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CO2泡沫压裂液体系AL-1交联剂的研究与评价

CO2泡沫压裂液体系AL-1交联剂的研究与评价

摘要：本文介绍了一种新开发的适用于CO2泡沫压裂液体系的酸性交联剂AL-1的研究情况，评价了AL-1交联CO2泡沫压裂液体系的流变性能（交联冻胶、交联泡沫）、破胶性能、悬砂性能、破胶液表/界面张力、岩芯伤害等，并通过与长庆气田所用AC-8交联体系的对比，证明AL-1具有与AC-8相同或相近的交联性能，完全可以替代AC-8，用于长庆气田尤其是苏里格气田的CO2泡沫压裂增产措施中。

关键词：CO2泡沫压裂液交联剂性能评价

1前言

CO2泡沫压裂液作为压裂液体系的一个重要组成部分，具有粘度高、滤失低、清洁压裂裂缝、对储集层损害小、易返排等特点，在低压、水敏地层的压裂改造中作用显著。近年来，长庆油田在上古气层开展了CO2泡沫压裂工艺技术研究和现场试验,已实现了CO2泡沫质量达到65％以上的泡沫压裂技术，取得了良好的效果和认识。

目前，长庆油田采用的CO2泡沫压裂液体系由交联羟丙基瓜胶（HPG）和CO2组成，pH值在3～4左右。常规的碱性交联剂不能使CO2混合液交联，酸性交联是泡沫压裂的关键。针对酸性交联的问题，中国石油勘探开发研究院廊坊分院专门为该体系研制了AC-8酸性交联剂。从目前国内报道的文献看，几乎所有CO2泡沫压裂施工均采用HPG与AC-8酸性交联剂的压裂液配方：0.72～0.75％HPG＋1.0％YFP-1起泡剂＋0.05％SQ-8杀菌剂＋1.0％KCl粘土稳定剂＋0.3％DL-10助排剂＋1.5％AC-8酸性交联剂。采用AC-8交联的CO2泡沫压裂液基本能满足现场压裂施工的要求，但也存在着一些问题，如交联强度不是很高、交联冻胶的挑挂性不好以及使用的HPG浓度过高等。因此，开发出AC-8的替代产品或性能更加优异的酸性交联剂，具有很高的现实意义。

2AL-1交联剂的研究与开发

目前，长庆油田采用的CO2泡沫压裂液体系几乎都由交联HPG冻胶和CO2组成。这一方面是由于AC-8酸性交联体系的成功开发，使得该交联体系压裂施工成功率高，增产效果较为明显；另一方面，作为稳泡剂的HPG在国内工业化生产技术成熟，产品性能稳定，价格相对较低。因此，本项目研究开发的CO2泡沫压裂液体系交联剂也主要针对HPG水基压裂液体系。从目前报道的文献及专利看，能在pH值3～4的范围内与HPG交联主要有焦锑酸钾等锑系交联剂、三乙醇胺锆酸酯等有机锆交联剂、乙酰丙酮钛酸酯和三乙醇胺钛酸酯等有机钛交联剂。焦锑酸钾能在pH值3～5的范围内与HPG交联形成粘弹性极好的冻胶，但耐温性较差（小于60℃），目前很少使用；而三乙醇胺锆、乙酰丙酮钛、三乙醇胺钛交联剂则都以价格昂贵的锆酸四异丙酯或钛酸四异丙酯为原料进行合成的，成本太高。本项目组的研究人员经过反复实验，筛选出了一种高价金属无机盐，并通过螯合反应，成功开发出了适合CO2泡沫压裂液体系的酸性交联剂AL-1。

AL-1交联剂的合成过程可简化为：将高价金属无机盐溶解在水中，按计量比加入多元醛和醇胺，并不断搅拌，直至溶液澄清透明为止，即合成出AL-1交联剂产品。

图1AL-1合成工艺流程

AL-1交联剂在常温下为一种无色或浅黄色液体，pH值为1.0～2.0，密度为1.050～1.150g/cm3，与水互溶，可与HPG在pH值3～6之间很好交联，形成明显增稠及挑挂的冻胶。

3AL-1交联CO2泡沫压裂液体系添加剂的筛选

一个完整的CO2泡沫压裂液体系应包含以下一些添加剂：稠化剂（稳泡剂）、交联剂、起泡剂、助排剂、粘土稳定剂、杀菌剂、破胶剂。通过参照AC-8交联压裂液体系，筛选出了适合AL-1交联泡沫压裂液体系的添加剂种类。

3.1稠化剂（稳泡剂）

稠化剂，在CO2泡沫压裂液体系中也被称为稳泡剂。本项目选用的是优质羟丙基瓜胶（HPG）。主要性能为：1.0％溶液粘度＞236mPa.s，水不溶物含量＜8.0％，含水率＜7.0％。

3.2起泡剂

起泡剂是泡沫压裂液的重要添加剂之一。其性能的好坏直接影响泡沫压裂液的起泡能力和稳泡能力。起泡剂优选原则要求其具有起跑能力强，泡沫稳定性好，且与其他添加剂配伍性好等性能。目前在AC-8交联体系中应用的起泡剂YFP-1具有良好的起泡能力和稳泡能力。另外，压裂酸化研究所研究人员开发了一种新型起泡剂—WDJ-2，不仅具有较好的起泡能力，而且具有良好的温度稳定性。我们考察了这两种起泡剂与AL-1的配伍性，即在3份相同浓度的HPG原胶液中，一份不添加任何起泡剂，其他2份各添加1.0％的YFP-1、WDJ-2，然后按照相同的交联比加入AL-1交联剂进行交联反应，观察冻胶的交联情况。实验发现，与不添加任何起泡剂的交联冻胶相比，WDJ-2对交联的冻胶影响不大，而含有Y