谭佳1，潘宝风1，李志鑫1，刘多容1 ，江事臻2
中国石化西南油气分公司石油工程技术研究院
中国石化西南油气分公司石油工程监督中心
摘要：为了解决常规瓜胶压裂液在致密砂岩储层中存在的较严重的吸附滞留伤害，导致施工后增产效果不理想的问题，本文通过吸附作用力研究，以吸附竞争机理为基础，开展分子结构设计，研制了吸附抑制剂，并形成一套低吸附低伤害压裂液，液体流变、破胶性能与常规瓜胶压裂液相当，但岩心基质伤害率低于20%，伤害降低率高达20%以上，并在SF316-1等10口井进行了现场成功应用，施工后液体平均返排率提高31%，单井平均产气量比邻井产气量提高3倍以上，显示良好的推广应用前景。
关键词：低吸附 低伤害 瓜胶压裂液 吸附抑制剂
Laboratory study and field application of a low adsorption and low damage fracturing fluid
Tanjia1, Panbaofeng1, LiZhixin1,LiuDuorong1,Jiangshizhen2
1.Engineering Technology Institute, Southwest Petroleum Branch,Sinopec
2.Sinopec Southwest Oil&Gas Company Petroleum Engineering Supervision Center
Abstract: In order to solve the serious damage of adsorption and retention of conventional Guar gum fracturing fluid in tight sandstone reservoir, which leads to the unsatisfactory effect of increasing production after construction, based on the mechanism of adsorption competition, the adsorption force is studied in this paper, molecular Structure Design was carried out, adsorption inhibitors were developed, and a set of low adsorption and low damage fracturing fluid was formed. The rheological and GEL breaking properties of the fluid were similar to those of conventional guar gum fracturing fluid, but the damage rate of core matrix was less than 20%, and the damage reduction rate was more than 20%, it has been successfully applied in 10 wells such as SF316-1. After the operation, the average return rate of liquid is increased by 31%, and the average gas production of single well is more than 3 times higher than that of adjacent wells.
Keywords: Low adsorption Low damage Guar gum fracturing fluid Adsorption inhibitor
致密砂岩储层具有低孔低渗的特点，增产改造技术是低渗致密气藏高效开发的必要技术手段。但是，施工中常规压裂液中的稠化剂瓜胶进入致密储层后容易堵塞细微孔喉，而吸附滞留是引起孔喉堵塞的重要因素[1]，严重影响着基质渗透率及裂缝导流能力。长期以来，[ 基金项目：项目来源国家重大专项“低渗气藏低伤害改造工作液技术”（编号：2016ZX05021-004-004）。
作者简介：谭佳，（1982-），女，四川达州人，高级工程师，2006年毕业于西南石油大学环境工程专业，硕士学历（工学硕士），现就职于中国石化西南油气分公司石油工程技术研究院，从事压裂、酸化储层改造科研研究工作。发表论文近20篇，多次获司局级科技奖励。Email：tanjia_cat@163.com。]很少有相关文献对压裂液中稠化剂瓜胶对储层的吸附伤害进行过深入研究，对降低吸附措施方面也没有开展过相关研究，更没有开展低吸附低伤害压裂液的研究与应用，导致目前致密砂岩储层压裂改造中压裂液伤害严重现象较为普遍[2]。
1 低吸附低伤害压裂液室内研究
1.1 吸附作用力研究
利用FTIR、Zeta电位仪、XPS等实验手段，开展了压裂液与致密砂岩岩心作用力研究，明确了吸附滞留伤害在低渗储层伤害中的主导作用，揭示了压裂液在岩石矿物表面的吸附机理主要为氢键力和静电作用。
.png)
图1 砂岩矿物与瓜胶红外光谱、Zeta电位关系曲线和XPS能谱分析曲线图
Figure 1 Infrared spectrum, Zeta potential relation curve and XPS energy spectrum analysis curve of sandstone mineral and melon gum
1.2 吸附抑制剂研制
优选一种易分散的改性纳米材料，粒径在5-10nm左右，起到占据岩石表面的作用，阻止瓜胶与岩石作用，最大程度破坏氢键力。同时优选含多个氨基的小分子材料，具有一定碱的特性，加强与瓜胶压裂液的配伍性。由于氨基活性大、易被氧化同时具有正电基团，因此可以与羟丙基瓜尔胶在岩石表面形成竞争吸附，并且由于氨基的强活性特征会更快与岩石形成稳定的吸附，从而减小瓜尔胶与岩石之间的氢键作用。另一方面，地层岩石带负电，而氨基显正电，因此静电作用会进一步强化氨基类化合物与岩石的吸附，弱化瓜尔胶与岩石的静电作用，从而达到吸附抑制降低伤害的效果。
.png)
利用竞争吸附机理研制含强电负性的有机小分子及纳米改性粒子的吸附抑制剂，为淡乳白色液体，不燃，不爆，呈弱碱性，pH值为8-9，密度为1.02g/cm3。
2 低吸附低伤害压裂液室内评价
基于研制的吸附抑制剂，优选其它添加剂，优化形成能减少瓜胶与岩石吸附量的低吸附低伤害压裂液，配方为0.4%瓜胶+0.3%杀菌剂+0.5%粘土稳定剂+0.5%助排剂+0.5%增效剂+0.15%碳酸钠+0.3%吸附抑制剂。
2.1 流变性能
向低吸附压裂液基液中加入0.5%交联剂，50s起粘，2min交联挑挂。将冻胶在80℃，170s-1条件下剪切120min，粘度仍然保持在300mPa?s以上。将低吸附压裂液与常规瓜胶压裂液进行流变性能对比实验，实验结果表明两种体系在流变性上差异不大，变化趋势也基本一致，能满足现场施工需求。
.png)
2.2 破胶性能
对比低吸附压裂液与常规瓜胶压裂液的破胶性能。低吸附压裂液破胶液澄清，少见残渣。破胶液的粘度、表面张力、残渣含量与常规瓜胶压裂液相差不大。
.png)
2.4 对岩石孔喉影响评价
采用核磁共振仪测定岩石孔喉。结果显示，瓜胶驱替岩心后，大孔喉被堵塞，孔隙度减少2.15%，加入吸附抑制剂后，孔隙度上升0.96%，大孔喉数量有恢复。
.png)
利用CT扫描+三维重构+灰度识别对瓜胶在砂岩多孔介质吸附形态进行精细化表征，原始岩样空隙空间大且孔喉连通性非常好，孔喉比高达1:3.44。瓜胶驱替后的岩样孔隙空间减小，孔喉比大幅降低，剩余孔喉比仅为1：1.26。驱替吸附抑制剂后孔隙空间增大，孔喉连通性变好，孔喉比恢复至1：2.32。分析原因是由于加入吸附抑制剂后，颗粒粒径降低，使与0.1μm-0.2μm孔喉匹配的颗粒数量降低，从而对孔喉的堵塞作用降低。
.png)
3 现场应用
自2019年6月起，低吸附低伤害压裂液先后在川西气田JS、ZJ、XP区块致密砂岩储层施工10井次，施工后液体平均返排率提高31%，单井平均产气量比邻井产气量提高3倍以上，显示良好的推广应用前景。
.png)
4 结论
（1）通过吸附作用力研究，明确了吸附滞留伤害在低渗储层伤害中的主导作用，揭示了压裂液在岩石矿物表面的吸附机理主要为氢键力和静电作用。
（2）以吸附竞争机理为基础，开展分子结构设计，研制了吸附抑制剂，并形成一套低吸附低伤害压裂液，液体流变、破胶性能与常规瓜胶压裂液相当，但岩心基质伤害率低于20%，伤害降低率高达20%以上。
（3）低吸附低伤害压裂液先后在川西气田JS、ZJ、XP区块现场成功应用10井次，施工后液体平均返排率提高31%，单井平均产气量比邻井产气量提高3倍以上，显示良好的推广应用前景。
参考文献
[1] 郭建春，李 杨，王世彬.氢键抑制方法减少瓜尔胶压裂液对砂岩储层的吸附伤害，天然气工业，2019，39（7）：57-62。
[2] 李 杨，郭建春，王世彬等.低伤害压裂液研究现状及发展趋势，现场化工，2018，38（7）：20-24。