壓裂液體系殘渣含量影響因素分析

摘????? 要：裂液殘渣含量是考察壓裂液性能好壞的一項重要指標，尤其對于低孔低滲油藏以及天然氣、頁巖氣藏的有效開發硬性更為關鍵。通過對壓裂液體系中的水不溶物、稠化劑配比、添加劑、交聯劑濃度、破膠劑加量等方面逐一進行分析，測試并確定了不同條件下對壓裂液體系殘渣含量的主要影響因素，以此為依據采用重點突破方式，產生了清潔高效壓裂液體系以及不反排壓裂液體系，經測試較常規壓裂液體系殘渣含量有了顯著降低，進行了基質滲透率損害率測試，證明兩種壓裂液體系可大幅降低對地層的傷害程度，適用于低滲儲層。

關? 鍵? 詞：壓裂液;殘渣含量;低滲透;清潔

中圖分類號：TE357.1⁺2????? 文獻標識碼： A?? ???文章編號： 1671-0460（2020）07-1420-04

Analysis on Factors Affecting Residue Content in Fracturing Fluid System

WANG Yang1，2

（1. Daqing Oilfield Co.， Ltd. Gas Production Branch， Daqing Heilongjiang 163712， China;

2. School of Petroleum Engineering， Northeast Petroleum University， Daqing Heilongjiang 163318， China）

Abstract： The content of fracturing fluid residue is an important indicator to evaluate the performance of fracturing fluid， especially for low-porosity and low-permeability reservoirs， as well as the effective development of natural gas and shale gas reservoirs. The water insoluble matter， thickener ratio， additives， crosslinker concentration and amount of breakers in the fracturing fluid system were analyzed one by one， and the main influencing factors of the residue content of the fracturing fluid system under different conditions were tested and determined. According to the key breakthrough method， a clean and efficient fracturing fluid system and a non-reverse fracturing fluid system were developed. The test results showed that， compared with conventional fracturing fluid system， the residue content of the two fracturing fluid systems was lower. The matrix permeability damage rate test was carried out. The results proved that， the two fracturing fluid systems can greatly reduce the damage to the formation， and are suitable for low permeability reservoirs.

Key words： Fracturing fluid; Residue content; Low permeability; Clean

壓裂液殘渣是指壓裂液常規破膠液中殘存的水不溶物，裂液殘渣含量是考察壓裂液性能好壞的一項重要指標，尤其在天然氣以及頁巖氣開采過程中，殘渣含量過高必然會對地層及充填層造成嚴重堵塞使其滲透率大幅度下降，這對于天然氣及頁巖氣開采來說會大大降低壓裂的效果^[1-2]，對其儲層開發的影響是非常嚴重的，同時對于低壓、低滲油層的影響也尤其突出，常會造成壓裂完全失效^[3-6]。分析壓裂液體系殘渣含量影響因素，可以為有效降低殘渣含量提供途徑。

先人們主要通過改變壓裂液體系配制主劑方面進行降低壓裂液殘渣含量的手段，取得了一定的成果^[7-9]，本文通過對壓裂液體系中的水不溶物、稠化劑配比、添加劑、交聯劑濃度、破膠劑加量等方面逐一進行分析，測試并確定了不同條件下對壓裂液體系殘渣含量的主要影響因素。由此產生了清潔高效壓裂液體系以及不反排壓裂液體系，并進行了基質滲透率損害率測試，證明兩種壓裂液體系可大幅降低對地層的傷害程度，適用于低滲儲層。

<！--[if ！supportLists]-->1????? <！--[endif]-->壓裂液體系殘渣影響因素分析

為了找出壓裂液中影響殘渣的因素，我們根據現用壓裂液配制具體情況，對粉劑及其添加劑等進行全面分析。對殘渣含量的測試是依據石油行業標準《壓裂液通用技術條件》（SY/T6376-2008）和《水基壓裂液性能評價方法》（SY/T5107-2016）進行的。試驗方法采用離心分離法，該類方法在測試胍膠類壓裂液殘渣含量時，具有測試結果平行性好的特點，可以提供較為準確可靠的數據^[10]。

1.1? 水不溶物與壓裂液殘渣的關系

水不溶物是指壓裂液用植物膠中所含有的水不溶性蛋白質及其它雜質，相同配比對多種植物膠水不溶物和殘渣對比實驗結果如下（備注：“殘渣%”表示單位體積壓裂液的破膠液中殘渣質量占稠化劑質量的百分比）。

表1的多種植物膠水不溶物和殘渣對比數據中，殘渣含量平均為水不溶物的62%，說明水不溶物是壓裂液殘渣的主要來源。

1.2? 稠化劑配比對殘渣含量的影響

從壓裂液角度看，一般來講，為保證較好的耐溫性能，儲層溫度越高，需要的稠化劑濃度也越高^[11]。配制不同配比的改性胍膠液，測定不同稠化劑配比條件下的殘渣含量如表2示。

通過表2實驗數據看出，隨著稠化劑配比的增大，壓裂液破膠后殘渣含量增大。所以在滿足工程施工要求前提下，盡可能降低稠化劑配比是降低殘渣含量的有效途徑之一。

1.3 ?添加劑對殘渣含量的影響

水基壓裂液的化學添加劑成分分很多種，常用壓裂液添加劑包括增稠劑、交聯劑和破膠劑。為改善壓裂液的各種性能指標其他添加劑還包括pH調節劑、防黏土膨脹劑、高溫穩定劑、殺菌劑、起泡劑、破乳劑等多種化學添加劑^[12]。依據目前油田常規壓裂液應用情況，實驗考察不同添加劑對殘渣含量的影響，采用0.45%改性胍膠壓裂液體系，實驗結果見表3。

從表3中數據可知，只含有稠化劑，不添加任何添加劑的改性胍膠，破膠后殘渣質量濃度是

157 mg·L^-1;單加助排劑殘渣質量濃度增加43 mg·L^-1，單加碳酸鈉殘渣質量濃度增加118 mg·L^-1，單加碳酸氫鈉殘渣質量濃度增加47.5 mg·L^-1，單加防膨劑殘渣質量濃度增加80 mg·L^-1，單加植物膠穩定劑殘渣質量濃度增加30 mg·L^-1。從實驗結果來看，除破乳劑外的其它各種添加劑的加入都不同程度的產生殘渣，其中碳酸鈉和防膨劑的加入產生殘渣最多。

1.4? 交聯劑濃度對殘渣含量的影響

本實驗采用0.45%改性胍膠壓裂液體系，改變交聯劑的加量，其它添加劑用量不變，考察交聯劑加入量對殘渣含量的影響，實驗結果如圖1所示。

從圖1曲線中可以看出，當交聯劑濃度增大時，殘渣含量之增加，交聯劑配比達到0.3%后殘渣含量快速提高，控制交聯劑，所以交聯劑在應用過程中不應僅考察壓裂液體系交聯和耐高溫程度，更應將保護油藏、降低殘渣含量加入必須遵循的應用原則。

1. 5? 破膠劑加量對壓裂液殘渣的影響

破膠劑是利用自身的強氧化性將已交聯的高黏度壓裂液化學鍵破壞，形成低黏度液體，利于返排以及減少濾失降低支撐裂縫的傷害。本實驗采用0.45%改性胍膠壓裂液體系，改變破膠劑的加量，其它添加劑用量不變，目的是考察破膠劑加入量對殘渣含量數值的影響，實驗結果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著破膠劑加量的增加，殘渣含量逐漸降低，這是因為隨著破膠劑含量的增加，破膠徹底，殘渣隨之降低。為了確定是否為破膠劑加量越大，殘渣含量越低，加大破膠劑用量繼續試驗，采用破膠劑的加量分別為0.05%、0.08%、0.1%、0.12%，其它添加劑用量不變，考察破膠劑加入量對壓裂液體系殘渣含量的影響，實驗結果如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著破膠劑加入量的增加，壓裂液殘渣含量降低，但破膠劑加入量大于0.1%時，殘渣含量不再降低。當破膠劑加入量為0.1%時，壓裂液凍膠破膠速度較快，較高濃度破膠劑會使壓裂液黏度迅速降低，不能保證壓裂液體系在壓開、延伸裂縫和攜帶支撐劑方面的功能，難以滿足現場壓裂施工的要求。

2? 新型壓裂液體系殘渣含量測試

2.1 ?清潔高效壓裂液殘渣及基質滲透率損害率測試

大慶油田清潔高效壓裂液體系以磺酸鹽聚合物為增黏劑，交聯劑為無機兩性金屬離子型，高價氧化物無機鹽輔助劑為破膠劑，增黏劑水不溶物幾乎為零。選擇壓裂液體系配方為0.8%清潔高效主劑+0.3%清潔高效輔劑，實驗條件：溫度90 ℃;破膠劑：過硫酸鉀;破膠劑加量：0.05%;破膠時間：4 h。從表4中可以看出，清潔高效壓裂液體系殘渣質量濃度僅為36 mg·L^-1，遠遠低于改性瓜膠的壓裂液體系殘渣含量。

采用清潔高效壓裂液體系對高低滲透不同巖心進行基質滲透率損害評價，如表5所示。

如表5所示可知，相比較不同滲透率巖心，清潔高效壓裂液體系對高滲透率巖心傷害率較低，對低滲透率巖心傷害率相對較高，但也處于較低水平，可完全應用于低滲儲層改造。

2.2? 不返排壓裂液基質滲透率損害率測試

不返排壓裂液體系是以表活劑為增黏劑，完全降解后水不溶物為零，選擇壓裂液體系配方為2%表活劑+1%氯化鉀，實驗條件為：破膠溫度90 ℃;破膠時間4 h;破膠劑為0.05%過硫酸鉀;體系對高低滲透不同巖心進行基質滲透率損害評價，如表6所示。

如表6所示可知，相比較不同滲透率巖心，不返排壓裂液體系對高滲透率巖心傷害率較低，對低滲透率巖心傷害率較高，巖心滲透率傷害效果與清潔高效壓裂液體系相當，同樣可應用于低滲儲層改造。

3? 結論

1）稠化劑中的水不溶物是壓裂液殘渣的主要來源，稠化劑配比越高，殘渣越多，其他添加劑的加入導致殘渣含量不同程度的提高，其中防膨劑和pH調節劑對殘渣含量的影響較大。

2）清潔高效壓裂液體系以及不反排壓裂液體系殘渣含量較低，對巖心基質滲透率損害較小，可適用于低滲透儲層應用。

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基金項目：國家基金重大項目，頁巖油氣高效開發基礎理論（項目編號：51490650）。

收稿日期：2019-11-05

作者簡介：汪洋（1989-），男，黑龍江省大慶市人，助理工程師，碩士研究生，研究方向：油氣田開發。E-mail：wangyang0012@163.com。