低浓度瓜尔胶用高效有机硼交联剂的合成及其压裂体系的室内评价

摘要

鄂尔多斯盆地蕴藏着丰富的石油资源,是最具有潜力的油气勘探盆地之一,长庆油田的大部分油井遍布于此。水力压裂技术是改造低渗油田的重要手段方法,但是传统的水基压裂对低渗、特低渗油藏的开采,优势正逐步减弱。在对比油田已经现有的各种压裂体系、技术之后,水基压裂仍具有明显的操作优势。考虑到裂缝导流能力的迫切要求,因此提出低浓度瓜尔胶压裂液的研发方案,其可以有效减少残渣对地层的伤害问题,并进行了室内实验鉴定。研制出的有机硼交联剂BN能够有效的交联较低浓度瓜尔胶,所形成的冻胶具有良好的携砂性能、延时性能和耐温性能。
　　 交联剂是水基冻胶压裂液的重要组成部分,可通过与高分子化合物以多种键态形式络合而形成高黏度的凝胶体,使压裂液具备优良的携砂(支撑剂)和造缝的性能。针对普通瓜尔胶压裂液体系的残渣伤害问题,将低浓度瓜尔胶压裂液中的瓜尔胶浓度定为0.2%,因为较低浓度瓜尔胶性能不理想,并设计提出交联剂分子的制各方案,最终合成得到交联剂产品——有机硼交联剂BN。有机硼交联剂BN的最佳原料配比m(十水四硼酸钠):m(葡萄糖)为1:1,其中十水四硼酸钠的用量为20%,葡萄糖的用量为20%,多元醇BN的用量为60%。该反应体系的合成温度应控制在70℃,pH值应控制在7.0～8.0,反应时间定为3.0～4.0h。
　　 根据SY-T5107-2005——“水基压裂液性能评价方法”的部分内容要求,进行室内实验以评价低浓度瓜尔胶压裂液体系的可行性,得出了如下几个结论:
　　 (1)交联0.2%瓜尔胶水溶液所需交联剂的用量为1.2%～1.6%,其中交联延时时间为80s～160s,冻胶的耐受温度最高可达80℃。该瓜尔胶压裂液的滤失系数为7.36×10-4m/min0.5,室温下支撑剂在冻胶内的静态沉降速率为2*10-5m/min,在60℃的环境温度下剪切冻胶,待其黏度降至10mPa.s需要50min以上。
　　 (2)压裂液中降阻剂JM-3的添加量定为2.0%。冻胶的耐剪切性能和耐温性能未因降阻剂的添加与否发生明显的变化,冻胶的初始粘度亦未受明显影响,剪切曲线反而变得更加光滑且连续,波动亦相对减少。因此冻胶的施工性能因降阻剂JM-3的加入得到了部分改善。
　　 (3)破胶剂选用过硫酸铵(APS)并对本压裂体系进行破胶性能测试。破胶2h后,得到残余液体的表面张力为33.76mN/m,界面张力为1.21mN/m,破胶液的固体残渣含量不高,小于100mg/L。对粘土的防膨率为74.6%,因此瓜尔胶压裂液体系破胶液性能满足施工要求。
　　 通过以上研究,初步制定出低浓度瓜尔胶压裂液体系的方案,并得出了各组分的具体可行配比,待进一步的应用推广。