第28卷第3期2011年9月25日油田化学Oilfield ChemistryVol.28No.325Sept ，2011文章编号：1000-4092（2011）03-318-05*收稿日期：2010-11-20；修改日期：2011-01-23。

基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（项目编号2011ZX05037）。

作者简介：丁昊明（1985－），男，中国石油大学（华东）油气田开发专业在读硕士研究生（2009－），E-mail ：dinghaoming@126．com 。

戴彩丽（1971－），女，教授，从事油气田提高采收率方面研究，通讯地址：青岛市经济技术开发区中国石油大学（华东）工科楼B 座523，E-mail ：daicl306@163．com 。

耐高温FRK-VES 清洁压裂液性能评价*丁昊明1，戴彩丽1，由庆1，梁利2，王欣2（1．中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛266555；2．中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007）摘要：针对国内外清洁压裂液耐温性能较差的问题，开发出一种新型的两性离子表面活性剂压裂液体系。

该清洁压裂液体系优化配方为4.0%FRK-VES +0.30%稀盐酸+4.0%KCl 溶液+1.0%苯甲酸钠。

室内实验对FRK-VES 压裂液体系性能进行了评价：耐温耐剪切性良好，120ħ的表观黏度为83mPa ·s （1701/s ），30ħ连续剪切60min 的黏度为3167mPa ·s ；携砂性能良好，摩阻较小，在常温下与原油和地层水混合可迅速破胶，破胶液黏度小于5mPa ·s ，并且无残渣，破胶液界面张力为0.75mN /m ，表面张力为24.8mN /m ；该体系滤失系数为1.93ˑ10－4m /min 1/2，对渗透率为1μm 2和0.2μm 2储层的渗透率伤害率分别为19.56%、25.36%，适合不超过120ħ的高温低渗砂岩的储层改造。

该清洁压裂液在胜利油田、华北分公司现场施工，效果较好。

图3表5参11关键词：两性离子表面活性剂；压裂液；黏弹性；胶束；中高温中图分类号：TE357．1+2：TE39：O647．2：O648．17文献标识码：A由于常规压裂液压裂施工后对地层的伤害性较大且不易返排，Ani-Agip 与Schlumbeiger Company 的专家于1997年联合开发了黏弹性表面活性剂压裂液（viscoelastic surfactant fracturing fluid ），简称VES 。

此后，该压裂液体系得到了不断的丰富和发展［1］。

这种无聚合物的黏弹性液体体系靠一种特殊的小分子量的表面活性剂，溶解在一定量盐溶液介质中，形成蚯蚓状或棒状胶束，缠结成一种类似于聚合物交联后的网状结构而将水增稠从而有效携砂。

当亲油性烃类物质溶解在该胶束中，蠕虫状胶束分离成球状胶束，溶液黏度大幅降低。

清洁压裂液体系正是利用了表面活性剂分子结构的这一性质破胶，因此该体系内部无需破胶剂，且破胶后由于无聚合物残留而无残渣，因此对地层的伤害性较小。

目前国内研制的清洁压裂液多适于在地层温度80ħ下使用，且用量较大，施工成本较高［2］，而适用于110ħ以上高温的压裂液并不多见。

本文介绍的是一种适用于高温地层下的清洁压裂液体系。

该压裂液体系的主剂FRK-VES 为改性的甜菜碱型两性离子表面活性剂型分子。

为了提高压裂液的耐温性能，再添加由KCl 溶液、苯甲酸钠激活剂和pH 调节剂组成的助剂。

其中KCl 作为黏土稳定剂，可以有效防止地层黏土膨胀，并维持体系一定范围内的有效黏度［3］；激活剂对体系的成胶性能影响较大；pH调节剂为31%工业盐酸，可以改变溶液中表面活性剂亲水基团的极性，从而改变表面活性剂分子有序体的结构，使溶液黏度发生变化［4］。

不同加量的表面活性剂对体系的黏度有不同的影响，可以根据地层温度调配。

一般来说，加量越大，体系的黏弹性越好，成本也越高。

该压裂液体系的优化配方为4.0%FRK-VES +0.30%pH 调节剂+4.0%KCl 溶液+1%苯甲酸钠+清水（自来水）。

室内对其性能进行了评价。

1实验部分1．1材料和仪器两性离子表面活性剂（有效含量为35%的甜菜碱型两性表面活性剂），北京捷诺斯达科技有限公第28卷第3期丁昊明，戴彩丽，由庆：耐高温FRK-VES 清洁压裂液性能评价司生产；31%工业稀盐酸；氯化钾，工业品；苯甲酸钠，工业品；自来水；胜利油田孤岛地层水，矿化度5300mg /L ，氯化钙型，离子组成（mg /L ）为：Ca2+30.8、Mg 2+6.69、Na ++K +1634.7、Cl －2223、HCO 3－611．1，SO 42－20；人造石英砂环氧树脂胶结岩心，长100mm ，直径25mm ，渗透率分别为1、0.2μm 2；直径6mm 的钢珠。

相对分子质量分别为22万和18万的常规瓜尔胶压裂液1和2，任丘市燕兴化工有限公司生产。

孤岛地层油，60ħ黏度为100mPa ·s ；市售煤油，20ħ黏度为0.8mPa ·s 。

Brookfield NDJ-79黏度计，Physica MCR 301流变仪，奥地利安东帕公司；高速离心机，GGSD71型高温高压动态失水仪，青岛森欣机电设备有限公司；TX-C500界面张力仪，承德建德有限公司；FCES-100裂缝导流仪，美国。

1．2实验方法按中华人民共和国石油天然气行业标准SY /T 6376-2008《压裂液通用技术条件》和SY /T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》对FRK-VES 清洁压裂液体系进行性能评价。

耐温性能用黏度计测定该压裂液体系在1701/s 剪切60min 后，黏度随温度的变化。

抗剪切性能在30ħ，不同剪切速率下连续剪切60min ，用流变仪测定该压裂液体系的黏度值。

静态携砂性能选用两种常规瓜尔胶压裂液和该清洁压裂液体系进行对比实验，在500毫升装有一定量压裂液体系的量筒中，放入小钢珠。

测定钢珠的沉降时间。

破胶实验及残渣测定将孤岛原油与煤油按体积比1ʒ9混合，在30ħ下，将混合油按混合油与压裂液体积比1ʒ8加入到清洁压裂液体系中，混合均匀后静置，观察压裂液体系的破胶情况，并测定破胶液的表面张力和界面张力。

同时，将孤岛地层水与压裂液按不同体积比混合，观察其破胶情况。

待体系破胶后，装入初始质量为m 1的试管中，高速离心30min 后烘干，称量得到质量m 2［5］，m 2－m 1即为体系破胶后的残渣含量。

滤失性能按石油天然气行业标准SY /T5107-2005《水基压裂液性能评价方法》，用高温高压动态失水仪测定静态失水量（30min ）和泥饼厚度。

温度70ħ，滤失压差3.5MPa ，滤失面积22.6cm 2。

岩心伤害性按行业标准SY /T 6376-2008，用模拟岩心流动实验进行评价。

裂缝导流能力按行业标准SY /T 6376-2008，用3040目天然刚玉砂作支撑剂，建立10kg /m 2的铺砂浓度，分别加入250mL 瓜尔胶压裂液和清洁压裂液，评价地层条件下的裂缝导流能力。

2结果与讨论2．1温度对压裂液黏度的影响FRK-VES 压裂液体系黏度随温度的变化如图1所示。

由图可见，压裂液体系黏度随着温度的升高，先增加后降低。

这是由于两性离子表面活性剂溶液的疏水缔合是一个吸热的过程，在低温下升高温度有利于分子间的缔合，但当温度较高时，温度的升高加快了棒状胶束的活性，促使胶束分离而导致网状结构稳定性降低，直至完全崩解［6］。

FRK-VES 压裂液体系不含高分子聚合物，其增稠性能由特殊的表面活性剂分子和助剂来实现。

由于表面活性剂分子在水中具有一定的自聚化倾向，以尽可能将其非极性部分与水隔离开来，形成的这种胶束结构通常为小球状或长棒状，当表面活性剂浓度达到其临界胶束浓度后，形成一种类似于高分子线团结构的蠕虫状胶束，这种胶束的网络结构具有一定的抗扭曲能力和黏弹特性，从而赋予体系较高的黏度。

在120ħ下，FRK-VES 压裂液体系黏度可达到83mPa ·s ，而一般水基压裂液黏度达到30mPa ·s 即可有效携砂。

图1FRK-VES 压裂液黏度随温度的变化曲线2．2剪切速率对压裂液黏度的影响由图2可见，随着剪切速率的增加，FRK-VES 压裂液体系黏度降低并逐渐稳定。

剪切速率为7001/s 时，压裂液的黏度为1700mPa ·s 。

这与压裂液胶束形成的网状结构有关。

疏水缔合是一个可逆的过程，这种物理缔合结构的恢复性较好。

在高剪切速率下被破坏的网状结构，在低剪切速率下可以重913油田化学2011年新缠结。

缠绕的表面活性剂结构被破坏到一定程度后达到了某种平衡状态，压裂液黏度降低至一定值后不再发生大幅度的变化［7］。

图2压裂液表观黏度与剪切速率的关系2．3压裂液的携砂性能压裂液的携砂性指的是压裂液对支撑剂的悬浮能力。

携砂能力越强，压裂液所能携带的支撑剂粒度和砂比越大，携入裂缝的支撑剂分布越均匀。

如果悬砂性太差，容易形成砂卡，砂堵，造成压裂施工失败［8］。

考虑到压裂液中悬置常规石英砂很难准确测定其沉降时间，因此选用了两种常规瓜尔胶压裂液和FRK-VES 清洁压裂液体系进行对比，结果见表1。

由表可见，FRK-VES 和瓜尔胶1的悬砂能力相近，而瓜尔胶2的悬砂能力最好。

瓜尔胶压裂液主要依靠高分子增黏携砂，而清洁压裂液的携砂原理与其不同，主要依靠特殊的空间网状结构携砂。

FRK-VES 的黏弹性结构可以稳定存在，并将水分子束缚在其中，使压裂液的黏弹性较好，可以达到良好的携砂能力。

而且表面活性剂溶液的黏度比同等性能的瓜尔胶压裂液低的多，使压裂施工时的摩阻损失降低，施工效率也有所改善。

表1不同体系的压裂液悬砂沉降时间压裂液液柱高/cm 落球时间/s 沉降速度/mm·s －1FRK-VES 15．719．588．02瓜尔胶116．819．138．78瓜尔胶217．07．9612．292．4破胶影响与残渣分析FRK-VES 清洁压裂液与原油、孤岛地层水混合后的破胶效果见表2、表3。

由表2可见，FRK-VES 清洁压裂液与原油混合后容易破胶，50min 后彻底破胶，破胶液黏度小于5mPa ·s 。

由表3可见，随着压裂液、地层水体积比的减小，破胶时间和破胶液黏度降低。

原油和地层水的破胶机理不同，原油破坏了压裂液的临界胶束浓度，使球状胶束分离，表面活性剂分子溶于原油中；而地层水会稀释球状胶束浓度，使体系的黏弹性丧失。

表2FRK-VES 压裂液与原油混合后的破胶效果（体积比8ʒ1）时间/min 010********黏度/mPa·s 1501032513．573表3FRK-VES 压裂液与地层水混合后的破胶效果压裂液、地层水体积比1ʒ21ʒ41ʒ8破胶时间/min 732620破胶液黏度/mPa·s 13．06．23．8测得原油破胶后的破胶液界面张力为0.75mN /m ，表面张力为24.8mN /m 。