壓裂液技術(shù)是壓裂技術(shù)的重要組成，早期的壓裂液是油基的，超低濃度羧甲基瓜爾膠壓裂液技術(shù)研究與應(yīng)用,經(jīng)過不斷的改進(jìn)，現(xiàn)以 水基壓裂液為主。就目前的技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用狀況看，增產(chǎn)措施對壓裂液性能要求之間的 矛盾并未得到徹底解決，這對矛盾是要求壓裂液既要具有必要的黏彈性攜帶支撐劑，又 要快速破膠減少對儲層特別是支撐裂縫損害。特別是近年來，人們逐漸把關(guān)注的重^放 在把壓裂液對儲層的損害降到最低和得到更高的裂縫導(dǎo)流能力上來。影響壓裂裂縫導(dǎo) 流能力的因素有很多，其中未破膠的凍膠濾餅是降低壓裂效果的重要因素之一。

如何把表面活性劑壓裂液的低殘渣、易破膠的特點(diǎn)和植物膠聚合物類壓裂液的低濾 失、低成本、易操作性結(jié)合起來，開發(fā)一種新型壓裂液體系，則是壓裂液技術(shù)的開發(fā)方向。 超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液試圖解決這一問題，途徑是使用超低濃度特定植物 膠，可以形成濾餅使壓裂液低濾失，但同時其又能較容易破膠減少殘渣和殘膠傷害。利用 這種超低濃度特定聚合物形成的一系列壓裂液配方，針對不同的儲層需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整， 既能達(dá)到較少使用聚合物，又能滿足壓裂技術(shù)對工作液上的各項要求。’

―、低濃度瓜爾膠壓裂液技術(shù)的新進(jìn)展

1.在國外的應(yīng)用

BJ公司最早對低濃度瓜爾膠技術(shù)進(jìn)行了研究。無論從瓜爾膠的改性，還是在機(jī)理研 究上，都處于領(lǐng)先地位。

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低濃度瓜爾膠衍生物的最早應(yīng)用的報導(dǎo)是BJ公司，西尤它州Wasatch地層是低孔、 低滲的氣藏。一種使用超低聚合物濃度的新型壓裂液被成功的應(yīng)用到該地層中。這種 壓裂液的高分子用量范圍是〇• 147% -0.306% ,25PPt的使用溫度范圍可達(dá)93 ~121尤。 93丈以下大多數(shù)壓裂液使用15PPt(0. 183% )的聚合物。使用金屬交聯(lián)劑來強(qiáng)化凝膠黏 度。這種壓裂液非常適合于低孔低滲氣藏，因為黏度被限制在lOOs — 1時，只有400mPa . s以下。有限的黏度使得壓裂產(chǎn)生長而且窄的裂縫，而不是像硼交聯(lián)那樣產(chǎn)生短而寬的 裂縫。盡管黏度很低，壓裂液的懸砂性能是理想的，足以輸送較大量的支撐劑。大多數(shù) 壓裂施工可以攜帶6 ~8PPG,甚至高達(dá)12PPG的支撐劑。新型壓裂液由4個關(guān)鍵部分組 成：高分子聚合物、緩沖劑、交聯(lián)劑和破膠劑，其他的添加劑隨井況而定。所用的聚合物 是稱為高收率羧甲基瓜爾膠（HY - CMG)。HY - CMG既可以以粉狀形式也可以用于連 續(xù)操作用的柴油懸浮液形式。這種低濃度聚合物部分依賴于HY-CMG。這種聚合物既 有高的分子量，分子結(jié)構(gòu)也得到一些改進(jìn)以得到水解后分子鏈更好的擴(kuò)張。其機(jī)理在 于，聚合物鏈的擴(kuò)張程度嚴(yán)重的受羧甲基基團(tuán)的影響。這些連接在髙分子鏈上的竣甲基 基團(tuán)在水解過程中變成陰離子。這種陰離子特性非常重要，導(dǎo)致高分子鏈之間相互排 斥。這種排斥功能引起了分子鏈的擴(kuò)張。髙分子鏈擴(kuò)張影響臨界濃度（T。CT就是在溶 液中高分子鏈之間剛剛發(fā)生接觸時的濃度。

Halliburtori公司有4套壓裂液體系涉及低濃度使用的瓜爾膠。高溫下使用的 SilverStim(Bmi低溫下使用的 SilverStim®LT。SilverStim®LT 的使用溫度 80 ~180叩。Sil- verStim®的使用溫度為175° ~400°F。第三套壓裂液Delta Frac® Service開發(fā)的時間比 較早，是以硼交聯(lián)的低濃度使用瓜爾膠壓裂液體系。瓜爾膠用量比常規(guī)壓裂液少用 30%。使用的溫度范圍為80 ~200 T。第四套壓裂液就是Sirocco® Service。這套壓裂 液低用量下就可以在髙溫下使用，與鹽也配伍。使用溫度為275 -400。F。它比常規(guī)的 CMHPG壓裂液具有更加好的支撐劑輸送能力，但CMHPG的用量更低。

Schlumberger公司也擁有了性能優(yōu)異的低濃度下使用的瓜爾膠壓裂液體系primeF- RAC。與常規(guī)耐高溫聚合物相比，PrimeFRAC壓裂液能夠減少至少35%的聚合物用量。超低濃度羧甲基瓜爾膠壓裂液技術(shù)研究與應(yīng)用, 裂縫導(dǎo)流能力與滯留在裂縫中的聚合物量有顯著關(guān)系，因此導(dǎo)流能力得到了提高。 PrimeFRAC壓裂液中的聚合物用量可低至20mg/1015L。275 °F下，和CMG或者瓜爾膠相 比，得到同樣的流變性少用40%的聚合物。

2.國內(nèi)的低濃度瓜爾膠壓裂液技術(shù)進(jìn)展及其以往研究誤區(qū)

在十五期間，多家單位相繼開展了低濃度下使用的瓜爾膠壓裂技術(shù)研究。但這些工 作，大多徘徊在針對常規(guī)普通壓裂液進(jìn)行配方優(yōu)化上。

如某油田使用國內(nèi)普通HPG,通過室內(nèi)試驗確定了有機(jī)硼壓裂液體系最低使用濃度 為0.25% ~0. 30% HPG,硼砂壓裂液體系最低使用濃度為0.30% ~0.35% HPG。分別 和有機(jī)硼交聯(lián)劑和硼砂結(jié)合，開發(fā)了兩套壓裂液體系。低濃度瓜爾膠壓裂液體系突破了 該油田2000m以上井深施工壓裂液稠化劑濃度不低于0.4%的界線，大大減少了進(jìn)人油 層的固相含量，壓裂液更易破膠和返排，可有效降低壓裂液對油層造成的傷害。

而另一研究院曾經(jīng)應(yīng)用了所謂的低聚壓裂液。實(shí)際上是用一定分子量低濃度聚合 物，配以少量羥丙基瓜爾膠及各種添加劑交聯(lián)而成的。它除了有常規(guī)瓜基壓裂液的各種 優(yōu)良性能之外，還因它的瓜爾膠用量少（僅為原用量的1/7 ~ 1/10)，而聚合物又較易溶 解，所以破膠后的殘渣僅為常規(guī)配方的1/2左右，減少了壓裂液對油藏的傷害，提高了壓 裂效果。因為所使用的“一定分子量的聚合物”的用量和性質(zhì)未公開，這種壓裂液的本 質(zhì)，仍然是髙濃度的聚合物，只不過把瓜爾膠換成了另外一種聚合物。

由上可見，國內(nèi)的低濃度瓜爾膠并未從根本上來研究低用量聚合物的機(jī)理，往往局 限在降低壓裂液（例如選擇低水不溶物瓜爾膠或盡可能降低瓜爾膠用量）的水不溶物固 相殘渣方面，并沒有認(rèn)識到濾餅和未破膠徹底的殘膠對導(dǎo)流能力的傷害才是壓裂液的最 主要傷害。更沒有從分子結(jié)構(gòu)水平上認(rèn)識到瓜爾膠低濃度使用的必要條件。實(shí)際是對 原有瓜爾膠壓裂液的配方優(yōu)選和原有壓裂工藝參數(shù)的改進(jìn)，優(yōu)選后的HPG壓裂液配方在 某種程度上確實(shí)降低了瓜爾膠用量，并且對生產(chǎn)產(chǎn)生了積極效果。但往往容易出現(xiàn)過早 脫砂的安全事故和導(dǎo)致地面泵注壓力的顯著增大。此外，這些壓裂液配方的優(yōu)化和工藝 參數(shù)的優(yōu)化往往在低中溫下進(jìn)行。

二、超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液及其關(guān)鍵添加劑 1•超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液稠化劑

壓裂液中有許多添加劑，主要有2個功能。一個是強(qiáng)化裂縫生成和攜帶支撐劑，另一 個功能就是降低地層傷害。稠化劑、交聯(lián)劑、溫度穩(wěn)定劑、pH控制劑和降濾失劑屬于前 者。破膠劑、殺菌劑、表面活性劑等屬于后者。而超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液 技術(shù)中最核心的是其稠化劑和交聯(lián)劑技術(shù)，與之配套添加劑和形成的液體配方也很關(guān) 鍵。壓裂酸化技術(shù)服務(wù)中心，著重研究了特種改性瓜爾膠的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和在水溶液中 的性質(zhì)以及影響這些性質(zhì)的可能影響因素，重點(diǎn)開發(fā)與羧甲基瓜爾膠相匹配的交聯(lián)技 術(shù)，成功開發(fā)了新型交聯(lián)劑的合成與生產(chǎn)技術(shù)，形成了從常溫到200^下都可以使用的達(dá) 到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的壓裂液技術(shù)。

許多聚合物可以作為稠化劑，包括羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維 素。使用最廣泛的是瓜爾膠，瓜爾膠及其衍生物在壓裂液中的使用占有90%。一般來 說，瓜爾膠分子中的甘露糖單元或半乳糖單元理論上有3個羥基可供改性利用。最大的 理論取代度是3。用羥丙基取代瓜爾膠側(cè)鏈的羥基，可以使側(cè)鏈張開，改變瓜爾膠的溶解 性和其他性能。最近的瓜爾膠衍生物的研究進(jìn)展就是把適當(dāng)?shù)挠H油基團(tuán)引進(jìn)到瓜爾膠 分子中，以防止非離子瓜爾膠的自聚集，改性之后的瓜爾膠性能類似于表面活性劑。相 比于天然瓜爾膠和HPG,親油基改性之后的羥丁基瓜爾膠（HBG)流變性上有了明顯提 髙。在改性之后的HBG分子中，隨機(jī)分布著1%~2%的C16烷基鏈。由于較小的分子 量和水力學(xué)半徑，改性之后的HBG在孔隙中具有低的聚集性，有利于液體的返排和滲透 率的恢復(fù)。還有一種改性方向是使用第分子量瓜爾膠，由于其分子量比較低，壓裂液可

以不使用破膠劑，這樣破膠劑對高分子瓜爾膠破膠不徹底形成的殘膠對導(dǎo)流的傷害就可 —236 —

以消除了，但其往往對pH值敏感。

以前國內(nèi)其他單位所用國產(chǎn)羥丙基瓜爾膠之間，唯一可能的差別是羥丙基瓜爾膠的 等級（水不溶物的多少和含水量）。在本研究中，新的瓜爾膠衍生物被開發(fā)出來。本研究 所用的瓜爾膠是親油基改性，不但在分子結(jié)構(gòu)上不一樣，而且分子量也小得多。選擇一 定分子結(jié)構(gòu)的含有親油基團(tuán)的化合物，通過一定的反應(yīng)，把化合物接枝到某個取代度的 羧甲基分子上，可以生產(chǎn)出與以往任何HPG性能完全不同的新一代瓜爾膠衍生物FACM 羧甲基瓜爾膠。

2.超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液交聯(lián)劑

壓裂液中第2個核心成分就是交聯(lián)劑。交聯(lián)劑是能通過交聯(lián)離子（基團(tuán)）將溶解于 水中的高分子鏈上的活性基團(tuán)以化學(xué)鏈連接起來形成三維網(wǎng)狀凍膠的化學(xué)劑。聚合物 水溶液因交聯(lián)作用形成水基交聯(lián)凍膠壓裂液。

國內(nèi)的硼和鋯交聯(lián)體系如今使用最為廣泛。與硼不一樣，鋯交聯(lián)鍵沒有可逆性。鋯 交聯(lián)的壓裂液只在高剪切下發(fā)生降解。然而，鋯交聯(lián)的HPG壓裂液一般來說具有比硼交 聯(lián)壓裂液更好的熱穩(wěn)定性，但需要大量的凝膠穩(wěn)定劑來穩(wěn)定長時間的凝膠強(qiáng)度。鋯基交 聯(lián)劑可以是不同的絡(luò)合物，例如乳酸鋯、醋酸鋯、三乙醇胺鋯、乙酰丙酮鋯、碳酸鋯，但精 確的交聯(lián)模式一直不能確定。水溶液中鋯與瓜爾膠之間的交聯(lián)反應(yīng)存在可能的3種交 聯(lián)機(jī)理，氫鍵可以發(fā)生在非離子瓜爾膠及其衍生物（HPG)的羥基基團(tuán)和鋯絡(luò)合物之間。 氫鍵通常發(fā)生在pH值4 ~ 10之間。這種類型的鍵合易被剪切所破壞，但一定時間后又 能恢復(fù)。第二種交聯(lián)機(jī)理是通過共價鍵進(jìn)行。共價鍵通過PMG或CMHPG離子聚合物 上的羧基基團(tuán)和交聯(lián)劑之間發(fā)生鍵合反應(yīng)形成。第三種交聯(lián)機(jī)理涉及膠體顆粒與瓜爾 膠之間的相互反應(yīng)，是一個至今仍困擾技術(shù)開發(fā)人員的復(fù)雜反應(yīng)過程。

國內(nèi)能夠?qū)ふ业降慕宦?lián)劑（不管是否含鋯化合物）大多數(shù)不能夠有效與新型的羧甲 基瓜爾膠所形成的基液交聯(lián)，即使有些交聯(lián)劑能夠交聯(lián)，也不能夠達(dá)到通常壓裂液的技 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。超低濃度羧甲基瓜爾膠壓裂液技術(shù)研究與應(yīng)用,本研究開發(fā)的交聯(lián)劑FACM-37交聯(lián)劑與FACM羧甲基瓜爾膠一起使用，可以 滿足從常溫到200T地層的壓裂工藝要求。

3.超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液其他添加劑

研究開發(fā)的超低低濃度瓜爾膠壓裂液所用的添加劑的名稱及功能列于表1。

表1壓裂液體系所用的添加劑

名稱功能用量

FACM壓裂液稠化劑增加水的黏度0. 1% ~ 1. 0%

FACM-37交聯(lián)劑使基液黏度增加0. 2% -1.0%

FACM-38防膨劑防止黏土顆粒膨脹0.5% ~2.0%

FACM-40交聯(lián)促進(jìn)劑調(diào)節(jié)交聯(lián)速度0. 5% ~ 1. 0%

交聯(lián)延遲劑調(diào)節(jié)交聯(lián)速度0.5% -1.0%

 

名稱功能用量

FACM-39 A溫度穩(wěn)定劑強(qiáng)化凍膠的耐溫性能0. 5% ?2. 0%

FACM-39 B溫度穩(wěn)定劑強(qiáng)化凍膠的耐溫性能0. 5% -2. 0%

FACM-41助排劑降低破膠后壓裂液的表面張力0.5% -1.0%

破乳劑防止破膠后壓裂液的乳化0.5% -1.0%

三、超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液性能

為滿足不同地層壓裂的需要，開發(fā)了低、中、高溫的超低濃度FACM羧甲基壓裂液體 系，由于低濃度瓜爾膠交聯(lián)壓裂液的交聯(lián)結(jié)構(gòu)剛性很強(qiáng)，交聯(lián)凍膠表現(xiàn)出很強(qiáng)的彈性，通 過改變低濃度稠化劑的使用濃度，適當(dāng)調(diào)節(jié)交聯(lián)劑和其他添加劑的用量，就可得到低、 中、高溫系列的低濃度壓裂液體系。

1•超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液交聯(lián)性能

低濃度壓裂液的交聯(lián)時間是可控的，交聯(lián)時間從20秒到幾分鐘。

影響交聯(lián)時間的主要因素為：稠化劑濃度、交聯(lián)劑濃度、pH值及溫度。稠化劑濃度 大，在同樣的條件下有利于交聯(lián)，交聯(lián)時間會縮短，但變化范圍小。交聯(lián)劑濃度也會影響 交聯(lián)時間，如果交聯(lián)劑濃度太低，交聯(lián)速度較慢，黏度增長比預(yù)期的慢，交聯(lián)時間長。如 果交聯(lián)劑濃度過高，交聯(lián)速度較快，交聯(lián)時間短，凍膠較脆甚至出現(xiàn)脫水現(xiàn)象。所以對一 定濃度的稠化劑，都存在交聯(lián)劑的最佳濃度。一旦濃度稠化劑的濃度確定，交聯(lián)劑濃度 也是一定的。相對來講pH值對成膠速度和強(qiáng)度的影響較大，調(diào)節(jié)pH值可控制成膠時間 和強(qiáng)度。為了保證有足夠的交聯(lián)時間，可以通過調(diào)整交聯(lián)促進(jìn)劑的用量達(dá)到，用量大時， 交聯(lián)時間短，反之，交聯(lián)時間長。對于高溫壓裂液配方還要加人做緩沖溶液，讓交聯(lián)時間 變長。交聯(lián)時的溫度和使用不同pH值的調(diào)節(jié)劑都會影響交聯(lián)時間。

2•超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液典型流變性能

根據(jù)需要形成了針對低、中、高溫超低濃度FACM壓裂液體系，其中，在取得相同的 流變性能條件下，稠化劑的用量和常規(guī)壓裂液相比有大幅度的降低，見表2。

表2趄低濃度FACM羧甲基壓裂液與常規(guī)壓裂液稠化劑用置對比

溫度J5090130160170180

常規(guī)壓裂液稠化劑濃度，％0. 12 -0. 150. 180. 30. 450.5 -0.60.6

FACM羧甲基瓜爾膠濃度0. 28 -0. 350.40. 50. 60.7-0. 90. 8-1.3

超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液配合獨(dú)特的交聯(lián)劑級數(shù)，可實(shí)現(xiàn)從5〇<c配方到

180<€配方在相應(yīng)的溫度下均能夠保持一定的流變穩(wěn)定性，見圖丨。其黏度值經(jīng)過相應(yīng)的 ^ 238 — 

120min時間剪切能夠保持在100 ~200mPa . s以上，可以滿足溫度從30 ~ 180丈的剪切

要求。

3.超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液破膠性能及殘渣含量

在不同的溫度下，使用過硫酸銨或者膠囊過硫酸銨對新型低濃度瓜爾膠壓裂液凍膠 進(jìn)行破膠實(shí)驗。研究采用了 RV20黏度計在剪切條件下測量黏度變化趨勢或者常壓下在 水浴鍋中觀察凍膠的完整性和測量凍膠黏度的方法。研究還測量了不同配方的低濃度 瓜爾膠壓裂液的殘渣含量。結(jié)果表現(xiàn)了良好的破膠性能和低殘渣。

實(shí)驗結(jié)果表明，30尤下，破膠劑的濃度可以提高，甚至高達(dá)〇• 15%。而在8〇<^下，凍 膠黏度明顯受破膠劑的濃度影響，因此，這就要求施工過程中，采取錐式加人法時應(yīng)控制 好破膠劑的加量且應(yīng)使用膠囊破膠劑來代替裸露的過硫酸銨來減少其對黏度的影響。 實(shí)驗還在70尤下，對配方為〇. 18% FACM + 0_ 25%交聯(lián)劑+其他添加劑和〇• 001 %破膠 劑的凍膠進(jìn)行剪切條件下的黏度測量實(shí)驗。結(jié)果表明，其流變性依然能滿足攜砂要求， 同時還能保持快速破膠。在130T下，破膠所需的過硫酸銨明顯的減少。實(shí)驗還對用于 160尤下的凍膠進(jìn)行破膠實(shí)驗評價。

不同配方的低濃度瓜爾膠壓裂液的破膠殘渣的結(jié)果可見，殘渣含量為118 ~221 mg/L，這比常規(guī)HPG壓裂液的殘渣含量50〇mg/L要小得多。同時也可見，瓜爾膠濃度 高，破膠以后的殘渣含量也高。

4.超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液黏彈性及其支撐劑輸送能力

在80丈下在玻璃量筒中進(jìn)行了支撐劑的懸浮實(shí)驗，考察靜態(tài)條件下交聯(lián)凍膠對支撐 劑的懸浮能力。實(shí)驗采用配方為0.22%FACM+0.3%交聯(lián)劑的交聯(lián)凍膠。在單顆粒支 撐劑沉降試驗中，支撐劑在80T：下5h不沉降。在砂比為40%的現(xiàn)場用石英砂及陶粒體 (密度為1.62)的凍膠中，支撐劑經(jīng)過4h不沉降。實(shí)驗結(jié)果表明：盡管低濃度瓜爾膠壓 裂液凍膠不能用玻璃棒挑掛，但它的懸砂能力依然很好。

超低濃度瓜爾膠壓裂液交聯(lián)凍膠在髙溫下表觀黏度高，超低濃度羧甲基瓜爾膠壓裂液技術(shù)研究與應(yīng)用,而且耐剪切性能好。由于其 具有優(yōu)異的耐高溫耐剪切性能以及懸砂性能，可以不考慮在現(xiàn)場以往常用的玻璃棒挑掛 性能來監(jiān)測其懸砂能力，因為其攜砂性能主要是靠其彈性所為。

采用Carri-Med CSL100流變儀，在50^下測量了濃度為〇. 15%FACM不同交聯(lián)比 的凍膠的儲能模量C和耗能模量G"，實(shí)驗數(shù)據(jù)是在角速度為irad/s下采集的，實(shí)驗結(jié)果 可知，低濃度交聯(lián)壓裂液表現(xiàn)出較強(qiáng)的彈性，儲能模量G'要比耗能模量G"大得多。在 FACM濃度不變的情況下，隨著交聯(lián)比的增加,代表彈性的儲能模量G'有明顯的增加，代 表黏性的耗能模量G"變化不大，這表明了凍膠中存在著剛性很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)際上交 聯(lián)凍膠的表觀黏度絕大部分來源于儲能模量的貢獻(xiàn)。

根據(jù)文獻(xiàn)，彈性模量和角速度的關(guān)系可以表達(dá)液體的黏彈性，當(dāng)進(jìn)行動態(tài)振蕩實(shí)驗 時，儲能模量G'和耗能模量G"與角頻率的流變曲線會發(fā)生交叉，其交叉發(fā)生在低角頻率 下表明其液體性質(zhì)的彈性大于黏性。低濃度壓裂液的黏彈性實(shí)驗表明，隨著角頻率的增 加，儲能模量、耗能模量都增加，角頻率較低時，儲能摸量較小，其交叉發(fā)生在低角頻率 下。隨著角頻率的增大，儲能摸量的貢獻(xiàn)越來越大，說明交聯(lián)壓裂液的彈性效應(yīng)增加。

與普通的HPG交聯(lián)凍膠的黏彈性能相比，更能說明低濃度羧甲基瓜爾膠壓裂液的獨(dú) 特優(yōu)點(diǎn)。表3是不同濃度的普通瓜爾膠和超低濃度羧甲基瓜爾膠壓裂液的黏彈性實(shí)驗 結(jié)果?？梢?，在實(shí)驗的任何溫度下，新型超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液凍膠的G' 都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于G",而HPG凍膠只在較低溫度下有這種性能。隨著溫度升高，新型超低濃度 FACM凍膠的G'緩慢下降，而HPG凍膠的G'則急劇降低，完全喪失了儲能模量的優(yōu)勢性 能。這就是新型低濃度CMHPG凍膠具有優(yōu)異懸砂性能和高溫剪切條件下具有高的表觀 黏度的原因。

表3普通瓜爾膠與超低濃度瓜爾膠凍膠的黏彈性能對比

體系25丈60^80尤

G，，PaG〃,PaG'，PaG"，PaG，，PaGw,Pa

0■ 20% FACM +0. 3% 交聯(lián)劑2. 6640.41242.4540.43881. 9870. 4502

0.22% FACM+0.3% 交聯(lián)劑2. 8610.43022. 6490. 27862.4360. 3024

0.25% FACM+0.3% 交聯(lián)劑3. 2680. 66063. 0890. 39982. 8760.4123

0. 3 % HPG + 0. 04% 碳酸鈉 + 0. 0035 % 硼砂3. 6740.33240. 84070. 42540. 12500. 2212

0• 4% HPG + 0. 04%碳酸鈉 + 0. 0045% 硼砂5. 87401.26901. 37200. 72800. 80520. 3618

5•低濃度瓜爾膠壓裂液的濾失行為

除了凍膠在某一溫度下的耐剪切能力外，使用低濃度瓜爾膠壓裂液最擔(dān)心的問題就 是凍膠形成濾餅降低壓裂液進(jìn)入地層的能力。通常情況下，總認(rèn)為壓裂液的降濾失能力 直接與壓裂液中的聚合物濃度成正比?；谶@種假設(shè)，低濃度瓜爾膠壓裂液的降濾失能 力將降低。而我們的實(shí)驗室的結(jié)果卻相反。在大多數(shù)情況下，低濃度瓜爾膠壓裂液的降 濾失能力可與高濃度瓜爾膠的普通壓裂液的降濾失能力相媲美。低濃度瓜爾膠壓裂液 形成的濾餅盡管顯得薄，但緊密。這可能是由于它在濾餅中能更好的充填。

參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了降濾失實(shí)驗。所使用的凍膠配方就是前面的流變性評價結(jié)果好 的凍膠配方。實(shí)驗在幾個不同的溫度條件下進(jìn)行。實(shí)驗結(jié)果表明，不管是低溫還是高溫條 件下，不管瓜爾膠濃度是〇• 18%還是0. 45%，形成凍膠的濾失系數(shù)為9. 72 x 10~

10.7 XKT4m/min1/2,可與普通瓜爾膠凍膠的濾失系數(shù)相當(dāng)。這就消除了對低濃度瓜爾膠 —240 —

壓裂液不能有效提供控制濾失能力的擔(dān)憂。

四、超低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂液現(xiàn)場應(yīng)用

本研究的低濃度瓜爾膠壓裂技術(shù)在長慶油田采油七廠得到首次應(yīng)用。選作試驗的兩 口井分別是袁27 -15井和袁30 -15井。這兩口已經(jīng)完鉆的井位于陜西省吳起縣白豹 鄉(xiāng)，鄂爾多斯盆地陜北斜坡杏河鼻隆帶。

這兩口井井深分別為2391. 00m和2431. 78m,完鉆層位均為長63層。估算儲層溫 度80^，儲層孔隙壓力M.9MPa，儲層孔隙度9.7% ~ 12.6%，滲透率僅為0.31 ~ 1. 75mD,屬于低孔特低滲儲層，需要采用壓裂技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。

使用的交聯(lián)凍膠配方為：0• 2% FACM +其他添加劑+0.5%破膠劑+0.75%促進(jìn)劑 + 0.3%交聯(lián)劑。破膠劑采用過硫酸銨和膠囊過硫酸銨。

施工主要施工參數(shù)：排量2 ~2. 7m3/min,前置液：60_ 9m3,攜砂液186. 6m3,頂替液 7.4«13，平均砂液比28.0%,破裂壓力34厘？3,施工壓力25~33肘？&，停栗壓力13.01^£1, 總加砂量45.0m3,總液量254. 9m3。在袁30-15井壓裂施工中，在砂比33% ~40%時， 施工過程仍能順利進(jìn)行，表明了低濃度瓜爾膠壓裂液的優(yōu)異攜砂性能。從袁30 _ 15井 壓后井底壓力計數(shù)據(jù)分析得到，在2. 3m3/min排量下，摩阻為〇• 26MPa/100m，只約占清 水摩阻14%，可見壓裂液的摩阻極低。袁30 - 15井排液3天后抽深在n50m，超低濃度羧甲基瓜爾膠壓裂液技術(shù)研究與應(yīng)用,日抽36 次，日產(chǎn)油15. 6m3,日產(chǎn)水4. 2m3,含水率：21. 2% ,最終返排率為50. 8%。與周圍鄰井對 比，在返排率和產(chǎn)量上都有不同程度的提高。

五、結(jié)論與認(rèn)識

(1)合成和開發(fā)了與經(jīng)過特定改性的羧甲基瓜爾膠基液髙效匹配的交聯(lián)劑、交聯(lián)促 進(jìn)劑、交聯(lián)延遲劑、黏土穩(wěn)定劑、溫度穩(wěn)定劑等系列添加劑。

(2)形成了從常溫到not;下符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的超低低濃度FACM羧甲基瓜爾膠壓裂 液系列配方。稠化劑的使用濃度可低至0_ 12% ~ 0.15%，與達(dá)到相同工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的HPG 凍膠相比，稠化劑的用量可降低20% ~ 50%。

(3)超低濃度FACM羧甲基壓裂液在使用濃度下不管是高溫還是低溫下都可形成有 效的濾餅，具有有效控制壓裂液的濾失的能力。壓裂液濾失系數(shù)與普通HPG基液的濾失 系數(shù)在同一個數(shù)量級。

(4)超低濃度FACM羧甲基壓裂液凍膠可以被過硫酸銨和膠囊過硫酸銨在低濃度下 破膠，破膠后殘渣含量低。

(5)超低濃度FACM羧甲基壓裂液具有較高的黏彈性，儲能模量對表觀黏度的貢獻(xiàn) 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耗能模量的貢獻(xiàn)。其凍膠良好的懸砂性能正是來源于凍膠具有高的儲能模量。

(6)現(xiàn)場的成功應(yīng)用充分說明了低濃度瓜爾膠壓裂液技術(shù)的可操作性。應(yīng)用過程中 得到的經(jīng)驗和教訓(xùn)為該技術(shù)進(jìn)一步的推廣提供了有益的借鑒。