新型聚合物压裂液管内携砂性能研究
酸性交联压裂液性能对比研究
酸性交联压裂液性能对比研究赵万伟;李年银;王川;李林洪;范硕【摘要】对比研究了羧甲基胍胶和聚合物类酸性压裂液的性能,主要包括基液黏度、交联性能、携砂性能、破胶性能.研究表明:与聚合物基液相比,相同浓度下羧甲基胍胶基液的表观黏度及零剪切黏度更大;当pH值为5～6时,两者交联效果较佳,羧甲基冻胶黏度更大.采用Ostwald-Dewaele方程描述冻胶黏度与剪切速率的关系,并计算出交联冻胶的稠度系数.研究表明:羧甲基冻胶稠度系数明显大于聚合物稠度系数;在携砂性能方面,聚合物冻胶弹性模量更大,支撑剂沉降速度更小,携砂性能更好;在破胶性能方面,与羧甲基胍胶相比,聚合物冻胶破胶后残渣更低,对储层的伤害更小.【期刊名称】《石油与天然气化工》【年(卷),期】2019(048)004【总页数】4页(P86-89)【关键词】酸性压裂液;基液黏度;交联性能;携砂性能;破胶性能【作者】赵万伟;李年银;王川;李林洪;范硕【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院;中国石油西南油气田公司天然气研究院;西南石油大学石油与天然气工程学院;中国石油西南油气田公司天然气研究院;中国石油西南油气田公司;中国石油西南油气田公司【正文语种】中文我国碱敏型储层分布较广，如安塞油田、苏里格东部气田、长庆镇北长10区块等[1]，该类储层浊沸石含量较高，储层中的黏土矿物能与碱发生反应，导致黏土水化、运移，生成沉淀，从而堵塞地层，碱性压裂液对储层会造成严重的伤害[2]。
因此，该类储层需要酸性压裂液才能得到有效改造。
酸性压裂液可分为聚合物类和胍胶类。
常规的胍胶或羟丙基胍胶需要在碱性条件下交联，为了实现酸性交联，在原胍胶支链上引入了羧基，开发了羧甲基胍胶[3]。
聚合物类压裂液以改性丙烯酰胺为主(比较常用的是丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸形成的三元共聚物)[4]。
该类聚合物中酰胺基团能水解电离出羧酸根离子，在酸性条件下能与钛、锆类酸性交联剂发生交联反应。
致密砂岩油藏三种压裂液体系优化及性能评价
第53卷第2期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 2 2024年2月 Liaoning Chemical Industry February，2024收稿日期： 2023-07-10 作者简介： 欧阳雯（1999-），女，陕西西安人，研究方向：油气田开发。
致密砂岩油藏三种压裂液体系优化及性能评价欧阳雯，莫兰秀，李紫妍（西安石油大学， 陕西 西安 710065）摘 要：针对长庆油田致密砂岩油藏压力低、地层能量不足、物性差、油井压后产量低、稳产时间短以及递减较快的问题，在充分研究目标区域油藏特征的基础上，结合流变性实验，初步提出3种压裂液体系，分别对3种压裂液体系进行破胶性能测试和残渣含量测试从而确定压裂液体系配方，最后通过室内试验对压裂液配方进行性能评价。
根据室内实验结果，结合现场使用要求最终确定了3种压裂液体系配方，该体系具有耐温耐剪切性能良好、破胶快、残渣少、滤失性能良好等特点。
以上研究成果较好指导了现场实践，对长庆油田致密砂岩油藏压裂改造有很好的指导意义。
关 键 词：致密砂岩油藏； 压裂液体系； 性能评价中图分类号：TE357.12 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）02-0272-06环西勘探新区位于鄂尔多斯盆地西南、环县以西偏北部，2019年以来，长庆油田在环西新区发现多层系高产石油富集区，其中长8储层是主力油藏之一。
储层砂岩碎屑粒度细，砂岩储层致密，孔喉连通性差，储层改造伤害大、返排率低。
压裂是非常规油气开发增产改造过程中的核心技术之一，压裂液对储层适用性的高低决定了压裂效果[1]。
压裂施工的整体思路要求包括把油气井井筒附近的地层压开、支撑，形成导流通道；压裂液尽量减少滤失到地层，彻底破胶并且返排出来，减轻地层污染，达到最优的压裂效果[2-3]。
压裂液体系发展可以分为这几个阶段：油基压裂液、水基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、滑溜水压裂液。
在20世纪的50~60年代油基压裂液被广泛地应用，由于其具有较多安全隐患，加之瓜尔胶稠化剂的发现，油基压裂液逐渐被其他压裂液所取代[4]。
新型羧甲基羟丙基高温压裂液体系性能评价与研究
新型羧甲基羟丙基高温压裂液体系性能评价与研究宋宪实(中石化东北油气分公司工程技术研究院,吉林长春 130062) 摘 要:东北油气分公司腰深3井储层埋藏达4400m,温度高达150℃,针对该储层特点,室内进行了高温低伤害压裂液的配方优选试验,并进行了新型羧甲基羟丙基高温压裂液体系的性能评价,室内实验结果表明,羧甲基羟丙基胍胶压裂液具有耐高温(160℃)、低浓度、低残渣、低伤害、低磨阻的特点。
适合在超深层高温火山岩气藏中应用。
关键词:压裂;羧甲基羟丙基胍胶;深井;火山岩气藏 中图分类号:T E357.1+2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)12—0023—03 深层火山岩气藏一直是东北油气分公司攻关的重点之一,储层埋藏深度可达4400m,温度高达150℃左右。
根据深层火山岩储层温度高的特点,开展了高温深井压裂工艺和高温低伤害压裂液体系的联合攻关,通过优化压裂工艺和优选高温压裂液体系,形成了深层火山岩气藏压裂工艺技术。
1 储层基本情况和改造难点腰深3井是位于松辽盆地长岭断陷查干花次凹东英台圈闭高点的一口重点预探井。
该井完钻井深4406m,完钻层位火石岭组。
压裂改造井段4313.0m -4333.0m/20.05m,层位为火石岭组,岩性主要为浅灰色凝灰岩,声波时差190s/m,密度为2.53g/ cm3,孔隙度为1-2%,含气饱和度为46-80%。
测井综合解释为差气层,实测温度147℃。
目前对130℃以内的地层进行改造已有较为成熟的压裂液体系,但对于130℃以上的地层进行施工仍然比较棘手,而高温压裂液是超深火山岩储层改造的瓶颈技术之一,急需进行攻关。
2 高温压裂液的性能针对高温储层特点,优选了新型的羧甲基羟丙基胍胶压裂液体系,采用羧甲基羟丙基胍胶作为压裂液体系的稠化剂,并通过室内大量实验对体系进行优化各种添加剂的配比,同时还模拟地层内温度场的变化对液体性能的影响,从而使液体耐温耐剪切性能好,摩阻低,残渣少,大大降低了施工风险。
低分子量聚合物压裂液的研究及其在塔河油田的应用
破胶 性能 ，摩 阻低 ，每 １ ０ ０ ０ ｍ 摩阻可 比瓜胶压 裂液低 ０ ． ８ ＭＰ ａ 。现场选取 了 Ｔ Ｈ 一 １ 井等 １ ４口井进行 聚合物压裂液 冻 胶 ＋胶凝 酸前置液酸压试验 ，获得 良好增油效果。并且 ，聚合 物压裂 液价 格比瓜胶压裂液 降低 了 ３ ５ ％，有效 降低 了酸 压措施成本 ，提高 了经济效益。
０ ． ７ ５ ４
到１ ４ ０ ＭＰ ａ ）以及裂缝发育等特点 ，耐高温延迟交联
瓜胶压裂液体系的应用 ，成功解决 了塔河油 田超深井 合物压裂 液稠化剂 。其 中非离子单体 Ａ Ｍ 能提高聚
酸压改造 的技术难题 ［ １ － ３ １ ￣ ２ ０ １ ２ 年 以来， 瓜胶价格猛 合 物的平 均相对 分子质量 ，使其具有 良好 的增黏性 涨 ，导致压裂措施成本巨幅上升 ，低分子量聚合物压 能 ； 单体 Ａ Ｎ含有的疏水基团一ｃ Ｎ通过缔合作用在 裂液 的成本与普通瓜胶压裂液接近 ，具有耐温性好 、 摩 阻低 、携砂能力强、破胶水化彻底等优点 ，且对地 层 的伤害 比普通瓜胶压裂液小得多 ［ ４ 】 。因此合成 出了
关键词 聚合物压裂液 ； 塔 河油田 ；酸压 ； 现场试验 中图分 类号 ：Ｔ Ｅ ３ ５ ７ ． １ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１ ０ ０ １ — ５ ６ ２ ０（ ２ ０ １ ４）０ １ — ０ ０ ７ ６ — ０ ４
塔 河油 田十二 区、托普 台区储 层具 有 超深 （ ５ ５ ０ ０
腈 （ Ａ Ｎ ）／ 磺 化苯 乙烯 （ Ｂ ＮＳ）／ ２ 一 丙 烯 酰胺 基 一 ２ ． 甲
２ 聚合 物压裂 液配方优选
压裂液有那些评价指标
压裂液有那些评价指标？
压裂液体系中指标有以下可以参考：
基液性能，包括表观粘度和pH值。
交联性能，基液与交联剂交联时间和形成冻胶的状况。
流变性能，考察在施工条件下，温度，剪切力对粘度的影响。
破胶性能，直接影响到压裂液返排和增产效果。
滤失性能，此行能影响压裂液效率及造缝能力。
岩心伤害，通过评价压裂液对储层基质渗透率的影响，评价对储层的伤害率。
携砂性能，包括冻胶的粘弹性及支撑剂的静态沉降时间。
配伍性性能，包括与储层岩石、储层流体及各种助剂的配伍实验。
摩阻性能，此性能为压裂施工泵压的关键参数。
辅助性能，如助排性能、残渣含量、抗菌性能等。
y。
【CN109812254A】一种模拟压裂裂缝内携砂液输送实验装置及方法【专利】
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权 缝中携砂液铺置规律。
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说 明 书
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一种模拟压裂裂缝内携砂液输送实验装置及方法
技术领域 [0001] 本发明属于水力压裂技术领域，尤其涉及一种模拟压裂裂缝内携砂液输送实验装 置及方法。
4 .根据权利要求1所述的一种模拟压裂裂缝内携砂液输送实验装置，其特征在于，所述 流量计(10)为电磁流量计。
5 .根据权利要求1所述的一种模拟压裂裂缝内携砂液输送实验装置，其特征在于，所述 搅拌罐 (2)内设有由搅拌电 机 (4) 带动的搅拌转轴，所述搅拌转轴上设有若干搅拌叶 (3) 。
6 .根据权利要求5所述的一种模拟压裂裂缝内携砂液输送实验装置，其特征在于，所述 搅拌罐(2)下方设有重量测试器。
(10)申请公布号 CN 109812254 A (43)申请公布日 2019.05.28
权利要求书2页 说明书5页 附图5页
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权 利 要 求 书
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1 .一种模拟压裂裂缝内携砂液输送实验装置，其特征在于，包括螺旋式支撑剂输送装 置 (1) 、搅拌罐 (2) 、螺杆泵 (6) 、液体输送泵 (7) 、压力计 (8) 、支撑剂运移展布系统 (9) 、旋流 除砂器(13) 、废液回收桶(14) 、支撑剂回收桶(15) 、压裂液储罐 (17) ；
7 .一种模拟压裂裂缝内携砂液输送实验方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)按照实验所设置的砂比值，配置好实验所需的支撑剂和压裂液用量，通过螺旋式支 撑剂输送装置 (1) 输送至搅拌罐 (2) 内 ，并打开搅拌电 机 (4) 进行搅拌 ，使携砂液能够得到充 分混合； (2)按照实验所需的主裂缝长度，天然裂缝排布方式以及天然裂缝之间的间距，配置好 所需的透明立体裂缝构件块(903) ，组装裂缝构件，并将上盖板(907)、下盖板(908)用螺栓 (902)固定； (3)通过液压控制装置(12)对液压槽(901)的控制，模拟实验所需的裂缝闭合压力； (4)打开驱动控制面板 ，启动螺杆泵(6) ； (5) 打开水力裂缝和天然裂缝携砂液出口处的阀门 ，以 及旋流除砂器 (13)的阀门 ； (6)观察透明立体裂缝构件逐渐产生的形变即水力裂缝和天然裂缝发生张开并逐步扩 展的沙堤形状，并用高清摄像机记录过程； (7)使用裂缝宽度测量仪器测量不同位置的裂缝张开度，利用计算机处理数据，最终得
酸性压裂液研究
酸性压裂液研究【摘要】本研究结合国内外酸性压裂液体系的研究现状，指出对其进行进一步研究的迫切性和必要性。
继而对现存的一种多功能酸性压裂液的设计思路进行阐述，并简单对其优势性能进行评价，从而在此基础上对新型酸性压裂液的总体性能进行了综合评价，表明其具有较强的实用性。
【关键词】酸性压裂液新型增稠优势性能1 国内外酸性压裂液体系研究现状为达到酸性交联的目的，国外研制开发了羧甲基羟丙基胍胶压裂液。
此酸性交联压裂液曾成功地改造东得克萨斯的某块地层，但羧甲基羟丙基胍胶材料价格极其昂贵，成本投入较大。
目前国内酸性交联压裂液停留在将主要作为增稠剂使用的阶段，但羟丙基胍胶在酸性环境下易水解，粘度降低速率极快，这些特性严重影响压裂液性能。
廊坊分院研制开发了一种新型压裂液体系—缔合物压裂液体系。
而现场使用结果却并不良好，表现为交联性能差，曾在应用于长庆神木-双山两口气探井时都发生了不同程度的砂堵现象，加上苏东气藏埋深又远高于这两口试验井，所以该体系目前的应用条件并不完备。
因此低成本、低残渣、酸性交联、破胶性能优良的增稠剂的研制开发成为紧迫工作。
2 多功能清洁酸性压裂液设计研究结合上述研究，目前关于酸性交联压裂液的研制尚不完善，基于此，国内外低渗透油气田将水力压裂和酸压、酸化技术作为两种主要措施来实现增产改造。
实践证明，单纯运用这两种技术的研究和应用都较为广泛。
同样这两种技术也各有优势和劣势，选取其中一种技术作用于特地渗透难动用的地层，往往收不到显著效果，无法达到增产改造的目的。
因此设计一种能够有效交联，性能良好的酸性压裂液，有机结合酸化和压裂更显得必要。
下述便是对已存在的满足上述条件的一种新型阴离子表面活性剂设计的相关介绍。
该产品也已取得良好的成效。
2.1 设计思路新型阴离子表面活性剂摒弃了原来以盐水溶液作为酸溶液的做法，采用新型黏弹性表面活性剂作为稠化剂，能有效使新型黏弹性表面活性剂在酸液中稠化，从而形成具有低黏度、高弹性、低摩阻及强携砂能力优点的酸性黏弹性流体，集原来的黏弹性表面活性剂压裂液的所有优点于一体。
新型复合压裂液体系研究进展
乙基 纤维 素不 同 ， 由粘 弹性 表 面 活 性剂 和其 他 它 添加 剂构 成 ， 常 称 为 粘 弹性 表 面 活性 剂 （ Ｅ ） 通 Ｖ Ｓ 压裂 液体 系或清 洁压裂 液。其 主要 优点 为 ： （） １施工 现场混 配简单 ， 不需 聚合 物预水 化工 序 ， 不需 交联剂 和破胶 剂 。 也 （） ２ 相对 聚合 物体系 而言 ， 地层 伤害小 或无 对
（） ４ 相对 聚合物体 系 ， Ｅ 压 裂液 体 系因其 较 ＶＳ
高的滤失 速率 而使其 应 用范 围局限在低 渗透储 层
（ ０ｍ／ ２ 。 ＜１ ／ ） ｍ
汽油 中添加足 以压 开和延 伸裂 缝 的 粘性 流 体 ； 后 来， 开始 采用胍 胶及其 衍生 物基 工作液 ， 随着 井深 增 加和井 温升 高 ， 压裂 液 粘 度 的要 求 也 比以前 对 使 用 的线性凝 胶所能 提供 的粘度要 高 。为 了在高 温储层 中 达 到足 够 的粘 度 和提 高 其 高 温 稳 定 性 能 ， 用 硼 、 、 等无 机 和有 机 金属 离 子 交联 线 采 锆 钛 性凝 胶 。９ ０年代 ， 人们 通过 使 用 高效 化 学破 胶 剂 和 降低 聚合物 浓度减少 胍胶对 地层 的伤 害 。 压裂 液体 系的又一 次革命 是无 聚合 物水基 压
（ ） 学 剂成 本 比传 统 的 聚合 物 基 压 裂 液体 １化
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精 细
１ ８
石
油
化
工
进
展
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
低聚合物压裂液的研究与应用
侵蚀 ， 对其溶液的环境适应性较好 ， 不易变质腐败。 合 成 路线 ：
单 体 Ａ＋单 体 Ｂ 聚合 物 Ｐ ． 一 Ｙ１
【 作者简 介］ 管保 山 ， 高级工程师 ，９ ８ 出生 ，９ １ １６ 年 １９ 年毕业于西南石 油学院应 用化学专业 ， 从事压裂液 的研究 与现场应用工作。
下 （Ｈ＞８ ， 基 水 合 阳离 子 以羟 桥 联 结 形 成 多 核 ｐ ）羟 配 合物 ， 即形 成 交 联 。基 于 此 原 理 开 发 了 Ｎ ． Ｔ２交 联剂 ， 交联 机理 ： 交 联 剂金 属离 子 在 水 中 电离 、 ① 水
通过 ６ ０ 复式 毛细管 粘 度 计对 ０ ３ ％ 的低 ３０往 ．５ 聚物压 裂 液 进 行 了 流 变 参 数 的 测 定 ， 验 结 果 见 实
用 于水力 压 裂 的压裂 液类 型及 其性 能与 造 出一 定 尺寸 、 有导 流 能力 的裂缝 有 密切关 系 ， 是影 响压 裂 成败 的重要 因素 ， 因此对 压裂 液 的性能 如增 粘性 、 流
次， 包括新井 ３ 井次 ， ０ 老井 ２ 井次 ， ３ 当年累计增产
原 油近 ３ 吨 。 万
达 ２ Ｐ ・； ７ ｍ ａｓ
减少 ， 具有残渣含量少 、 使用粘度低、 携砂性能好、 成 本低 、 易破胶返排等特点 ， 适用于低压 、 低渗储层。
已成 为 目前 国 内外 压 裂 液 体 系 研 究 的 主 要 方 向 之
—
（） ２ 水溶 性强 ， 配液 后 ４ ６ｈ可达 到应 用要 求 ； （） ３ 交联 范 围宽 ， 有交 联 的酰胺 基 团与两 性 交 具 联 离子 可形 成多 点 、 多重交 联 。 （） ４ 形成 的交 联 冻 胶 可用 氧 化性 破 胶 剂 彻 底 破 胶， 破胶 液粘 度小 于 ３ｍ ａｓ Ｐ ・。 （ ） 溶液对 电解质 有很 好 的容忍 性 ， 耐 酶菌 ５水 可
缝内破胶压裂液的研究及应用
得快 速 的发 展 。加 砂 压 裂应 用 过 程 中 ， 降低 压 裂 液 对储层 的伤 害 ， 提 高压 裂 增产 效 果 起着 至 关 重 要 对 的作用 。压 裂过程 中压裂 液对储 层 的损害 主要有 固 体损 害 、 液体 损 害和 残胶 、 缩 胶 的损 害［ ， 中残 浓 １其 ］
残胶 在裂缝 中彻 底破胶 。研 究 的缝 内破 胶技术 是采
缝 内破 胶压裂 液的研 究及应 用 用 常规破胶 剂 、 胶囊 破胶剂 、 内破胶剂 结合楔 形追 缝
加破胶剂 形成 的技术 ， 使用该 技术后 ， 使裂 缝 内的压
裂液彻底 破胶 ， 降低 了残液 的分子 量和缝 内残胶 ， 从 而降低压 裂液缝 内伤 害 。
的氧化类 破胶 剂发 生 反应 ， 促进 氧 化 类破 胶 剂 中有
效 活性成 分 的释放 ， 而促 进缝 内压裂 液 、 裂液残 从 压 胶 的破胶 ， 降低 残液相 对分 子质 量 ， 以使 施工结 束后
压裂 液能 彻底破 胶成水 。
缝 内破 胶技 术 ， 是使裂 缝 内的压裂 液 、 裂液 就 压
石 油 与 天 然 气 化 工
第３ ９卷 第 ｌ期
ＣＨＥＭ Ｉ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ Ｌ ＆ ＧＡＳ ＯＦ ＯＩ
缝 内破 胶 压 裂 液 的研 究及 应 用
刘友 权 张永 国 王 小红 陈鹏 飞 张 燕 张 倩
（ 国石 油 西 南 油 气 田 公 司 天 然 气研 究 院 ） 中
缩 的压裂 液残胶 滞 留在 储层 。 １缝内破胶压 Nhomakorabea液的研究
压 裂液破 胶后 ， 虽然 破胶液 粘度低 ， 残液最 高 但 分 子量 仍较 高 （ ０ ３ ０万 左 右 ） 对支 撑 剂 导 流 能力 伤 ，
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ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６５３５．２０１５．０２．０２５ 麓 新型聚合物压裂液管内 携砂性能研究
吕其超 ，李兆敏 ，李宾飞 ，李松岩 ，张丁涌 （１．中国石油大学，山东青岛２６６５８０； ２．中石化胜利油田有限公司，山东东营２５７０６８）
摘要：采用大型压裂液管流测试装置，对新型聚合物压裂液在水平管及竖直管内的携砂性能进 行了实验研究，并与常规胍胶压裂液进行了对比分析。实验结果表明：在水平管中，聚合物携 砂液的临界沉降及临界悬浮速度均随管径的增大而升高；砂比升高过程中， 临界沉降及悬浮速 度在低砂比阶段变化不大，在高砂比阶段显著升高。在竖直管中，随着砂比的升高，聚合物携 砂液的压力梯度逐渐增大且支撑剂在管底的沉积现象加剧，当砂比超过一定浓度后会发生管 内砂堵现象。在２种类型管道内，新型聚合物压裂液相对于常规胍胶压裂液均表现出良好的 携砂性能。 关键词：聚合物；压裂液；携砂性；水平管；竖直管；实验 中图分类号：ＴＥ３５７．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－６５３５（２０１５）０２－０１０１－０４
芦Ｉ 士 论支撑。 Ｉ 画
中国低渗透、超低渗透油气田的探明储量逐 年增大，该类油气田大多需要经过压裂才能得到 工业产能ｌ １－３１，压裂液性能的优劣是影响压裂施
工和增产效果的一个重要因素，而压裂液的携砂 能力是保证支撑剂安全有效运送及对裂缝高效填 充的基础 。现场施工过程中常因泵速、砂比 等参数控制不当，导致支撑剂的管内沉积，增加 压裂液流动摩阻甚至发生管内砂堵事故，影响压 裂施工的安全及效果 。目前常用的静态悬砂性 测试手段无法直观模拟该类状况下的压裂液携 砂 。采用大型压裂液管流测试装置对新型聚 合物压裂液的管内携砂能力进行了研究，分析了 高温剪切后交联压裂液的管内携砂流动现象，主 要包括：水平管内支撑剂沉降和悬浮现象以及竖 直管内支撑剂的沉积及底部砂堵现象，在此基础 上，对比分析了新型聚合物压裂液与常规胍胶压 裂液的携砂能力，以期为压裂工艺的改进提供理 １实验部分 １．１实验材料 主要实验材料：ＬＰ－３Ａ聚合物（东营市现河工 贸有限责任公司），ＬＰ一３Ｂ聚合物交联剂（东营市 现河工贸有限责任公司），羟丙基胍胶（东营市信 德化工有限责任公司），ＨＴＣ一１６０胍胶交联剂（东 营市信德化工有限责任公司），ＫＣ１（国药集团化学 试剂有限公司），陶粒支撑剂（粒径范围为０．４～ ０．８ ｍｍ、东营市现河工贸有限责任公司）。新型聚 合物压裂液的主体配方为０．５％ＬＰ一３Ａ＋０．５％ＬＰ一 ３Ｂ＋２％ＫＣ１，交联胍胶压裂液的主体配方为０．５％ 羟丙基胍胶＋０．５％ＨＴＣ一１６０＋２％ＫＣ１（所述比例均 为质量比）。 主要实验设备：大型压裂液管流测试装置、 ＡｎｔｏｎＰａａｒ ＭＣＲ３０２旋转流变仪、ＤＪ１Ｃ搅拌器、ＴＣ一 ２０２水浴锅、ＭＥＴＦＬＥＲ ＴＯＬＥＤＯ电子天平。
收稿日期：２０１４１１２６；改回日期：２０１５０１１９ 基金项目：国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）“低伤害压裂液体系研究与应用”（２０１３ＡＡ０６１４００）和国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发” （２０１１ＺＸ０５０５１）子课题“胜利油田薄互层低渗透油田开发示范工程”（２０１１ＺＸ０５０５１００３） 作者简介：吕其超（１９９３－），男，２０１２年毕业于中国石油大学（华东）石油工程专业，现为该校石油工程学院石油工程专业在读博士研究生，主要从事提高 油气开采效率方面研究。 １０２ 特种油气藏 第２２卷 １．２实验方法 １．２．１ 压裂液基本特性测试 流变性：采用ＡｎｔｏｎＰａａｒ ＭＣＲ３０２旋转流变仪 测试压裂液在剪切速率为１７０ｓ 下的表观黏度，采 用震荡时间扫描测量压裂液弹性模量和黏性模量， 测试温度为３０～９０％；携砂性：采用陶粒支撑剂与 压裂液搅拌混合，配置成砂比为１５％的携砂压裂 液，在透明恒温水浴中观察支撑剂的沉降，测试温 度为９０℃。 １．２．２ 管内携砂性实验 实验系统见图１。压裂液基液及低砂比携砂 液可在储罐内配置完成，储罐内的加热器可对压裂 液进行加热，搅拌机可对压裂液进行搅拌剪切。压 裂液由螺杆泵泵出，然后与经螺旋输送机输出的支 撑剂颗粒混合配置成携砂液，支撑剂的输出速度可 由变频器控制。携砂液测试段分为水平管测试段 和直管测试段，均可实现压差的监控及流动状态的 可视化，其中水平测试段具有３种不同内径的管 路，管径分别为１．５、２．０、２．５ ｃｍ，竖直管管径为 ２．０ ｃｍ １压裂液储罐２搅拌机３螺杆泵４阀门５压力表６温度计 ７流量计８单向阀９加砂罐１Ｏ气瓶１１变频器１２差压传感器 ｌ３可视化管段ｌ４摄像机ｌ５计算机１６废液箱１７旁路 图１大型压裂液管流测试装置 水平管携砂测试：水平管测试使用的携砂液在 储液罐内直接｝昆合形成，携砂液以一定初始泵速分 别泵人３种管径的水平管，初始泵速应保证支撑剂 处于全悬浮状态，随后逐渐降低泵速，待支撑剂沉 降后再逐渐升高泵速，测试过程中监测携砂液流动 状态的变化，采集压差及流量的变化数据。 垂直管携砂测试：采用储液罐混合配置低砂比 携砂液，加砂罐辅助加砂形成高砂比携砂液，携砂 液以固定流速泵入竖直管，控制加砂罐的加砂速 度，使携砂液的砂比以５％的梯度增加，监测携砂 液的流态及压差变化，当压差突然升高时，停止测 试。 压裂液在２种类型管道中测试前，均在储罐内 加热至９０￣Ｃ并通过搅拌机高速剪切５ ｍｉｎ，目的是 模拟地层温度升高及管内剪切对压裂液性能的影 响，以便研究携砂液在加热及剪切变稀后的携砂能 力。
２实验结果及讨论
２．１新型压裂液基本性能 新型聚合物压裂液的稠化剂ＬＰ－３Ａ是一种由 丙烯酰胺（ＰＭ）、２一丙烯酰胺基－２－甲基丙基磺酸 钠（ＡＭＰＳ）、疏水单体合成的三元共聚物，相对分 子质量为２００ｘ１０ ～３００×１０ ，ＬＰ一３Ｂ是一种针对 该型稠化剂的有机锆复合交联剂。新型聚合物压 裂液体系具有耐温性强、摩阻低、携砂性强等特点。 图２为压裂液流变曲线。由图２可知，聚合物 和胍胶均具有良好的耐温性，其在温度为９０￣Ｃ、剪 切速率１７０ Ｓ。。下表观黏度均高于１５０ ｍＰａ・Ｓ。聚 合物的表观黏度虽略低于胍胶，但其弹性模量高于胍
温度／℃ 一・一聚合物黏度 一◆．胍胶黏度 ＿ｅ－聚合物弹性模量 ＋胍胶黏性模量＋胍胶弹性模量—咽卜聚合物黏性模量
图２压裂液流变曲线 胶，同时聚合物弹性模量远高于黏性模量，在黏弹 模量中占主导地位。流体的悬砂能力不仅受黏度 影响，更与流体的弹性相关。将不同压裂液在 ９０℃水浴下恒温１ ｈ后对其悬砂能力进行对比，结 果表明聚合物压裂液的悬砂性明显高于胍胶压裂 液的悬砂性。聚合物压裂液的这一流变特性使其 具有强悬砂能力，且相对常规胍胶压裂液具有较低 第２期 吕其超等：新型聚合物压裂液管内携砂性能研究 １０３ 的摩阻。 对聚合物压裂液携砂能力的降低幅度相对较小。
２．２压裂液水平管携砂 聚合物携砂液在水平管内的压力梯度及流速 随时间变化曲线见图３。聚合物携砂液初始阶段 流速较高，流动状态以Ａ点为代表，此时支撑剂处 于全悬浮运移状态；随着流速的下降，压力梯度也 随之下降，直到流速到达Ｂ点，即临界沉降流速 ＝０．２３ ｍ／ｓ时，支撑剂开始沉降到底部，但支撑剂 沉降层仍在流动；当流速低于 之后，管内切面的 支撑剂浓度差加大。该阶段流动状态如Ｃ点，支 撑剂沉降层加厚且流动缓慢甚至呈现静置状态。 支撑剂的沉降引起过流面积的缩小，导致更高的压 力梯度产生；随着流速的再次升高，支撑剂被重新 携起，这使过流面积逐渐恢复，压力梯度降低，当流 速到达Ｄ点即临界悬浮点，支撑剂在水平管内再 次全悬浮运移。
３５００ ３０００ ２５００ ２０００ １５００ １０００ ５００ ０ Ｏ．３５ ０．３Ｏ ０．２５ ０．２０ ０．１５ ０．１０ ０．Ｏ５ ０．Ｏ０ 图３水平管中聚合物携砂液流动曲线及流动状态 进一步研究管径对聚合物压裂液水平管内携 砂的影响，同时加入常规胍胶压裂液的对比实验。 图４为２种压裂液的支撑剂临界沉降及悬浮速度 与管径的关系图。其中砂比为３０％的聚合物携砂 液在不同内径的水平管中临界沉降速度低于胍胶 携砂液，同时聚合物压裂液使支撑剂再悬浮的临界 悬浮速度也低于胍胶，聚合物表现出良好的携砂能 力。由图４可知，管径对交联压裂液中支撑剂临界 沉降及悬浮速度有较强的影响，２种压裂液的临界 沉降及悬浮速度均随管径的增大而升高。在相同 的管截面平均流速下，管径越大，液体对管底的剪 切速率越小，剪切力越小，支撑剂更易在管底沉积。 当管径为１．５～２．５ ｃｍ时，对临界流速及管径进行 线性拟合，可以看到聚合物携砂液的临界沉降及悬 浮速度随管径的增幅小于胍胶，这说明随管径增大 管径／ｃｍ －ｉ临界沉降速度（胍胶） ・Ｊ临界沉降速度（聚合物） 口临界悬浮速度（胍胶） △临界悬浮速度（聚合物） 图４支撑剂临界沉降及悬浮速度与管径关系图（砂比３０％） 研究管径对聚合物及胍胶的携砂性能影响（砂 比为１０％－６０％），图５为支撑剂临界沉降及悬浮速 度与砂比关系图。由图５可知，２种压裂液在低砂 Ｏ．９ Ｏ．８ ０．７ ０．６ 墩０．５ 瞻ｏ．４ Ｏ．３ ０．２ ２０ ４０ ６０ 砂比／％
图５支撑剂临界沉降及悬浮速度与砂比关系图（管径２．５ｃｍ） 比阶段（砂比为１０％～３０％）的临界沉降速度基本 保持不变，但到高砂比阶段（砂比为３０％～６０％）， 临界沉降速度随砂比的增大显著增大。这是因为 当支撑剂的浓度升高到一定程度后会出现互相聚 集，即“颗粒团聚”现象，这会使支撑剂表现出大颗 粒的性质，此时支撑剂的沉降现象加剧。在低砂比 阶段即使发生支撑剂颗粒的沉降，支撑剂沉积层也 能水平运移，在高砂比阶段当支撑剂颗粒发生沉降 后，支撑剂沉积层底部的水平运移速度迅速降低， 并出现沉积层静止现象，此时压裂液对支撑剂沉积 层的运送效率几乎为零。图５中，２种压裂液的支 撑剂临界悬浮速度高于临界沉降速度（砂比为 １０％～６０％），主要是由于支撑剂沉积后，颗粒之间 的相互作用增强，需要更强的水平作用力带动其运 移，因此临界悬浮速度相对较高。砂比为１０％～
一∞＼ ＼ 婆 ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ Ｏ ０ ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ