压裂液在水力喷砂分段压裂技术中的应用

压裂液在水力喷砂分段压裂技术中的应用

王艺霖

中国石化东北油气分公司工程环保技术研究院 吉林 长春 130062

摘要：水力喷砂分段压裂技术是水力喷砂射孔和水力压裂的有效结合，可依次压开所需改造

井段，具有方便、快捷、安全的特点，目前这项技术在水平井和直井上都有应用。本文分析了水力喷砂分段压裂技术中压裂液的特殊应用方式及优选技术，提出了压裂液黏弹性恢复快、摩阻低、破胶快速彻底及长效低伤害的优选原则，并介绍了精细化现场实施技术。

关键词：水力喷砂；水平井分段压裂；压裂液；优选技术

水力喷砂分段压裂技术是近几年发展起来的新技术，将水力射孔和喷砂压裂有效结合，可依次压开所需改造井段，施工方便快捷，安全性好，对完井方式要求低，国外在水平井上应用较多，该技术已经在国内多油田等进行了多井次应用，都取得了较好的效果，为国内水平井的加砂压裂提供了新的技术方法和手段。

水平井压裂因施工段数多，压裂液在地层中滞留时间较长。特别是水力喷砂压裂液要经

过水力喷嘴的高速剪切及环空注入压裂液基液的稀释作用，作为射孔液和进入裂缝的压裂液

是否依然具有良好的携砂性能，都是必须研究与考虑的问题。水力喷砂压裂液精细化优选技

术可更好利用目前的压裂液体系，适应新的工艺技术发展。

1水力喷砂压裂技术特点

1.1水力喷砂分段压裂技术特点

水力喷砂压裂新型增产工艺技术由3个过程共同完成：水力喷砂射孔、水力压裂(通过普通油管或钻杆或连续油管)以及环空挤压(通过另外一个泵)。通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，利用水击作用在地层形成一个(或多个)喷射孔道，从而在近井地带产生微裂缝，裂缝产生后环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂。水力喷射液中携带支撑剂随射流液体进入裂缝，最大程度提高裂缝导流能力。

1.2水力喷砂压裂技术对压裂液的要求

在水力喷砂压裂技术中，携带支撑剂的压裂液要承受射孔枪喷嘴的高速剪切，以及射孔眼

周围所产生的较高节流压力，因此，水力喷射压裂对压裂液选择有如下3个方面的特殊要求：

(1)高剪切后压裂液黏度可以恢复；(2)油管交联压裂液经过高剪切与环空的基液混合后仍具有较好的耐温性能与携砂性能；(3)压裂液的管路摩阻低；(4)压裂液破胶快速、彻底，对储层伤害低。

2水力喷砂压裂液的性能优选与控制

2.1高剪切后黏弹性快速恢复压裂液的选择

水力喷射压裂中，经过喷嘴的高速剪切以及喷嘴周围产生较高的节流压力，水力喷射压裂

液经历了瞬间的高剪切力作用。计算表明，当水力喷射速度为180m／s时，在油嘴上产生的剪切速率在30000s-1以上，因此，携带支撑剂的水力喷射压裂液经高速剪切后必须有很好的黏度恢复能力，来保证施工的顺利进行。

实验室无法模拟2000s-1以上的高剪切速率对压裂液的影响，但通过时间与剪切速率的

关系，相对考查了压裂液通过喷射孔后的流变性能。使用RS75型旋转黏度计，通过170—1000—170—1000一170—40s-1的剪切速率不断变换过程，考察压裂液体系流变性能变化。

综合分析同剪切速率下的黏度曲线(20℃配方)图和同剪切速率下的黏度曲线(50℃配方)图，介绍了羟丙基瓜尔胶与硼砂交联冻胶在不同条件下的黏弹性恢复情况。20℃和50℃的温度下，交联冻胶经过170—1000一170—1000一170—40s-1的剪切速率变化，液体黏弹性恢复快速，剪切1h后黏度仍大于70mPa·S。

2.2油管与环空液体混合后携砂良好压裂液的选择

油管注入液体要携砂，交联冻胶具有最经济有效的携砂性能，而环空注入液体主要是平衡

作用，基液即可满足要求。在射孔眼附近，交联冻胶与基液以一定比例混合后进入裂缝，如何选择冻胶与基液混合后仍具有良好携砂能力的压裂液，是保证裂缝导流能力的关键。表1中选择无菌混调器，在剪切速率约2000s一条件下高速搅拌20s，模拟射孔眼附近的交联冻胶与环空基液的混合状态，考察混合压裂液黏弹性恢复能力以及支撑剂沉降速度。

表1 油管交联冻胶与环空基液在不同比例混合后的试验情况描述(20℃)

从油管冻胶与套管基液混合后压裂液的剪切流变性能图中可以看出，当交联冻胶与基液混合比例控制在1：1——2：1范围内，压裂液黏弹性恢复都很快，支撑剂沉降速度也完全满足压裂施工要求。

2.3低管路摩阻压裂液的选择

通过多功能回路，在不同油管半径和不同配方压裂液条件下，模拟管路中压裂液摩阻变

化。从31/2”油管不同排量时摩阻曲线图和 27／8”油管不同排量时摩阻曲线图中评估发现，羟丙基瓜尔胶压裂液的摩阻要远低于其他压裂液，可以满足水力喷射 要求。

2.4破胶快速、长效伤害低压裂液的选择

目前，进行水力喷砂压裂的水平井多为低孑L低渗储层。由于水平井压裂施工井段多，液体滞留地层时间就会相对直井更长，选择破胶快速、长效伤害低的压裂液是保证良好增产效果的一个重要手段。根据压裂施工过程中温度场变化，合理优化压裂液配方，适时追加破胶剂用量是压裂液实现维持黏度与快速破胶的关键技术。从瓜尔胶压裂液与优选的羟丙基瓜尔胶压裂液的破胶液对岩心的伤害情况可以得出，在长时间浸泡48h后，优选的羟丙基瓜尔胶压裂液比瓜尔胶压裂液的对岩心的伤害低50％。

2.5施工方式的选择

水力喷砂压裂过程中，必须保证压裂液具有抗高剪切能力和黏度快速恢复能力，因此，严

格控制交联剂量及按设计加入破胶剂，可以做到准确把握水力喷砂压裂液的交联冻胶性能，使每段施工时间压裂液都具有最佳的携砂能力，保证水力喷砂压裂施工的顺利进行。建议水力 喷砂压裂施工中最好将支撑剂和破胶剂分开投入井筒，在保证支撑剂加入量的同时，也保证了 压裂液性能及快速彻底的破胶能力。

3结论

(1)配方优选和精细化施工是水力喷砂压裂液成功的关键。

(2)建立适合水力喷砂压裂技术的评价方法，全面进行液体性能评价，可以保证准确控制各个施工环节中液体的性能。

(3)在50℃左右的低温井中，羟丙基瓜尔胶与硼砂交联压裂液就可满足水力喷砂压裂施

工要求。冻胶与基液混合后，如果基液浓度控制在30％内，混合后压裂液的携砂性能完全可以满足施工要求。

(4)彻底破胶的羟丙基瓜尔胶压裂液长时问浸泡岩心后，伤害由18％提高到28％，因此， 水力喷砂压裂后应尽量快速返排液体，减少对地层的伤害。

参考文献：

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