赵众从，刘通义，林 波，向 静(西南石油大学化学化工学院，四川 成都 610500)

一种新型清洁压裂液低温破胶剂的研制与评价

赵众从，刘通义，林 波，向 静(西南石油大学化学化工学院，四川 成都 610500)

随着页岩气、煤层气等的开发，出现了越来越多的低温井。目前国内常用的破胶剂只适用于温度在50℃以上地层的压裂液破胶，因此需要研发一种能应用于20℃左右的低温破胶剂。根据破胶剂的破胶机理，在室内研制了一种针对新型清洁压裂液的氧化还原体系破胶剂GMD。并应用流变学原理，通过储能模量和耗能模量在破胶过程中的变化研究了压裂液的破胶情况。研究发现，结果与传统的用粘度表征破胶情况结果一致，该破胶剂的研制对低温储层改造具有一定的指导意义。

低温破胶剂；新型清洁压裂液；模量；性能评价

常规压裂液通常使用APS(过硫酸铵)作为破胶剂，在50℃以上的条件下该破胶剂能使压裂液能很好的破胶。但在较低温度下(如20℃左右)已不能满足现场应用的需要。新型清洁压裂液稠化剂主链由—C—C—键组成[1]，键能为332kJ/mol，比植物胶的醚键—C—O—C—326kJ/mol的键能要高，化学稳定性和抗氧化性比醚键要强。一些针对常规压裂液体系非常有效的低温破胶剂却不能使新型清洁压裂液很好的破胶。为此，笔者根据破胶剂的破胶机理，在室内研制了一种针对新型清洁压裂液的氧化还原体系破胶剂GMD。

1 低温破胶剂的研制

目前,氧化剂/激活剂组成的氧化还原体系被认为是最为有效的低温破胶体系[2]。 通过室内试验，将不同氧化剂和激活剂进行复配[3]，通过激活剂的激发作用，加速了氧化剂释放过氧基的历程，从而达到快速破胶的目的[4]，形成了针对新型清洁压裂液的低温破胶剂GMD。

2 低温破胶剂性能评价

2.1压裂液流变性研究

流变测试能快速准确的评价压裂液性能，储能模量G′、耗能模量G″等参数变化反映了压裂液内部结构的变化情况，全面体现了压裂液的携砂性能、抗剪切性等性能。使用HAAKE RS6000高级流变仪，采用C60/1°Ti锥-平板测量系统在20℃下进行测试。动态测试采用谐变的应力或应变，观察相应的应变或应力的响应[5]。从图1应力扫描曲线可以看出，当剪切应力小于1Pa时，曲线变化比较平缓，储能模量G′始终大于耗能模量G″，表现了良好的粘弹特性。从图2频率扫描曲线发现，频率在0.1～4Hz内，曲线变化平缓，储能模量G′始终大于耗能模量G″。综合图1和图2确定新型清洁压裂液的线性粘弹区范围为剪切应力0.1～1Pa、频率在0.1～4Hz内。从中选择频率为1Hz、剪切应力为0.2Pa作为后面试验的测试参数。

2.2破胶剂对压裂液模量的影响

在一定的频率和剪切应力下新型清洁压裂液的G′gt;G″，是一种结构性流体。根据流体粘弹性理论，压裂液悬浮、携带支撑剂的能力主要由其储能模量(弹性)G′及它与其耗能模量(粘性)G″之比决定，这都是由结构流体(溶液)中溶质分子链间缔合作用形成的超分子结构状态所决定。因此，笔者通过研究压裂液内部结构的变化情况，即储能模量的变化来判断压裂液的破胶情况。图3中使用0.2%的过硫酸铵(APS)做为新型清洁压裂液破胶剂，图4中使用0.1%的GMD做为新型清洁压裂液破胶剂。分别考察新型清洁压裂液储能模量和耗能模量随时间的变化情况，从图3可以看出，使用0.2%过硫酸铵(APS)作为破胶剂的新型清洁压裂液，90min后储能模量和耗能模量都没有明显的变化；而使用0.1%的GMD破胶剂，新型清洁压裂液储能模量和耗能模量随时间变化明显，90min后耗能模量超过储能模量，压裂液结构彻底破坏，这表明压裂液已彻底破胶。对比可以看出，通过储、耗能模量变化来表征压裂液破胶情况具有明显的优势。

图1 应力扫描

图2 频率扫描

图3 0.2% APS破胶剂 G′、G″随时间变化曲线

图4 0.1% GMD破胶剂G′、G″随时间变化曲线

2.3不同破胶剂加量对压裂液粘度的影响

1)APS破胶剂加量对压裂液粘度的影响 在配制好的压裂液中分别加入不同浓度的APS破胶剂进行破胶平行对比试验。试验温度为20℃,使用Fann35 旋转粘度计在170s-1下测试压裂液在不同时间段的粘度,结果见表1。从表1中数据可以看出， APS破胶剂在20℃时不能使新型清洁压裂液破胶，在加入的初期还具有一定的增粘效果。

2)GMD破胶剂加量对压裂液粘度的影响 和上面条件相同，在配制好的压裂液中分别加入不同浓度的GMD破胶剂进行破胶平行对比试验，结果见表2。试验结果表明，20℃时,0.1%的GMD破胶剂破胶速度过慢，且不能使新型清洁压裂液很好破胶，0.3%的GMD破胶剂破胶速度过快，0.2%的GMD破胶剂在2.5h后能使新型清洁压裂液破胶液粘度达到10mPa·s以下，彻底破胶，结果和前面通过测试储能模量和耗能模量的变化情况结果一致。

表1 破胶剂APS加量对新型清洁压裂液粘度的影响

表2 破胶剂GMD加量对新型清洁压裂液粘度的影响

2.4岩心渗透率伤害率试验

表3 破胶剂GMD加量对岩心渗透率的影响

使用气测渗透率相近的人造岩心，参考SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法6.10中部分内容，在20℃水浴中作岩心伤害评价试验。首先使用标准盐水测定人造岩心的初始渗透率K1，然后往岩心中反向挤入10倍孔隙体积的含有一定破胶剂的新型清洁压裂液，破胶8h后使用标准盐水正向测定岩心的伤害后渗透率K2，通过伤害前后渗透率的变化值与初始渗透率进行比较确定伤害率ηd，测定结果见表3。由表3可知，使用GMD破胶剂的新型清洁压裂液体系对岩心的伤害率很低，能满足对低温储层的改造需要。

3 结 论

1)研制出了一种高效低温破胶剂GMD。试验表明，该破胶剂在20℃左右时能使新型清洁压裂液能很好的水化破胶。

2)新型清洁压裂液储能模量G′大于耗能模量(粘性)G″是一种形成了内部空间网状结构的粘弹性流体。

3)利用破胶过程中清洁压裂液储能模量和耗能模量的变化来表征压裂液的破胶情况，试验结果与传统的用粘度表征破胶情况结果一致。

4)使用GMD破胶剂的新型清洁压裂液体系对岩心的伤害率很低，能满足对低温储层的改造需要。

[1]罗平亚，郭拥军，刘通义，等.一种新型压裂液[J].石油与天然气地质，2007,28(4)：511-515.

[2]Almond S W，Bland W E.The Effect of Break Mechanism on Gelling Agent Residue and Flow Impairment in 20/40 Mesh Sand[R]. ITPC 12485,2008.

[3] Phil R,Glnodi L.Fracturing Fluids and Breaker systems-A Review of the State-of-the Art[J].SPE 37359,1996.

[4]Samuelson M L, Chmilowsk W.Increased Production in Low-Temperature Gas Wells Through Improved Breaker Technology[R].SPE 27721,1994.

[5] 施拉姆,朱怀江.实用流变测量学(修订本)[M]. 北京：石油工业出版社，2009.

[编辑] 洪云飞

TE357.12

A

1673-1409(2012)05-N125-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.041

2012-02-27

赵众从(1983-)，男，2007年大学毕业，硕士生，现主要从事油藏增产理论与技术方面的研究工作。