壓裂液良好的流變性是保證其造縫、攜砂，促成 壓裂施工順利進(jìn)行的基礎(chǔ)；壓裂液的低傷害性可有 效溝通人工裂縫與地層基質(zhì)，降低流動阻力，提高單 井產(chǎn)量。這兩方面的研究是近些年技術(shù)攻關(guān)的難點(diǎn) 與熱點(diǎn)1。將羥丙基瓜爾膠（HPG)稠化劑部分基 團(tuán)改為羧甲基，使形成的瓜爾膠壓裂液具有了一些 新的性能。在相同溫度下，稠化劑使用濃度大幅下 降，水不溶物含量降低（1. 0%?1. 2% );聚合物網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)更好，盡管基液黏度低，但彈性好，攜砂能力 強(qiáng)，并且在很低的破膠劑濃度（0. 02% )下可快速破 膠，對裂縫導(dǎo)流能力和基質(zhì)滲透性傷害小;在通常施 工排量范圍內(nèi)的摩阻系數(shù)較小，對深井、大排量施工 井更有利。我們前期評價了該壓裂液在中低溫條件 下的性能，并在長慶油田進(jìn)行了試驗，效果較好2。 通過調(diào)整稠化劑濃度和優(yōu)化添加劑性能，本文報道 了該壓裂液在中高溫地層的流變性、低傷害性、摩阻 性等，表明該壓裂液完全適應(yīng)于不同溫度、深度的低 滲特低滲油氣田的壓裂改造。

　　

　　1實(shí)驗部分I.1實(shí)驗材料稠化劑主劑為羧甲基羥丙基瓜爾膠（CMHPG), 由中石油昆山物質(zhì)公司生產(chǎn)，其他羥丙基瓜爾膠分 別由北京寶豐春公司、東營勝利油田提供。實(shí)驗用 巖心取自長慶長6儲層，ZX-)長6. 246 cm, 直徑 2.52 cm,孔隙度11. 45%,氣測滲透率1.34 x 10 ―3 pm2; ZX-13 長 6. 248 cm,直徑 2. 50 cm,孔隙度II.63%,氣測滲透率1.47 x10-Vm2。實(shí)驗用水為 長慶白豹油田長6地層水，水型CaCl2,礦化度23. 7 g/L,離子組成（以 mg/L 計）為：Na++K + 7985、Ca2 + 866、Mg2+210、Cl-14168、HCO3 -487,無 SO42 -。實(shí) 驗用20?40目石英砂來自青銅峽長慶昌潤公司， 視密度2. 63 g/cm3,體密度1. 57 g/cm3 ;20?40目 陶粒來自河南澠池方圓公司，視密度3. 29 g/cm3,體 密度1.63 g/cm3。交聯(lián)劑FACM-37(有機(jī)鋯與醛復(fù) 配）、溫度穩(wěn)定劑FACM-39(醇與醇胺類復(fù)配）、防膨 劑FACM-38 (聚胺類陽離子小分子聚合物）、破乳助 排劑FACM-H (非離子含氟表面活性劑），由中石油 廊坊分院壓裂酸化中心特制；過硫酸銨破膠劑、pH 調(diào)節(jié)劑NaOH和NaHC〇3、甲醛均為化學(xué)試劑，由北 京昊迪精細(xì)化工制品有限公司生產(chǎn)。

　　

　　1.2主要儀器RV20、RV30旋轉(zhuǎn)黏度計和RS75應(yīng)力流變儀， 德國Haake公司；壓裂多功能流變回路裝置，美國 CER公司；Baroid壓裂液動態(tài)濾失與傷害儀，美國STIM-LAB 公司。

　　

　　1.3實(shí)驗方法按石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5107-2005《水基 壓裂液性能評價方法》進(jìn)行壓裂液的基本性能評 價、基液的黏度測定、交聯(lián)液的耐溫耐剪切實(shí)驗 (170 1/s)、交聯(lián)液的破膠實(shí)驗、交聯(lián)液的殘渣實(shí)驗 和交聯(lián)液的動態(tài)濾失與傷害實(shí)驗。

　　

　　黏彈性實(shí)驗用RS75控制應(yīng)力流變儀進(jìn)行交 聯(lián)壓裂液的黏彈性實(shí)驗3 4。在120°C,對交聯(lián)液施 加正弦波的振蕩應(yīng)力，T = T0sin(«t),通過對時間、 應(yīng)力或頻率的掃描，測量相應(yīng)的應(yīng)變值，得到Y(jié) =Y0sin ( o>t - 8) = Y0 [ sin()cos( 8) -cos( o>t) sin( 8)]。

　　

　　8=0。時，為黏彈性流體的儲能模量G ';8= 90°時， 為黏彈性流體的耗能模量G"。

　　

　　懸砂實(shí)驗在0.2% CMHPG壓裂液基液中按 砂液體積比40:100緩慢加入石英砂或陶粒，不斷攪 拌。然后在攪拌下加入交聯(lián)劑，形成均勻的交聯(lián)混 砂液，常溫23C放置4 h,觀察石英砂和陶粒的沉降 分離情況。

　　

　　摩阻實(shí)驗將稠化劑按一定濃度配制成壓裂液 基液，泵入壓裂多功能流變回路裝置中循環(huán)流動，通 過測定不同排量下流經(jīng)某一管徑入口和出口兩端的 壓力，計算摩阻和摩阻系數(shù)。實(shí)驗溫度常溫（室內(nèi) 23C),不加熱。

　　

　　2結(jié)果與討論2.1 CMHPG壓裂液的基本性能由表1可見，CMHPG壓裂液基液呈弱酸性，水 不溶物含量最低，為0. 92%?1. 06% ,只有北京寶 豐春公司生產(chǎn)的超級HPG與其接近，是特級HPG 的1/6?1/5、常規(guī)HPG的1/10,對儲層巖心和人 工支撐裂縫的孔隙孔喉堵塞少、傷害小。顏色、細(xì)度 等其他方面與HPG的差別不大。

　　

　　表1 CMHPG壓裂液與HPG壓裂液的基本性能比較*瓜爾膠來源粉末顏色細(xì)度含水率/%水不溶物/%0.6%干基 黏度/mPa*spH值常規(guī)HPG東營勝利油田井下取樣淡黃97.65% 過 120 目8.3410. 82116.47. 0常規(guī)HPG昆山物質(zhì)公司淡黃98.14% 過 120 目7. 259. 65112.27. 0特級HPG東營勝利油田井下取樣淺黃96.46% 過 120 目6. 535. 79121. 57. 094.52% 過 200 目特級HPG北京寶豐春公司淡黃98.84% 過 120 目8.005. 05116.07. 0優(yōu)級HPG北京寶豐春公司乳黃100% 過 120 目8.203. 76128.27. 097.26% 過 200 目超級HPG北京寶豐春公司乳白100% 過 120 目7. 491.38130.67. 097.45% 過 200 目CMHPG昆山物質(zhì)公司淡黃99.73% 過 120 目5.880. 92118.86. 597.76% 過 200 目CMHPG長慶油田井下取樣〃淡黃98.22% 過 120 目6. 231.06123.56. 597. 03% 過 200 目-常規(guī)HPG、特級HPG和優(yōu)級HPG的相對分子質(zhì)量為200?250萬，超級HPG約250萬，CMHPG 220?230萬。表中稠化劑形成的交聯(lián) 液均可完全挑掛，交聯(lián)狀況良好。+ +在長慶油田井下對昆山物質(zhì)公司產(chǎn)CMHPG取樣。

　　

　　是對應(yīng)溫度下HPG的2/3?1/2,其黏度是HPG的 1/3?1/4。CMHPG的使用濃度和黏度均較低。并 且常規(guī)HPG —般不能用于溫度大于160C的地層。

　　

　　2.2 CMHPG壓裂液的基液黏度CMHPG在不同地層溫度時的使用濃度及對應(yīng) 的基液黏度見表2。由表可見，CMHPG的使用濃度表2 CMHPG與HPG稠化劑在不同溫度和濃度下的基液黏度*溫度/CCMHPG常規(guī)HPG加量/%基液黏度/mPa*s加量/%基液黏度/mPa*s400.157.50.3026.4600.2012.00.3536. 6900. 2212.50. 4048.61200. 2515.00. 5075.31500. 4541. 50. 70136. 01800. 6088.6CMHPG取自長慶油田井下，常規(guī)HPG取自東營勝利油田井下2.3 CMHPG交聯(lián)液的耐溫耐剪切性90、120、150和180°C下，不同濃度CMHPG交 聯(lián)液的耐溫耐剪切情況見圖1。溫度對CMHPG交 聯(lián)液流變性的影響顯著，這與HPG交聯(lián)液相似。 90C時的初期黏度較小，但耐剪切性能強(qiáng)，2 h后仍 保持在100 mPa*s;隨實(shí)驗溫度增加，稠化劑濃度隨 之增大，雖初期黏度較高，但在剪切20 min后，黏度 下降較快，特別是在溫度高于150C以后，這種現(xiàn)象 更加明顯。為確保交聯(lián)液的攜砂性，特別添加了溫 度穩(wěn)定劑FACM-39,增強(qiáng)了 CMHPG交聯(lián)液的流變 特性，即使在180C高溫下剪切90 min,黏度仍大于 50 mPa*s,滿足現(xiàn)場攜砂施工的基本要求。

　　

　　2.4 CMHPG交聯(lián)液的黏彈性由表3可見，隨著溫度的升高，HPG交聯(lián)液的 G'降幅較大，表明彈性結(jié)構(gòu)破壞比較嚴(yán)重，直接影響 支撐劑的輸送能力；而CMHPG交聯(lián)液濃度較低，但 其交聯(lián)結(jié)構(gòu)較強(qiáng)[4，溫度升高對彈性結(jié)構(gòu)的破壞程 度低，G'較高，有利于支撐劑的輸送。當(dāng)溫度為60 ?100°C時，常規(guī)HPG交聯(lián)液的G"明顯降低，而 CMHPG交聯(lián)液的變化較小。另外，CMHPG交聯(lián)液 的彈性優(yōu)于黏性。

　　

　　2.5懸砂性現(xiàn)場用石英砂和陶粒在0. 20% CMHPG交聯(lián)液 中常溫(23°C)靜置4 h后，未出現(xiàn)沉降、分離現(xiàn)象， 表明CMHPG交聯(lián)液懸砂性能良好，滿足現(xiàn)場施工 要求。

　　

　　圖1不同加量CMHPG交聯(lián)液的耐溫耐剪切實(shí)驗表3 CMHPG交聯(lián)液的黏彈性實(shí)驗瓜爾膠加量/%不同溫度（C)下的G'不同溫度（C)下的G"60801006080100HPG0. 501.5871.1240. 72650. 90040. 65260. 2877CMHPG0. 253.1042. 7922.4510.41130. 38730. 36582. 6 CMHPG交聯(lián)液的破膠與殘渣由表4、表5可見，當(dāng)破膠劑過硫酸銨加量為 0. 05%時，不同濃度和溫度下的CMHPG交聯(lián)液均 可徹底破膠，破膠液黏度小于3. 2 mPa*s,低于行業(yè) 要求的5. 0 mPa‘s。而常規(guī)HPG交聯(lián)液在相同的溫 度下，破膠劑的加量一般為〇。 1%?〇。 15%。表明 CMHPG交聯(lián)液在低破膠劑濃度下即可快速破膠水 化，殘膠少、傷害小。

　　

　　表4用于120T：地層的CMHPG交聯(lián)液的破膠實(shí)驗*溫度破膠劑不同時間（h)的破膠液黏度/mPa*s/^加量/%0. 51.02.04. 06. 0900. 01凍膠凍膠上部凍膠底部變稀1.770. 03凍膠變稀1.320. 05上部凍膠底部變稀1.56700. 01凍膠凍膠變稀變稀變稀0. 03凍膠凍膠變稀變稀變稀0. 05凍膠變稀變稀1.82交聯(lián)液配方：0. 25% CMHPG+ 0.5%防膨劑+0.1% pH調(diào)節(jié)劑+0.1%甲醛+ 1%破乳助排劑+0.3%交聯(lián)劑；空格表示測不出黏度。

　　

　　表5用于150T：地層的CMHPG交聯(lián)液的破膠實(shí)驗*溫度/^破膠劑加量/%不同時間（h)的破膠液黏度/mPa*s0. 51.02. 03. 04. 01200. 005凍膠上部凍膠底部變稀變稀1.850. 010凍膠變稀1.220. 030上部凍膠底部變稀1.34900. 005凍膠凍膠上部凍膠底部變稀變稀11.450. 010凍膠凍膠變稀變稀變稀0. 030凍膠變稀變稀3. 16交聯(lián)液配方：0.45% CMHPG + 0. 5%防膨劑+0.12% pH調(diào)節(jié)劑+0.1%甲醛+ 1%破乳助排劑+0.6%交聯(lián)劑+2%溫度穩(wěn)定劑。

　　

　　由表6所示的殘渣量可見，在CMHPG交聯(lián)液 225 mg/L,不到HPG的1/2,遠(yuǎn)低于現(xiàn)場常用瓜爾 與HPG交聯(lián)液流變性和攜砂性相近、滿足現(xiàn)場施工膠的量（約350 mg/L)和行業(yè)基本要求（低于500要求的前提下，CMHPG破膠液的殘渣含量為194?mg/L)。

　　

　　表6瓜爾膠交聯(lián)液的殘渣實(shí)驗*(破膠4 h)

　　

　　瓜爾膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%來源交聯(lián)劑/%溫度穩(wěn)定劑 /%破膠劑/%破膠溫度/^殘渣/mg L"CMHPG0. 30昆山物質(zhì)公司0.4000. 0190162CMHPG0. 45昆山物質(zhì)公司0. 6020. 02120194CMHPG0. 45長慶油田現(xiàn)場0. 6020. 02120225特級HPG0. 70寶豐春公司0. 5000. 10120478特級HPG0. 70長慶油田現(xiàn)場0. 5000. 20120513交聯(lián)液配方中的其他添加劑包括防膨劑、pH調(diào)節(jié)劑、殺菌劑和破乳助排劑。

　　

　　2.7 CMHPG交聯(lián)液動態(tài)濾失與傷害水敏性強(qiáng)的地層，現(xiàn)場應(yīng)用前需通過儲層巖心傷害由表7可見，CMHPG交聯(lián)液的濾失系數(shù)約1 x實(shí)驗進(jìn)_步評價。

　　

　　10 -3m/min1/2,約是常規(guī)HPG的2倍，相對容易傷害表7 CMHPG交聯(lián)液在不同溫度和稠化劑濃度下的巖心濾失實(shí)驗CMHPG溫度交聯(lián)劑濾失系數(shù)初濾失量濾失速率/%/^/%/10-4m.min-1/2/10-1 m3.m-2/10-4m*min-10. 251200. 39.843. 131.840. 301400. 410. 025. 541.970. 451600. 611.718. 572. 36表8數(shù)據(jù)表明，CMHPG交聯(lián)液和HPG交聯(lián)液率為39. 8%,小于后者(52. 3%)

　　

　　均對儲層巖心存在_定程度的傷害，但前者的傷害表8瓜爾膠交聯(lián)液的動態(tài)傷害實(shí)驗*瓜爾膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%交聯(lián)劑/%巖心號殘渣/mgL-1空氣滲透率/10-3 ^m2傷害率/%CMHPG0. 450. 6ZX-91941.22439. 8HPG0. 700. 5ZX-434781.20552. 3交聯(lián)液配方中的其他添加劑包括防膨劑、pH調(diào)節(jié)劑、殺菌劑、破乳助排劑和溫度穩(wěn)定劑2.8摩阻特性0. 30%常規(guī)HPG、。 30%超級HPG壓裂液基液 和0. 30%45% CMHPG壓裂液基液的摩阻實(shí)驗 結(jié)果見圖2。由圖可見，稠化劑濃度相同時，CMHPG 壓裂液基液的摩阻系數(shù)最小;在排量大于0. 22 m3/ min后，超級HPG的摩阻系數(shù)最大，常規(guī)HPG的其 次，而CMHPG的要小得多。在排量為1?2 m3/ min時，摩阻系數(shù)從大到小依次為0. 3%超級HPG、 0.45% CMHPG、。 3%常規(guī)HPG,后二者十分接近。 在排量為2?6 m3/min時，摩阻系數(shù)從大到小依次圖中曲線1?4分別為0. 45% CMHPG、0. 30%超級HPG、0. 3%常 規(guī)HPG和0. 3% CMHPG壓裂液基液，對應(yīng)的表觀黏度分別為39. 0、 22. 5、7. 0 和 19. 5 mPa.s為 0.3% 超級 HPG、0.3% 常規(guī) HPG、0.45% CMHPG,后二者十分接近。0.45% CMHPG用于高 溫深井，而0. 3%常規(guī)HPG用于中溫淺井。高稠化 劑濃度和高排量下，CMHPG壓裂液基液的特低摩 阻特性對于高溫深井、致密地層、大排量施工井、長 井段作業(yè)井等特殊井的作業(yè)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　

　　3結(jié)論室內(nèi)實(shí)驗表明與常用羥丙基瓜爾膠壓裂液相 比，羧甲基羥丙基瓜爾膠壓裂液具有高彈性、高懸砂 性及低稠化劑使用濃度、低基液黏度、低傷害、低摩 阻系數(shù)的“二高四低”特性。其優(yōu)勢在于低傷害和 高彈性，但常規(guī)過硫酸銨破膠劑的使用濃度較低，現(xiàn) 場施工中應(yīng)注意加量的優(yōu)化與壓力變化，預(yù)防砂堵。