交联酸加砂压裂技术的研究与应用

摘要：交联酸（也叫酸基压裂液）加砂压裂工艺是将酸化压裂和加砂压裂相结合的新型工艺技术。为了满足酸液加砂施工的需要，研究了采用锆的多核羟桥络离子、带（―COO―）聚合物和盐酸构成的交联酸体系。该体系可实现常温条件下酸液的交联，形成冻胶状态，能极大降低酸液滤失速度和酸岩反应速度，并具有良好的携砂性能、温度稳定性和抗剪切性能，压后可控破胶、返排彻底等特点。通过液体体系及其现场施工配套工艺研究，该技术已在胜利油田复杂岩性油藏改造中得到成功应用。

关键词：交联酸酸基压裂液酸加砂加砂酸压酸压裂

交联酸（也叫酸基压裂液）是将稠化剂加入高浓度盐酸形成基液，再加入交联剂后，即可实现常温条件下酸液的交联，形成强酸性（PH=1）的冻胶压裂液。交联后可挑挂、可携砂，因此能够极大的降低液体滤失。同时，也打破了传统酸液和压裂液的界限，形成了交联酸加砂压裂技术。交联酸加砂压裂技术整合了酸压与加砂压裂的优点，通过交联酸携带支撑剂进入地层，形成远高于常规酸压酸蚀缝长和导流能力的支撑主裂缝；并在此基础上，利用酸液对储层基质的溶蚀，沟通地层天然孔缝，形成树状结构的酸蚀裂缝“蚓孔网”，最大限度的提高储层改造效果。

一、交联酸室内评价实验

实验用交联酸配方为：20%盐酸＋0.8%稠化剂＋1.2%助凝剂＋1.5%缓蚀剂＋1%铁离子稳定剂＋0.5%助排剂，溶解膨胀3h，以下简称为交联酸。

1、高温流变性能

用RS600型流变仪测定0.3%交联剂加量的交联酸在140℃、剪切速率170s-1的情况下剪切100min的粘温变化情况。酸液交联后初始粘度达到了200mPa.s，酸液不断被加温至140℃，交联程度又不断增强，液体粘度达到1200MPa.s，100min时粘度仍然保持在80mPa.s以上。

2、缓速性能

将已烘干至恒重的大理石等量分为3份，分别投入置于90℃恒温水浴锅的3种酸液（常规盐酸、胶凝酸、交联酸组成见表1），酸岩面容比为 1cm3：4cm3，反应一定时间后将大理石取出，用去离子水冲洗干净，烘干至恒重后称量。按下式计算岩石溶蚀率：

式中：D ― 溶蚀率，%； W0 ― 未反应前大理石块质量，g；

W1 ― 与酸反应一定时间的大理石块质量，g。

常规盐酸：20%HCl

胶凝酸：20%HCl+0.8%胶凝剂+1.5%缓蚀剂＋1%铁离子稳定剂

交联酸：20%HCl+0.8%稠化剂＋1.6%助凝剂+1.5%缓蚀剂＋1%铁离子稳定剂+0.3%交联剂

大理石在常规盐酸中不到5min块就完全反应；而在胶凝酸和交联酸中，反应60 min后，未溶解的大理石质量还有起始质量的38％和73％。区别于胶凝酸利用液体粘度减缓H+扩散速度的缓蚀机理，交联酸则是通过自身形成网状交联体，将H+限制于网络内部，以此来阻止H+在液体内部的扩散。由于H+在交联酸中的扩散速度比胶凝酸更为缓慢，因此可大幅度降低酸岩反应速度，保持酸液H+的活性，提高裂缝深部酸化效果。

3、破胶性能

加入延迟破胶剂后交联酸在120℃、剪切速率170s-1的情况下剪切300min的粘温变化情况。通过曲线可以看出，该交联酸在加入延迟破胶剂后，近50min时间其粘度能维持在400mPa.s以上；60min后由于延迟破胶剂的破胶作用，酸液粘度大幅度降低；经过4h后交联酸粘度就下降到10mPa.s左右。通过实验可以看到，交联酸具有优良的压后破胶性能，破胶后残酸粘度低，有利于充分返排，减少对地层和裂缝的伤害。

二、现场应用

该体系在胜利油田得到了成功应用，并均取得了非常好的增液效果。采用该液体体系设计了海上酸压井CBX601井，并于2009年10月施工获得成功。该井施工排量4m3/min，油压38MPa，停泵压力9MPa，总酸量300m3。该井酸后日产液77.73m3，日产油62.95m3。

2009年11月进行了ZGX472井（井段4568-4586m）酸压施工，施工排量4.6m3/min，油压65MPa，停泵压力33MPa，总酸量360m3。酸压后日产液27.31m3，日产油20.79m3。

2010年3月，采用交联酸加砂压裂了S402井获得成功。该井压裂井段（2575-2587m）为灰色荧光灰岩，电测解释为含油水层，测试不出油，日产水1.38m3；采用了高浓度盐酸配置的交联酸体系进行加砂压裂，地层破裂压力50.1MPa（排量至1.8m3/min）；施工排量5.5m3/min，最高施工压力57MPa；累计加入支撑剂17m3，平均砂比21%，最高砂比39%。压后56mm杆式泵泵抽排液，冲程6m，冲次1.5次/分钟，日产油3.12 m3，日产水15.86 m3。

三、结论

1、交联酸（也叫酸基压裂液）具有极好的降滤性能和造缝性能，打破了传统酸液和压裂液的界限，形成了交联酸加砂压裂技术。交联酸加砂压裂技术整合了酸压与加砂压裂的优点，通过交联酸携带支撑剂进入地层，形成远高于常规酸压酸蚀缝长和导流能力的支撑主裂缝；并在此基础上，利用酸液对储层基质的溶蚀，沟通地层天然孔缝，形成树状结构的酸蚀裂缝“蚓孔网”，最大限度的提高储层改造效果。

2、交联酸具有很好的热稳定性和剪切流变性。在120℃、剪切速率170s-1的情况下，初始粘度达到了200mPa.s，酸液不断被加温至120℃，交联程度又不断增强，液体粘度达到1200MPa.s，100min时粘度仍然保持在300mPa.s以上。

3、交联酸可有效控制酸岩反应速度，提高深部酸压效果。区别于胶凝酸等利用液体粘度减缓H+扩散速度的缓蚀机理，交联酸则是通过自身形成网状交联体，将H+限制于网络内部，以此来阻止H+在液体内部的扩散。由于H+在交联酸中的扩散速度比胶凝酸更为缓慢，因此可降低酸岩反应速度，保持酸液H+的活性，提高裂缝深部酸化效果。

4、交联酸可控破胶，破胶后残酸粘度低，化水彻底，有利于充分返排，减少对地层和裂缝的伤害。

5、交联酸体系极大地丰富了油田酸化压裂液体体系，由于该酸液体系可以达到可交联的冻胶状态，具有媲美常规压裂液的低滤失性和远低于其它酸液的酸岩反应速度；使其成果为碳酸盐岩储层酸压的首选酸液体系。同时该酸液体系具有良好的携砂性能，可在适宜的储层进行酸加砂压裂改造。

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