选油站处理水配清洁压裂液在南泥湾采油厂的应用

2015-03-28周会强李俊华李丛妮

化学工程师 2015年8期

周会强，李俊华，李新，孙敏，李丛妮

（1.陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054；2.陕西延长石油（集团)有限责任公司南泥湾采油厂，陕西延安716000）

南泥湾油田延长组油藏属特低渗油藏，含油性主要受岩性控制，储层非均质性严重，具多层相间的复杂油水关系，油水分异差，无明显的油水界面。油藏埋深浅（油层深度550～820m），无自然产能。南泥湾油田延长组包括长2、长4+5 及长6 储层，储层为低孔、低渗储层，油藏受岩性- 物性控制为主，油藏的弹性驱动能量有限，压裂改造是获得经济产能的条件，生产方式为抽汲生产。由于埋藏较浅，井温低，常规胍胶压裂施工均存在低温破胶困难，残渣含量高，对储层伤害大等缺点[2，3]。为此，2012 年开始采用清洁压裂液体系，2013 年4 月结合南泥湾采油厂油田产出水处理难度大，存储罐憋罐等问题，我们对现有VES 清洁压裂液进行改进，添加缓蚀、阻垢及防乳组分，针对这一体系开展了室内系统评价和现场应用试验，形成具有缓蚀、阻垢、防乳等多功能的华科清洁压裂液（HK-5）体系。

1 华科清洁压裂液机理

华科清洁压裂液（HK-5）体系，通过长链烷基季铵盐的双支链上嫁接大官能进行改性，加入阴离子表面活性剂、分散剂、阻垢剂和交联剂，利用分子之间的包裹特性使得其粘度很低，在低温下可以保持较好的流动性及溶解性，不会出现浑浊、沉淀或凝固的现象，稀释后会形成一种胶束状微胞，这种微胞的亲水基在外，疏水基在内，若表面活性剂超过临界胶束浓度（CMC），球状的胶束会变成杆状或蠕虫状的微胞，蠕虫状的胶束微胞会缠绕在一起，阻止液体流动，形成网状结构黏弹性很好的凝胶体系[4]，使其耐温、耐剪切和携砂性能均有了较大的提高；同时在防乳化、减少地层孔喉堵塞等方面比传统的“VES”的性能优越。

2 华科清洁压裂液体系室内研究

与瓜尔胶水基压裂体系不同，VES 型清洁压裂液体系属粘弹性表面活性剂压裂体系，其技术标准采用SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》中的表4（粘弹性表活剂压裂液通用技术指标），其化验方法及标准采用SY/5107-2005《水基压裂液性能评价方法》。室内配方为：1.5%HK-5A+0.25%HK-5B。

2.1 选油站处理水水质分析

表1 南泥湾采油厂选油站处理水质分析（mg·L-1）Tab.1 Analysis of the output water quality of NanniwanOilfield

2.2 选油站处理水与地层水配伍性

配伍性决定着压裂体系的效果，使用前必须进行配伍性实验，室内用选油站处理水在一定比例之后配制成选油站处理水清洁压裂液。

（1）试验方法与地层水配伍性观察:破胶液与地层水按1∶2.1∶1,2∶1 的体积比混合，在不同温度下观察是否产生沉淀，放置时间均为4h。

（2）试验结果无沉淀、无絮凝。

表2 配伍性数据表Tab.2 Compatibility data

2.3 稳定性

选油站处理水配制的HK 系列清洁压裂液属于表面活性剂，不会被细菌腐蚀变，在常温下采用清水配制好的低黏度分子胶束压裂液放置120h，每24h 测量1 次黏度，在放置期内压裂液表观黏度几乎无任何变化[5]（见图1）。采用选油站处理水配制的HK 清洁压裂液由于采出水中含有一定比例的油或者其他化学物质，可以发现HK 清洁压裂液体系粘度随着时间增加粘度有所降低，在8h 之后达到40mPa·s-1以下，不能满足现场施工的条件要求（见图2）。

图1 清水配制HK 清洁压裂液稳定性Fig.1 Stability of HK clean fracturing fluid by water

图2 选油站处理水配制HK 清洁压裂液稳定性Fig.2 Stability of HK clean fracturing fluid by oil water

在30℃条件下放置8h，溶液的粘度保持稳定，说明合理安排好时间可以采用选油站处理水配制清洁压裂液进行工业化施工。

2.4 耐温耐剪切性能

用油田产出水配制的压裂液在40℃和170s-1条件下连续剪切120min 后[6]，压裂液冻胶的表观粘度仍保持在50mPa·s以上，且在整个耐温耐剪切性能测试实验过程中，压裂液的表观粘度表现出良好的稳定性能，能够较好的满足现场压裂施工作业的要求。

图3 40℃条件下抗剪切性能Fig.3 Shear performance diagram under the condition of 40℃

2.5 油田产出水压裂液滤失特征

室内用滤失仪，在室内条件下测得的滤失特征参数[7]，见表3，可以看出用油采出水配制的压裂液与清水配制的压裂液滤失特征差异不大。

表3 滤失性能Tab.3 Filtration performance

2.6 清洁压裂液悬砂性能

对HK 清洁压裂液体系进行了悬砂性能评价。实验方法为：将压裂液装入200mL 量筒中，观察砂粒的沉降速度。果表明，石英砂和陶粒的沉降速度分别为4.72×10-4mm·s-1和5.56×10-4mm·s-1，因此，压裂液体系可以满足悬砂的需要。

表4 HK 清洁压裂液静态携砂性能Tab.4 HK clean fracturing fluid static sand carrying capability

2.7 破胶性能

（1）25℃下，分别测定不同浓度的原油，对HK-5 清洁压裂液破胶效果。压裂液配好后静置30min 稳定，起始粘度为55.60mPa·s，分装400mL·杯-1，2 份。再按实验设计加入破胶剂，25℃下破胶。实验数据见表5。

表5 25℃下，不同破胶剂及用量的破胶效果Tab.5 Different gel breaking agent and dosage of gel breaking effect under the condition of 25℃

（2）25℃下，分别测定不同破胶时间对HK-5 清洁压裂液破胶效果的影响。压裂液配好后静置4h稳定，起始粘度为55.60mPa·s，分装400mL·杯-1，置于25℃下破胶，采用旋转粘度计测粘度。压裂液实验数据见表5。

表6 25℃下，不同用量原油对体系的破胶效果Tab.6 Different amount of crude oil on thesystem break effect under the condition of 25℃

HK 清洁压裂液可通过与原油接触或采用地层水、淡水稀释的方法破胶。HK 清洁压裂液的破胶性能实验表明，压裂液与原油接触容易破胶，最多320min 即可破胶，而通过地层水稀释破胶较慢，因为稀释需要大量的地层水，采用选油站处理水配制HK 清洁压裂液，由于选油站处理水中含有一定量的原油及其他有机组分，压裂液体系破胶更彻底，采用VES 专用破胶剂HK-518，HK 清洁压裂液可以做到在2h 内破胶，实现快速施工、快速返排进一步降低对地层伤害，提高油井产量的目的。