剂的制备及其应用研究[D].河南：河南大学,2018 对水基压裂液用交联剂技术要求的几点思考郑志平 中国石化东北油气分公司【摘　要】针对Q/SHCG128-2017《水基压裂液用交联剂技术要求》在东北工区的应用情况提出几点思考，通过不同粉比和不同交联比的对比实验，根据现场经验，对标准中的技术指标提出优化建议。【关键词】交联剂；耐温耐剪切能力；交联时间