1、收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 3基金项目:国家科技重大专项“缝洞型油藏堵调及靶向酸压工艺技术”(编号2 0 1 6 Z X 0 5 0 1 4-0 0 5)作者简介:闫娥(1 9 8 4-),女,新疆奇台县人,本科,油气田工程与勘探开发领域工程师,主要研究方向:油气田开发领域。压裂液用耐高温低成本有机硼交联剂G C Y-J L研制与应用闫 娥(中国石化西北油田分公司勘探开发研究院,新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 1 1)摘要:针对塔河常规羟丙基瓜胶压裂液稠化剂使用浓度大(0.5%),交联剂等关键化学助剂成本高,进一步降本难度大的问题,以硼酸盐、碱、葡萄糖酸钠为原材料,研发了一种耐高温、
2、低成本有机硼交联剂及配套的0.3 5%H P G低浓度压裂液。该交联剂生产成本为7 0 0 0元/吨,较现用交联剂降本5 0%;配套的低浓度压裂液较常规压裂液单方降低7 0元,且在1 4 0、1 7 0 s-1剪切1 h条件下,黏度保持在1 0 0 m P as以上,耐高温性能好。目前已在塔河油田5 0井次开展酸压现场应用,累计节约费用1 2 6万元,应用前景广阔。关键词:有机硼交联剂;低浓度压裂液;耐高温;低成本;现场应用中图分类号:T E 3 5 7.1+2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 4-0 0 2 2-0 4 在低油价严峻形式下,油田企
3、业核心工作是降本1-2。常规羟丙基瓜胶压裂液作为塔河油田酸压关 键 工 作 液 体 系,主 要 存 在 瓜 胶 使 用 浓 度 大(0.5%),交联剂等关键化学助剂成本高,液体成本进一步降低难度大的问题3-4已经严重制约酸压措施降本和油田开发效益的提高。针对塔河油田常规压裂液存在的问题和碳酸盐岩储层高温超深的特点,研发了耐高温、低成本交联剂及配套低浓度压裂液体系。与塔河现用交联剂相比,该交联剂成本降低5 0%,在羟丙基瓜胶浓度0.3 5%条件下压裂液可耐1 4 0高温剪切,实现压裂液体系降本7 0元/方,单井降本2.8万元。1 G C Y-J L有机硼交联剂的合成1.1 合成机理硼酸钠遇水发生
4、水解反应,形成的B(OH)4-与配位体葡萄糖酸钠和丙三醇中的羟基基团产生络合反应,从而形成稳定体系。合成反应具体可分为水解反应(式1)5和络合反应(式2)两步6:1.1.1 水解反应N a2B4O7+H2O2 N a+4 B(OH)4-+2 H+1.1.2 络合反应硼酸钠水解生成的四价硼酸盐离子和含有三个羟基基团的丙三醇发生络合反应,在加热和搅拌的作用下充分反应,生成有机硼交联剂G C Y-J L。反应方程式如下:22 内蒙古石油化工2 0 2 3年第4期 1.2 合成方法按照配方所需用量在装有搅拌器的三口烧瓶中依次加入一定比例的水、硼酸钠、碱、丙三醇,水浴锅温度设置为6 0-8 0,恒温反应
5、2 h后即可得到交联剂产品。1.3 主要性能指标合成的交联剂外观为浅黄色透亮均匀分布液体,长时间放置无固体物质析出;2 0时密度为1.2 0g/c m3,p H值为7-7.8;延缓交联时间在1-5 m i n内 可 调;适 用 温 度 为9 0-1 4 0;使 用 量0.5 0%-0.6 0%;可与清水和矿化水以任意比例互溶,可交联羟丙基瓜胶压裂液体系。2 G C Y-J L/H P G低浓度压裂液性能评价2.1 液体配方低浓度压裂液配方如下:H P G(山东大王庄)0.3 5%,破乳剂(新疆克拉玛依)1.0%,温度稳定剂(新疆 克 拉 玛 依)0.5%,p H调 节 剂(氢 氧 化 钠)0.
6、0 2%,G C Y-J L有机硼交联剂(自制)0.6%。2.2 实验方法低浓度压裂液体系的配制、交联时间、压裂液耐温耐剪切能力和破胶性能测试方法可按照行业标准S Y/T5 1 0 7-2 0 0 5 水基压裂液性能评价方法执行。3 实验结果与讨论3.1 G C Y-J L/H P G低浓度压裂液的耐温耐剪切性能测试用哈克MA R S-型流变仪测定压裂液的耐温耐剪切能力。由图1低浓度压裂液高温流变曲线可以看出:测试温度从3 0上升到1 4 0的过程中,由于温度的快速上升,压裂液体系的黏度也出现明显的下降趋势,当温度上升至1 4 0时,压裂液体系的黏度仍然保持在1 0 0 m P as左右。在1
7、 4 0恒温剪切6 0 m i n后体系黏度依然大于5 0 m P as,说明该压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性能,同时也证明了合成的交 联剂具有 较好的交 联 性 能 和 热 稳定性。3.2 G C Y-J L/H P G低浓度压裂液的延迟交联性能取4 0 0 m L配制好的0.3 5%GH P G基液倒入搅拌器中,调节搅拌器转速至可观察到搅拌器底端为止,按照交联比加入合成的交联剂溶液,用秒表记录加入交联剂后搅拌器内溶液漩涡消失,溶液表面稍有突起的时间。实验所用的p H值调节剂为氢氧化钠溶液,交联剂用量为0.6%,测试结果如表1所示。图1 低浓度压裂液1 4 0高温流变曲线F i g.1 H
8、 i g ht e m p e r a t u r e r h e o l o g i c a l c u r v eo fl o wc o n c e n t r a t i o nf r a c t u r i n g f l u i da t 1 4 0表1 交联剂在不同p H值下的交联时间T a b l e1 C r o s s l i n k i n gt i m eo f c r o s s l i n k i n ga g e n t a td i f f e r e n tp Hv a l u e s交联剂类型基液p H值延迟交联时间/s有机硼G C Y-J L98 0硼砂95
9、有机硼G C Y-J L1 01 2 0硼砂1 05有机硼G C Y-J L1 22 4 0硼砂1 21 0 由表1可以看出,相比于硼砂,有机硼交联剂具有明显的延迟交联特性,且随瓜胶压裂液基液的p H值的增加,交联的时间也随之延长,当p H值调节至1 2时,交联时间可达到4 m i n,可以满足塔河油田6 0 0 0 m高温深井的酸压改造需求。3.3 G C Y-J L/H P G低浓度压裂液的悬砂性能3.3.1 单颗粒悬砂性能把交 联 后 的0.3 5%H P G低 浓 度 压 裂 液 和0.5%H P G塔河常规压裂液,分别装入1 0 0 m l量筒中,放置于9 0水浴中。测试直径为3 m
10、m钢珠在量筒中沉降1 2 c m所用的时间,计算沉降的速度,评价两种压裂液体系的悬砂性能。表2 单颗粒沉降速度测定T a b l e2 D e t e r m i n a t i o no f s e t t l i n gv e l o c i t yo f s i n g l ep a r t i c l e沉降距离(c m)沉降时间(s)沉降速度(c m/s)0.5%H P G常规压裂液1 2.05 00.2 40.3 5%H P G低浓度压裂液1 2.06 00.2 0 当单颗粒支撑剂的自然沉降速度在0.9 3-2.0 8c m/s时,可以满足现场压裂液的施工需求7。由表2可以看出,0
11、.3 5%低浓度压裂液比0.5%常规32 2 0 2 3年第4期闫 娥 压裂液用耐高温低成本有机硼交联剂G C Y-J L研制与应用压裂液沉降速度更低,具有较好的携砂性。3.3.2 2 0%砂比悬砂性能用天平称取一定质量 的4 0/7 0目陶粒,按 照(2 0%砂比)3 5 8 k g/m 3的比例加入至配制好的压裂液基液中,加入0.6%交联剂,放入高温水浴中,持续搅拌,等到温度升高至5 0时,停止搅拌将交联液体倒入至具塞量筒中。在9 0水浴中测试交联液体的静态悬砂性能。图2 9 0下2 0%砂比携砂性能(右图为静置2 h后)F i g.2 S a n dc a r r y i n gc a
12、p a c i t yo f 2 0%s a n dr a t i oa t 9 0(t h er i g h t f i g u r e i sa f t e rs t a n d i n gf o r2 h)实验结果表明:2 0%砂比的陶粒在0.3 5%低浓度压裂液中,常温和9 0水浴中静置2 h后4 0/7 0目陶粒基本无沉降,陶粒均匀分布在液体中,说明压裂液体系具有良好的悬砂能力。3.4 G C Y-J L/H P G低浓度压裂液的破胶性能酸压工艺中的酸液体系与地层碳酸盐岩反应后,形成的残酸在施工结束2 h后,以及地层温度的作用下,能使胍胶压裂液完全破胶。因此,分别选用0.0 2%过硫
13、酸铵、0.0 2%过硫酸铵+残酸、和残酸作为破胶剂,测定含有不同破胶剂的低浓度压裂液在9 0下,静置2 h后的破胶液黏度。表3 低浓度压裂液破胶性能T a b l e3 T e s to fg e lb r e a k i n go f l o wc o n c e n t r a t i o nf r a c t u r i n gf l u i d破胶剂种类0.0 2%过硫酸铵0.0 2%过硫酸铵+残酸残酸破胶液黏度,m P as43.55备注:此次所制残酸p H值4。由表3可以看出:在实验条件下,0.0 2%过硫酸铵、残酸和0.0 2%过硫酸铵+残酸均能使压裂液彻底破胶,破胶液黏度满足S
14、 Y/T 5 6 7 4-2 0 0 7 压裂用植物胶通用技术条件 中规定小于等于5 m P as的要求。由于残酸可使压裂液彻底破胶,所以在酸压施工时无需添加专门的破胶剂,可不用增设混砂车,可以有效降低施工措施成本。4 现场应用4.1 典型井例选取塔河油田开发井开展现场试验,酸压目的层段为奥陶系鹰山组的6 0 5 1.5 8-6 0 2 0.0 0 m裸眼井段。本次酸压选用5 5 0 0 m31/2+4 3 0 m 27/8 油管进行酸压施工,挤入地层的总液量7 0 0 m3(4 0 0 m3低浓度压裂液+3 0 0 m3胶凝酸),在向地层中注压裂液期间,最高泵压为7 5.3 MP a,最大排
15、量为5.6 m3/m i n,测压降2 8.82 6.3 MP a。施工结束 后,返排 液 体2 6 m3后见3 0%稠油,现场进行掺稀建产。由图3施工曲线可以看出:在排量分别为5.5m3/m i n时,压裂液施工泵为7 2.1 8 MP a。在不考虑滑溜水减阻和酸液对裂缝刻蚀差异的条件下,计算出现场油管的摩阻系数平均为7.3 MP a/1 0 0 0 m。现场的大量施工经验数据表明:在3 1/2 油管中,排量为5.5m3/m i n时,0.5%胍胶压裂液摩阻系数为8.2 MP a/1 0 0 0 m。数据对比结果表明,该低浓度压裂液体系具有低摩阻的特点。摩阻系数比常规压裂液低0.9MP a/
16、1 0 0 0 m。4.2 推广前景该交联剂生产成本为7 0 0 0元/吨,较塔河现用交联剂降本5 0%;且形成的低浓度压裂液较塔河常规压裂液(0.5%H P G)单方降低7 0元,2 0 1 6年实施5 0井次(单井压裂液规模3 6 0方)计算,节约费用1 2 6万元,具有广阔的推广前景。42 内蒙古石油化工2 0 2 3年第4期 图3 试验井酸压施工曲线F i g.3 A c i df r a c t u r i n gc o n s t r u c t i o nc u r v eo f t e s tw e l l5 结论通过室内研究和现场应用试验,对有机硼交联剂G C Y-J L及其
17、配套的H P G低浓度压裂液得出了以下认识:(1)研制的交联剂和低浓度压裂液具有耐温耐剪切性能好、携砂性能好、破胶彻底的优点。(2)现场试验表明,该压裂液体系具有较好的造缝性能和低摩阻的优势,能够满足塔河油田高温超深井酸压改造的需求,具有较好的应用和推广前景。(3)针对前期该交联剂及低浓度压裂液试验情况,下步继续扩大现场应用规模,更大幅度的实现降本。参考文献1 陈欢庆.低油价背景下油田开发研究的几点思考J.西南石油大学(自然科学版),2 0 1 6,1 8(3):1 9-2 6.2 冯启海,卫永刚.国内外石油企业应对低油价的做法 及 启 示 J.国 际 石 油 经 济,2 0 1 6,2 4(
18、7):3 9-4 3.3 王满学.低伤害液体胍胶压裂液L G C-1性能研究与应用J.石油天然气与化工,2 0 0 5,3 4(1):5 9-6 1.4 杜海军,曲世元.超低浓度瓜胶压裂液研究及在延长 油 田 的 应 用 J.石 油 地 质 与 工 程,2 0 1 5,2 9(4):1 4 0-1 4 3.5 谭明文,景泉源.有机硼交联剂D Y 2-1的改性研究与应用J.天然气工业,2 0 0 5,2 2(1):1 0 6-1 0 7.6 张林,沈一丁.低浓度胍胶压裂液有机硼交联剂Y J-P的合成与应用J.精细化工,2 0 1 3,3 0(1):1 0 4-1 0 7.7 卢拥军.有机硼B C
19、 L-6 l交联植物胶压裂液J.油田化学,2 0 0 9,1 2(4):3 1 8-3 2 3.T h e r e s e a r c h e sa n da p p l i c a t i o no fH i g h-t e m p e r a t u r ea n d l o wc o s t o r g a n i cb o r o nc r o s s-l i n k e rG C Y-J LY ANE(E x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n tR e s e a r c hI n s t i t u t eo fS i n o p
20、e cN o r t h w e s tO i l f i e l dC o m p a n y,U r u m q i 8 3 0 0 1 1,X i n j i a n g)A b s t r a c t:I nv i e wo ft h eT a h ec o n v e n t i o n a lh y d r o x y p r o p y lg u a rg u mf r a c t u r i n gf l u i dt h i c k e n e ru s i n gh i g hc o n c e n t r a t i o n(0.5%),c r o s s l i n k
21、 i n ga g e n t a n do t h e rk e yc h e m i c a l a d d i t i v e s i nh i g hc o s t,t h ed i f f i c u l t yo f f u r t h e rr e d u c i n gt h ec o s t,w ec a r r i e do u tak i n do fh i g ht e m p e r a t u r er e s i s t a n t,l o wc o s to r g a n i cb o r o nc r o s s-l i n k e ra n ds u p
22、p o r t i n g0.3 5%H P Gl o wc o n c e n t r a t i o no f f r a c t u r i n gf l u i du s i n gb o r a t e,a l k a l i,s o d i u mg l u c o n a t ea sr a w m a t e r i a l.T h ec r o s s l i n k i n ga g e n tp r o d u c t i o nc o s t i s7 0 0 0Y u a n/t o n,c o m p a r i n gw i t hT a h ec r o s s
23、 l i n k i n ga g e n t,w h i c hr e d u c i n gt h ec o s t5 0%;l o wc o n c e n t r a t i o no ff r a c t u r i n gf l u i ds u p p o r t i n gt h a nc o n v e n t i o n a l f r a c t u r i n g f l u i du n i l a t e r a l l yr e d u c e d7 0Y u a n,a n da t 1 4 0、1 7 0 s-1a n d1 hs h e a r c o n
24、d i-t i o n s,t h ev i s c o s i t yk e p t a b o v e1 0 0 m P a.s,g o o dt e m p e r a t u r er e s i s t a n c e.I n2 0 1 6,t h ec r o s s l i n k i n ga g e n th a sb e e nu s e d i nt h e f i e l do f a c i d f r a c t u r i n g i n5 0w e l l so fT a h eo i l f i e l d,a n d t h ea c c u m u l a
25、 t i v e c o s t i s s a v e db y1m i l l i o n2 6 0t h o u s a n dY u a n.B r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s.K e yw o r d s:O r g a n i cb o r o nc r o s s-l i n k e r;L o wc o n c e n t r a t i o nf r a c t u r i n gf l u i d H i g h-t e m p e r a t u r e;L o wc o s t;F i e l dT e s t52 2 0 2 3年第4期闫 娥 压裂液用耐高温低成本有机硼交联剂G C Y-J L研制与应用
