赵众从，唐东珠，李燕，柳建新，彭田杰刘兆杰

（1.长江大学石油工程学院，武汉 430100；2.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，西安 710000；3.长江大学图书馆，武汉 430100；4.渤海钻探井下作业公司，河北任丘 062552）



自组装复合压裂液在水平井压裂中的应用

赵众从1，唐东珠2，李燕3，柳建新1，彭田杰1刘兆杰4

（1.长江大学石油工程学院，武汉 430100；2.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，西安 710000；3.长江大学图书馆，武汉 430100；4.渤海钻探井下作业公司，河北任丘 062552）

赵众从等.自组装复合压裂液在水平井压裂中的应用[J].钻井液与完井液，2016，33（3）：98-101.

摘要为了满足低渗透储层水平井改造的需要，开发了一种梳形聚合物与表面活性剂胶束自组装复合压裂液体系。该体系不使用交联剂，不含水不溶物；80 ℃时，0.3%梳形聚合物CD-1与0.2%表面活性剂组成的自组装压裂液储能模量高达290 Pa，远大于耗能模量，表现出突出的黏弹特性。5 m3/min排量下压裂液的降阻率达到74.05%，具有突出的低摩阻特性。不同配方的自组装压裂液破胶液的表面张力都低于27 mN/m，界面张力低于0.8 mN/m，满足压裂液返排特性的要求。自组装压裂液对储层岩心平均伤害率18.04%，远小于瓜胶压裂液78.75%的水平。室内评价和现场试验施工都表明，自组装压裂液降阻率高，对地层伤害小，增产效果明显，同时证实了利用聚合物与表面活性剂胶束自组装形成结构携砂理论的正确性。该压裂液体系满足特殊结构井压裂改造要求，为特殊低渗透油气藏的开发提供了一种新的方法和手段。

关键词自组装压裂液；梳形聚合物；表面活性剂胶束；水平井

梳形聚合物与表面活性剂胶束自组装压裂液（简称自组装压裂液），是一种将梳形聚合物和黏弹性表面活性剂胶束混合使用的新型压裂液体系，在聚合物和表面活性剂浓度都较低的条件下，就能具有足够的黏弹性，达到造缝和携带输送支撑剂的要求。同时还具有无需化学交联、不含水不溶物、不易乳化地层原油、配方简单、成本低廉、摩阻低和携砂能力强等特点。

自组装压裂液通过梳形聚合物疏水侧基与表面活性剂胶束之间的自组装形成空间网络结构，具有黏弹性高、抗剪切性能良好和湍流减阻作用，满足长水平段压裂对压裂液高携砂能力要求；其压裂液中的水溶性增稠剂本身无不溶物，并且无需使用交联剂。施工过程中注氮气增能，不仅利用贾敏效应解决了滤失问题，在施工后期还有利于破胶液的返排，通过工程办法解决了液体的滤失问题。通过自组装压裂液体系进行调控，有望解决现有压裂液体系存在的诸多问题，对提高低渗透油气藏压裂工艺水平和压裂效果起到积极的推动作用[2-4]。

1　实验部分

1.1主要试剂及仪器

氯化钾，过硫酸铵，分析纯；硼交联剂BCL-61，助排剂DL-10，工业品，市售；梳形聚合物CD-1，阳离子表面活性剂CD-2，自制；羟丙基瓜胶HPG，工业品；天然岩心。岩心流动装置SL32，江苏联友科研仪器有限公司。

1.2测试评价方法

1.2.1黏弹性测试

黏弹性测试使用HAAKE RS6000流变仪，采用C60/1°Ti锥平板测试系统，锥板直径为60 mm，锥角为1°，两板间隙为0.104 mm，在80 ℃、6.18 Hz、0.1Pa下测定[5]。

1.2.2摩阻特性测试

采用φ88.9 mm光油管作为测试管柱，下入井底压力计，测试现场条件下自组装压裂液的真实摩阻。试验液体通过压裂车从油管泵入，经油管底端从油层套管环空返排出来。测试时由高到低依次调节排量，同时采集压裂液、清水在各个排量下的电子压力计和施工泵压实时数据。采用流经油管后的摩阻压降来计算降阻率，根据降阻率的大小评价压裂液的降阻效果。降阻率计算公式为：

式中：η为降阻率，%；△P水为清水通过测试管路时的压降，MPa；△P压裂液为同一流量下压裂液通过测试管路时的压降，MPa。

1.2.3破胶液表界面张力测定

在自组装压裂液中加入0.1%的过硫酸铵破胶剂，在80℃下破胶4 h。将破胶液过滤，使用德国KRUSS K100表界面张力仪，测定滤液的表、界面张力。在测界面张力时，首先将岩样洗油后粉碎，在70 ℃下老化15 d后装入管式模型中，测定地层水、压裂液水化液与其接触角。

1.2.4岩心伤害评价

使用气测渗透率与地层天然岩心相近的人造岩心，参考SY/T 5336—2006在80 ℃下考察岩心伤害评价实验。

2　自组装压裂液性能研究

2.1黏弹性

研究表明，液体黏度与携砂性之间并不存在必然的联系，通过代表弹性的储能模量来评价压裂液的携砂性能更加合理[6-8]。自组装压裂液通过分子链疏水基团与表面活性剂胶束之间的自组装形成空间网状结构，具有很好的的弹性特征，即代表弹性的储能模量大于代表黏性的耗能模量。在80 ℃、振荡频率为6.18 Hz的实验条件下，对梳形聚合物CD-1浓度为0.3%、表面活性剂浓度为0.2%的自组装压裂液进行黏弹性测试，实验曲线见图1。由图1可知，在80 ℃下，自组装压裂液的储能模量高达290 Pa，远大于耗能模量，这是普通的羟丙基瓜胶无法比拟的。高的储能模量非常有利于支撑剂在水平段的输送；复合黏度高达6 860 mPa·s，高的复合黏度表明，该自组装压裂液中形成了超分子聚集体结构。从微观结构分析，超分子聚集体结构是复合压裂液具有良好的携砂性能的根本原因。

图1　自组装压裂液黏弹性测试

2.2 摩阻特性

将自组装压裂液和清水在不同排量下的压降曲线进行拟合，根据拟合的多项式计算特定排量下自组装压裂液的降阻率，结果见图2。由图2可知，自组装压裂液显示了良好的低摩阻特性，降阻率随排量增大而增大，在5 m3/min排量下达到了74.05%。

图2　自组装压裂液在不同排量下的降阻率

2.3破胶液表界面张力

影响压裂液返排的主要因素是地层压力降、黏滞力和毛细管力等，因此要求压裂液破胶液具有低的表面张力和界面张力，防止水基压裂液在油气层中产生水锁、液阻、乳化效应，从而改善压裂液的性能，提高液体返排，增强与地层配伍性能[9-10]。不同配方自组装压裂液破胶液的表、界面张力见表1。由表1可以看出，不同浓度的自组装压裂液破胶液的表、界面张力都较低，满足压裂液返排特性的要求。

表1　自组装压裂液破胶液表、界面张力

2.4岩心基质伤害评价

为了正确评价压裂液对岩心的伤害程度，取8块天然低渗透岩心进行基质伤害实验，结果见表2和表3。由表2和表3可知，8块岩心的原始气测渗透率都非常低；自组装压裂液对岩心的平均伤害率为18.04%，对岩心平均伤害率比羟丙基瓜胶压裂液降低了约60%，且伤害率的大小受渗透率的影响比较小，表现出良好的储层适应性；而羟丙基瓜胶压裂液对岩心平均伤害率高达78.75%，其中7#岩心的伤害率高达90.15%[11-12]。

表2　自组装压裂液对岩心的伤害

表3　羟丙基瓜胶压裂液对岩心的伤害

3　现场应用

M井位于鄂尔多斯盆地东北部，位于二叠系下统山西组山一段，完钻井深为3 397 m，垂深为2 916.21m，水平段段长为796 m。山一段储层为低孔、低渗透储层，平均孔隙度为8.75%，平均渗透率为0.74×10-3μm2，地层压力系数为0.85～0.99，是一个典型的低压、低孔、低渗、低含气饱和度的致密性气藏[13]，A井为邻井。M井采用自组装压裂液对该水平井进行大型压裂施工，采用裸眼封隔器+投球滑套分8段完井及压裂，通过分段压裂措施，提高单井产量，共加砂219.3 m3。表4为M井与A井采用不同压裂液体系施工后无阻流量对比情况。由表4可知，采用自组装压裂液进行施工的M井增产效果显著，说明该压裂液体系能够满足对低渗透储层特殊结构井压裂改造的要求。压裂液及交联液配方如下。

自组装压裂液 0.3%梳形聚合物CD-1+0.25%表面活性剂CD-2+0.05%破胶剂APS+1%KCl

瓜胶压裂液 0.45%HPG+1.0%KCl+0.1%HCHO+0.2%助排剂DL-10+0.2%Na2CO3

交联液：BCL-61（A∶B=100∶6），交联比为：（100∶0.25）～（100∶0.30）

表4　不同水平井山1层位压裂效果对比

4　结论

1.研发了一种梳形聚合物与表面活性剂胶束自组装的压裂液体系，该体系不使用交联剂，不含水不溶物，对地层伤害小，其对岩心伤害率仅为18.04%。

2.在排量为5 m3/min下，压裂液的降阻率达到74.05%，具有突出的低摩阻特性。不同配方的自组装压裂液破胶液的表面张力都低于27 mN/m、界面张力低于0.8 mN/m，满足压裂液返排的要求。

3.通过现场应用证明，自组装压裂液体系能满足对特殊结构井压裂改造要求，其增产效果优于普通羟丙基瓜胶压裂液。

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The Application of Self-assembled Compound Fracturing Fluid in Horizontal Fracturing

ZHAO Zhongcong1, TANG Dongzhu2, LI Yan3, LIU Jianxin1, PENG Tianjie1
(1. College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan, Hubei 430100;2. Drilling & Production Technology Research Institute of CCDC, Xi’an, Shaanxi 710000;3. The Library of Yangtze University, Wuhan, Hubei 430100; 4. Downhole Service Company BHDC, Renqiu, Hebei 062552)

AbstractTo satisfy the needs for low permeability horizontal well fracturing，a compound fracturing fuid has been developed through self-assembly of a comb polymer and surfactant micelles. This fracturing fuid contains no cross-linkers and water insoluble matter. At 80 ℃，the self-assemble fracturing fuid containing 0.3% co 0 mb polymer CD-1and 0.2% surfactant has storage modulus of 290 Pa，far greater than the loss modulus，showing an obvious viscous-elasticity. At fow rate of 5 m3/min，the percent reduction in friction achieved with the fracturing fuid is 74.05%，showing an obvious low friction nature. Different self-assembled fracturing fuids all have surface tensions less than 27 mN/m，and interface tensions less than 0.8 mN/m，satisfying the needs for the fow-back of fracturing fuids. Average permeability impairment by these self-assembled fracturing fuids is 18.04%，far less than that of the guar gum fracturing fuids，which is 78.75%. Laboratory evaluation and feld application have all indicated that the self-assembled fracturing fuids have high effciency of friction reduction and low damage to reservoir formation，and higher production rates have been gained using these fracturing fuids. It has also demonstrated the soundness of the theory，which states that through self-assembly of polymers and surfactant micelle，a structure can be developed in the fuid to carry sands. The self-assembled fracturing fuid has satisfed the needs for fracturing wells with special holeprofles，and provided a new way of developing low permeability reservoirs.

Key wordsSelf-assembled fracturing fuid； Comb polymer； Surfactant micelle； Horizontal well

中图分类号：TE357.12

文献标识码：A

文章编号：1001-5620（2016）03-0098-04

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.020

基金项目：国家科技重大专项子课题“深井高温高压储层非交联压裂液技术研究与应用”（2011ZX0546-03）资助。

第一作者简介：赵众从，讲师，博士，1983年生，现在从事油气藏增产理论与技术方面的研究工作。电话18086511815；E-mail：1534172909@qq.com。

收稿日期（2016-2-21；HGF=1603C1；编辑王超）