针对大庆油田特低渗透储层压裂增产改造的需要,开发了一种新型超级瓜尔胶压裂液。利用核磁共振和 黏度实验技术表征了超级瓜尔胶的化学结构和相对分子质童,利用流变仪测定了超级瓜尔胶压裂液的流变性质。
结果表明:超级瓜尔胶与瓜尔胶原粉的化学结构基本相同,但是相对分子质量却比瓜尔胶原粉高1.4倍左右; 在相同温度和相同剪切速率条件下,配置相同剪切黏度压裂液所需超级瓜尔胶用量仅为羟丙基瓜尔胶用量的一 半;和羟丙基瓜尔胶压裂液相比较,超级瓜尔胶配置的压裂液残渣含量降低了一半以上,破胶更加彻底。利用 超级瓜尔胶压裂技术对海拉尔油田低渗透储层的61 口井119个层位进行了压裂施工,平均产液强度为 1. 10 t/(ni • d),比利用常规的羟丙基瓜尔胶压裂液技术对相同区块12 口井22个层位进行压裂施工的平均产液 强度提高了 22. 7%,取得了较好的增产效果。
海拉尔油田低渗透复杂岩性油层的物性差,含 油丰度低,储层岩石黏土矿物含量高、易水敏、油 藏注水受效差,油井产能低,如何在压裂过程中减 少对储层渗透率的损害是低渗透油田开采必须要解 决的关键问题。采用的常规水基压裂液增稠剂, 如瓜尔胶原粉,羟丙基瓜尔胶存在使用量大、水不 溶物多、破胶液残渣含量较高,对储层及裂缝导流 能力损害较大等缺点,严重影响了压裂改造效 果[〃]。对超级瓜尔胶压裂液技术的初步研究发 现,和常规的瓜尔胶压裂液相比较,超级瓜尔 胶压裂液具有较低的使用质量分数、低残渣和低伤 害等优点。如何理解两者之间表现出的差异,在此 基础上进一步优化超级瓜尔胶压裂液的性能,是解 决大庆外围低渗透储层压裂改造最有效的技术途径之一。
根据文献报道[4’5:,制备超级瓜尔胶与瓜尔胶 所用原材料是相同的,但是超级瓜尔胶在加工过程 中采取了特殊的制粉工艺,可以有效地防止在高温 和剪切过程对高分子结构的破坏。超级瓜尔胶高分 子同时含有半乳糖和甘露糖2种结构单元.超级瓜 尔胶的化学结构如图I所示。从图】中可以看出, 2种单糖中C一1相连的氧原子最多,相应的H_1 处于最低场(化学位移5在5. 1 ~5.4)。由于半乳 糖的H—1处于平伏位置,处在单键产生的各向异 性磁场屏蔽区外.而甘露糖的H—丨则处直立位 置,位于屏蔽区内=一般说来屏蔽区外质子的化学 位移都大于屏蔽区内质子的化学位移,因此核磁谱 图中半乳糖H—1的5为5.39,甘露糖H—1的5 值为5. 11,两者积分面积的比值可以用来表征半 乳糖和甘露糖的比值图2为60丈时超级瓜尔 胶的核磁共振氢谱图,从图2中可以看出,超级瓜 尔胶和前人所做的瓜尔胶原粉的谱图基本是一致的。
为了进一步比较超级瓜尔胶、瓜尔胶原粉和羟 丙基瓜尔胶3者之间的差异,用乌式黏度计测定了 3者稀溶液的比浓黏度?,/比浓黏度与浓度C 的关系见图3。可以看出,比浓黏度与浓度之间满 足线性关系,外推到浓度等于零可以得到高分子溶 液的特性黏数[7?],利用图3中直线斜率值6除 以特性黏数[TJ]的平方(6/ [T?]2),可以获得 Huggins相互作用参数。
配制的超级瓜尔胶压裂液基液为浅黄色液体, 目测无固体颗粒,用髙速离心分离方法检测超级瓜 尔胶水不溶物含量,并且与相同质量分数的羟丙基 瓜尔胶进行了对比,实验结果见表L由表2中可 以看出,超级瓜尔胶的水不溶物含量少,和羟丙基 瓜尔胶相比较,水不溶物含量降低40%以上,并 且溶解速度快,易于现场配制,基液不产生鱼眼。
在100尤条件下超级瓜尔胶与常规羟丙 基瓜尔胶压裂液黏度随剪切时间的变化,其中超级 瓜尔胶的使用质fl分数是0.28,而羟丙基瓜尔胶 的使用质量分数是0.55,可以看出,在剪切达到 稳定时,超级瓜尔胶的黏度和羟丙基瓜尔胶的黏度 相当,说明超级瓜尔胶的增稠效率更高,因此使用 质量分数更低,可以有效减小破胶的负载和对储层 的损害^表3是在不同温度、具有相同剪切黏度条 件下,超级瓜尔胶与常规羟丙基瓜尔胶对应的使用质量分数,可以看出,超级瓜尔胶的用量只是羟丙 基瓜尔胶用量的二分之一左右。
破胶程度及破胶液中残渣含量是衡量压裂液性 能好坏的重要指标之一。在不同温度下,对超级瓜 尔胶压裂液冻胶进行破胶实验。在80 <1:和100 t 条件下测定了超级瓜尔胶压裂液和羟丙基瓜尔胶压 裂液破胶水化6h后破胶液黏度、表界面张力和残 渣含量(表4),所用破胶剂为过硫酸钾。从表4 中可以看出,超级瓜尔胶压裂液破胶性能好,破胶 液黏度低,残渣含量比羟丙基瓜尔胶压裂液降低了 —半以上。
(1)采用核磁共振技术和黏度测量技术,分 析了超级瓜尔胶分子结构和相对分子质量,结果表 明,超级瓜尔胶的化学结构与瓜尔胶原粉相同,但 是相对分子质量要大于瓜尔胶原粉和羟丙基瓜尔 胶。此外,超级瓜尔胶的溶解性好,水不溶物的含 量比羟丙基瓜尔胶降低40%以上。
(2)在相同油藏条件下,超级瓜尔胶的使用 质量分数比常规使用的羟丙基瓜尔胶降低了 50% 左右。与羟丙基瓜尔胶压裂液相比较,超级瓜尔胶 压裂液残渣含量下降一半以上。
(3)在海拉尔油田低渗透储层使用超级瓜尔 胶压裂液的施工成功率为100%,与羟丙基瓜尔胶 压裂液相比较,采用超级瓜尔胶压裂液,产液强度 提高了 22. 7%,增产效果较好。