提高深井压裂液配液合格率-采油工程研究院压裂液QC小组

发布人：张斌华北油田采油工程研究院压裂液QC小组

2016年3月提高深井压裂液配液合格率什么是压裂液压裂是油气田增产、稳产的主要措施，压裂液的性能对压裂施工质量与效果起着关键作用。特别是深井压裂施工，对压裂液提出了更高的要求，不仅要求压裂液具有良好的耐温抗剪切性，而且具有一定的延迟交联时间（120s～210s）。活动前，现场配置的压裂液交联时间的合格率仅有90%，严重影响了现场施工。为了提高深井压裂液配制合格率和现场施工成功率，压裂液QC小组把“提高深井压裂液配液合格率”作为本次QC小组活动的主要内容。通过小组活动，使深井压裂液配液合格率提高至97%以上。发布提纲一、小组概况二、选题理由三、现状调查四、设定目标五、原因分析六、要因确认七、制定对策八、对策实施九、效果检查十、巩固措施十一、效果维持十二、活动体会及下步打算一、小组概况二、选题理由

压裂施工要求系统状况选定课题现场压裂液配液合格率95%现场压裂液配液合格率仅90%提高压裂液配液合格率三、现状调查为了寻找问题切入点，2015年1月23日小组成员对上一年深井压裂液不合格的65个样品进行分类统计，发现共存在五种质量缺陷：序号缺陷频数（样品数）累积数（个数）百分数%累积百分数%1交联过慢484873.873.82交联过快85612.386.13冻胶脆5617.793.84未成胶2633.196.95粘度低2653.1100合计65100三、现状调查从上图可以看出：压裂液不合格的关键问题是“交联时间过慢”，依据“关键少数，次要多数”原则，把压裂液的“交联时间过慢”作为本次QC活动要解决的关键问题。排列图四、设定目标将现场深井压裂液配制合格率的目标值确定为96%。小组活动目标图1、设定目标值四、设定目标由于“交联时间过慢”占影响因素的73.8%，如果解决了这一因素的90%，就可使压裂液配液合格率提高到：(1－90%)×73.8%×90%＋90%=96.64%2、目标值设定依据上述目标是可以实现小组成员针对关键问题“交联时间过慢”，运用“头脑风暴法”对可能的影响因素进行了充分讨论，并将提出的因素收集归纳，绘制关联图。五、原因分析要因确认表六、要因确认

序号末端因素确认标准依据确认内容试验方法负责人完成日期

1稠化剂不合格SY/T5764-2007压裂用植物胶通用技术要求粘度标准要求崔会杰2015.1.25.水份标准要求崔会杰2015.1.25.水不溶物标准要求崔会杰2015.1.25.pH值标准要求崔会杰2015.1.25.交联性能标准要求崔会杰2015.1.25.2交联剂不合格SY/T6216-1996压裂用交联剂性能试验方法pH值标准要求吴刚飞2015.1.26交联时间标准要求吴刚飞2015.1.26交联性能标准要求吴刚飞2015.1.26耐温能力标准要求吴刚飞2015.1.263交联促进剂不合格SY/T6216-1996压裂用交联剂性能试验方法pH值标准要求吴刚飞2015.1.28耐温能力标准要求吴刚飞2015.1.284配液水质不合格SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法粘度保持率标准要求张德军2015.1.305环境温度过低SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法测定压裂液在不同温度下的交联时间标准要求张德军2015.2.66压裂液放置时间长SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法测定压裂液在放置不同时间后的基液粘度与交联时间标准要求张德军2015.2.15六、要因确认

2015年1月25日按照SY/T5764-2007压裂用植物胶通用技术要求，对压裂液稠化剂的主要性能进行了检测。序号检验项目单位标准指标检验结果评价1粘度mPa·s≥110121合格2水份%≤107.53合格3水不溶物%≤42.36合格4pH值/6.5～7.57.0合格5交联性能/能用玻璃棒挑挂能用玻璃棒挑挂合格1、稠化剂不合格结论：稠化剂不合格不是主要原因2015年1月26日按照SY/T6216-1996压裂用交联剂性能试验方法，对压裂液交联剂的主要性能进行了检测。序号检验项目单位标准指标检验结果评价1pH值/6～87合格2交联时间s120～210136合格3交联性能/能用玻璃棒挑挂能用玻璃棒挑挂合格4耐温能力℃≥120156合格2、交联剂不合格结论：交联剂不合格不是主要原因六、要因确认

2015年1月28日按照SY/T6216-1996压裂用交联剂性能试验方法，对压裂液交联促进剂的主要性能进行了检测，情况如下：序号检验项目单位标准指标检验结果评价1pH值/≥1214合格2耐温能力℃≥150165合格3、交联促进剂不合格结论：交联促进剂不合格不是主要原因六、要因确认

2015年1月30日依据SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法，测定在20℃环境温度下分别放置不同时间压裂液的交联时间，结果见下图：放置时间(d)1234567交联时间(s)1221391682062793654684、压裂液放置时间长结论：放置时间长是主要原因六、要因确认

2015年2月6日依据SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法，测定不同温度的压裂液交联时间，结果见下表：温度(℃)24681012141618202224交联时间(s)2696156911367193692101961711531361291215、环境温度过低结论：环境温度过低是主要原因六、要因确认

用现场配液水配制：0.5%羧甲基羟丙基胍胶+5%压裂液变质后的臭水+0.05%杀菌剂JA-1，在30℃恒温水浴中放置3天，测定基液粘度，计算粘度保持率，结果如下：检验项目单位标准指标检验结果评价粘度保持率%≥9045（无杀菌剂）不合格91.6（加杀菌剂）合格交联性能/交联性能好，可调挂不交联（无杀菌剂）不合格交联好，可调挂（加杀菌剂）合格6、配液水质不合格结论：配液水质不合格是主要原因六、要因确认

压裂液交联过慢的主要因素配液水质不合格环境温度影响压裂液放置时间过长123经过对上述六个因素进行确认，影响深井压裂液交联过慢的主要因素有三个：六、要因确认

七、制定对策

1、压裂液放置时间过长1、采用正交试验设计优选基础压裂液配方日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交表。例如作一个三因素三水平的实验，按全面实验要求，须进行33

=

27种组合的实验，且尚未考虑每一组合的重复数。若按L9(3^4)正交表安排实验，只需作9次，按L18(3^7)正交表进行18次实验，显然大大减少了工作量。用正交表来安排试验及分析试验结果，这种方法叫正交试验设计法。正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分析因式设计的主要方法，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。七、制定对策

（1）正交实验目的：对压裂液配方中主要添加剂进行优选，确定基础压裂液配方中稠化剂、交联剂以及交联促进剂的最佳配比；

考核指标：液体粘度Y

因素水平ABC稠化剂(%)交联剂(%)交联促进剂(%)10.300.400.1520.350.350.2030.400.300.25因素水平表七、制定对策

因素

水平稠化剂(%）交联剂(%）交联促进剂（%）实验结果y粘度（mPa·s）1A1B1C1692A1B2C2853A1B3C3984A2B1C21125A2B2C3816A2B3C1767A3B1C31098A3B2C11169A3B3C2103T1252290261/T2269282300/T3328277288/18496.787/289.794100/3109.392.396/极差R25.34.413/备注：配方中加入0.5%有机粘土稳定剂+0.5%助排剂+0.05%杀菌剂正交实验结果与分析七、制定对策

通过对以上两表数据进行综合分析对比，得出如下结论：a)有两组最佳实验组合：A组：A2+B1+C2，即0.35%稠化剂+0.4%交联剂+0.2%交联促进剂。

B组：A3+B2+C1，即0.4%稠化剂+0.35%交联剂+0.15%交联促进剂。b)因素A的极差最大，对实验结果影响最大，为主要因素，在现场施工时应重点管控；因素B的极差最小，对实验结果影响最小，为次要因素，三个因素对实验结果影响大小为A＞C＞B。

效应曲线图七、制定对策

（2）依据价值工程原理确定压裂液配方价值工程是一门新兴的科学管理技术，是一种谋求最佳技术经济效益的先进而有效的方法。这里“价值”定义可以用公式表示：V=F/C式中，V为价值(value)、F为功能(function)、C为成本或费用(cost)。序号模式说明1F↑/C↓=V↑大成本降低，功能提高2F↑/C→=V↑成本不变，功能提高3F→/C↓=V↑功能不变，成本下降4F↑大/C↑小=V↑成本略有增加，功能大幅度提高5F↓小/C↓大=V↑功能略有下降，成本大幅度下降提高价值途径表七、制定对策

A组：0.35%稠化剂+0.4%交联剂剂名单价

（元/Kg）用量（%）成本

（元/m3）残渣（mg/L）稠化剂320.3511270交联剂120.448/成本合计160/B组：0.4%稠化剂+0.35%交联剂剂名单价

（元/Kg）用量（%）成本

（元/m3）残渣（mg/L）稠化剂32412880交联剂123.542/成本合计170/正交实验优选出了较好的两组压裂液配方，根据价值工程原理对两组配方进行比较：由上表数据可知，A组压裂液不仅成本（C）低，而且残渣含量少、功能(F)高，使用价值（V）大大提高，因此最终确定A组为最佳配方。七、制定对策

按同样的方法，优选出了其它温度（120℃、140℃、150℃、160℃）下的最佳配方组合：井深(m)井温(℃)配方(%)稠化剂交联剂调节剂3100~3400110~1200.350.30.23400~3700120~1300.350.350.23700~3900130~1400.40.40.23900~4300140~1550.450.40.24300~4800155~1700.50.40.24800~5100170~1800.550.50.2备注：原胶液中加入其它=0.5%有机粘土稳定剂+0.5%助排剂+0.05%杀菌剂JA-1不同温度下羧甲基羟丙级胍胶压裂液配方表七、制定对策

（3）采用对分法优选破胶剂对分法是指首先根据经验确定试验范围假定物质A中的组分B在用量(a，b)

之间，第一次在(a，b)的中点m1处做试验,如果试验结果表明此时物质A的各项性能指标均得到认可，则去掉大于m1的一半，第二次试验在(

a

,m1)的中点m2处进行；反之，如果第一次试验结果表明此时物质A的某项性能指标不符合要求，则去掉小于m1的一半，第二次试验在(

m1,

b)的中点处进行。这样继续下去,直至找到所要求的点。这个方法的要点是每个试验点都取在试验范围的中点,将试验范围分为两半，所以这种方法就称为对分法。abm1七、制定对策

压裂液在温度90℃时、在时间24h破胶，破胶剂的实验范围安排在[0.001%，0.005%]，按0.0005%间隔量全面实验需要做8次实验。采用优选法中的对分法，仅需做3次实验，就得出了较好的实验结果。时间(h)0.512468121624温度(℃)破胶剂(%)300.060.0550.050.050.040.0450.040.0350.03400.050.0450.040.0380.0350.0320.030.0280.025500.0450.0420.040.0380.0350.0320.030.0250.02600.040.0380.0350.030.0250.020.0150.0120.01700.0350.0320.030.0250.020.0150.010.0060.005800.030.0250.020.0150.010.060.0040.0350.003900.0250.020.0150.010.0060.0040.0030.0250.0021000.020.0150.010.0080.0060.0040.0020.0150.0011100.0150.0120.010.0080.0060.0030.0020.0010.00051200.010.0080.0060.0040.0030.0020.0010.00050.00031300.0060.0050.0040.0030.0020.0010.00050.00030.0002压裂液在不同温度下不同时间内破胶所需破胶剂浓度七、制定对策

2、优选压裂液在不同放置时间下的杀菌剂用量杀菌防腐剂对0.5%羧甲基羟丙基瓜胶液的防腐试验数据

项目时间压裂液原胶液粘度（mm2/s）0.5%甲醛0.05%JA-11.0%甲醛0.1%JA-1初始646464641天526358642天43625263.53天366148634天27604262.55天185936626天9582761.57天6561861放置时间（d）135791113JA-1用量（%）0.050.050.050.10.10.10.1现场配液时杀菌防腐剂用量表七、制定对策

2、环境温度过低小组成员从放置时间和环境温度过低两方面进行考虑，经过不断实验最终绘制出不同状况下交联促进剂用量表。不同放置时间下交联促进剂的用量放置时间(d)1234567交联时间(s)122139189206279389468交联促进剂交联(%)////0.030.040.05调整后交联时间(s)////156183195温度(℃)246810121416交联时间(s)269615691136719369210196171交联促进剂交联(%)0.120.10.080.060.04///调整后交联时间(s)189172169158146///不同温度下交联促进剂的用量对策表七、制定对策

针对三个要因提出对策明确目标制定措施落实完成人、时间序号要因对策目标措施责任人地点完成时间1压裂液放置时间长保持压裂液性能稳定并根据情况添加0.05%-0.1%浓度的杀菌剂。压裂液放置7天，粘度保持率≥95%，满足施工要求。1、按照压裂液基础配方配制压裂液。2、在不同情况下加入0.05%杀菌剂用量。张德军

崔会杰路46-58X井场2015.04.142环境温度过低根据实际情况添加交联促进剂压裂液温度≤，能正常交联，确保施工顺利。1、严格执行压裂配液与施工要求。2、根据情况添加交联促进剂。崔会杰

吴刚飞路46-58X井场2015.04.153配液水质不合格检测配液水质，回收剩余压裂液，清洗配液罐并加盖。保证配液水质合格。配液罐无积液1、检测配液水质pH值为7。2、添加杀菌剂回收压裂液。3、配液大罐清洗干净，罐口加盖。车

航

吴刚飞路46-58X井场2015.04.14八、对策实施2015年4月14日，在路46-58X井实施对策一，具体步骤及施工现场要求如下：1、现场监督施工方按照基础压裂液配方配制压裂液；2、根据实际情况添加浓度0.05%的JA-1型杀菌剂后，根据SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法对现场配制的压裂液进行性能检测实施一：保持压裂液性能稳定并根据现场情况添加杀菌剂检验项目单位标准指标检验结果评价粘度保持率%≥9095.7（加杀菌剂）合格交联性能/交联性能好，可调挂交联好，可调挂（加杀菌剂）合格经过上述措施后经现场检验，压裂液各项性能指标正常，达到活动目标。现场压裂液性能检测2015年4月14日，在路46-58X井实施对策二，具体步骤如下：1、制定压裂配液和施工要求（1）现场配液要求①配液大罐清洗干净，配液用水pH值6～8，清洁无杂质。②冬季施工配液使用深井水或温水配液，配液罐加盖，施工时打开，其他时间避免打开。③配液时先加入稠化剂，加完后循环5min-10min后，粘度＞35mP·s后再加入粘土稳定剂、交联促进剂、助排剂与杀菌剂JA-1，料加完后大排量循环10min以上，使大罐内上、下液体的粘度或pH值均匀一致。

八、对策实施实施二：根据实际情况添加交联促进剂（2）压裂施工要求①压裂施工前逐罐检查液体，检测压裂液基液粘度与交联时间。发现有交联时间过长的液体罐，及时补加交联促进剂。②压裂施工时，交联剂的浓度由高→低（倒梯形）加入，破胶剂的浓度由低→高（楔形）加入。阶段液量

m3砂量

m3实际

液量

m3破胶

剂量

%排量

m3/min时间min破胶剂kg交联剂阶段累计kg/min阶段l/min‰前置液1500150.00.0014.533.333.30.051.513.53携砂液1161.416.70.00153.336.70.050.215.03携砂液213214.00.00252.839.50.100.314.52.9携砂液3183.219.70.00453.943.40.200.814.02.8携砂液430633.10.00556.650.10.251.713.52.7携砂液5266.529.40.0155.955.90.502.913.02.6携砂液618520.60.0254.160.11.004.112.52.5携砂液7154.517.40.0353.563.51.505.212.02.4携砂液893.210.70.0552.165.72.505.311.52.3携砂液952.26.20.151.266.95.006.211.02.2顶替液18.5018.50.153.770.65.0018.50.00L46-58x井破胶剂与交联剂加入程序八、对策实施2、根据井场环境稳定和施工所需时间，最终确定交联促进剂用量。

交联促进剂对压裂液性能影响经过上述措施后该井在低温环境下压裂液性能稳定，设计加砂35m3，2015年4月15日施工加砂35.3m3，施工符合率100%。八、对策实施井场环境温度（℃）交联促进剂（%）交联时间（s）评价添加前添加后路46-59X井90.04358137合格2015年4月15日，在路46-58X井实施对策三，具体步骤如下：1、按照配液要求检测配液水质pH值为7，清洁无杂质。2、回收剩余压裂液的同时添加0.1%JA-1杀菌剂，防止压裂液霉腐变质。八、对策实施实施三：检测配液水质，回收剩余压裂液，清洗配液罐并加盖日

期压裂液粘度保持率%日

期压裂液粘度保持率%评价2015.04.15路46-58X97.62015.04.18路46-58X96.9合格回收剩余压裂液性能评价3、用清水清洗配液罐后，利用塑料薄膜对罐口进行密封，防止杂质进入。经过上述措施，确保压裂施工顺利进行，回收剩余压裂液20m3的同时清洗配液罐并加盖密封，达到活动目的。九、效果检查QC小组活动后，在施工现场对配液情况进行取样监测，对影响配液合格率的问题进行调查，并与改进前进行对比，活动后样品合格总数为363个，占调查总数374个的97.1%。时

间样品数(个)合格(个)不合格(个)合格率(%)2015.4.15～2015.11.23743631197.1%1、目标检查在提高了深井压裂液配液合格率后，2015年11月2日，对活动后的11个不合格样品进行统计分析，经小组活动，解决了“交联过慢”这一问题的97.9%。序号项目频数（样品数）累积数（个数）百分数%累积百分数%1交联过快4436.336.32冻胶脆3727.363.63未成胶2918.281.84交联过慢1109.190.95粘度低1119.1100

合计11

100

九、效果检查九、效果检查时间井数(口)设计加砂量(m3)实际加砂量(m3)加砂符合率(%)2014年3月～2015年3月（活动前）17729641.488.02015年4月～2015年10月（活动后）16890869.797.7通过QC小组活动，在提高了压裂液配液合格率后，压裂施工质量大大提高，施工加砂量与设计加砂量符合率由活动前的88%提高到了97.7%。2、施工质量检查（1）经济效益

2015年4月1日至12月30日，在华北油田路44断块与家3断块，使用羧甲基羟丙基胍胶压裂液压裂施工19口井，配制压裂液12150m3。①降低稠化剂用量，节约压裂液成本QC小组依据价值工程原理优选压裂液配方，将稠化剂的使用浓度降低0.05%，价格3.2万元/吨；交联剂浓度提高0.05%，价格1.2万元/吨，配制压裂液12150m3，节约压裂液成本：（3.2－1.2）×（12150×0.05%）=12.15万元3、效益分析九、效果检查

②剩余压裂液回收利用，减少配液成本QC小组及时与施工单位沟通，将剩余6%的压裂液及时回收利用，压裂液价格300元/m3，压裂液回收成本50元/m3，减少配液成本：（0.03－0.005）×（12150×6%）=18.225万元配液罐出口距离罐底0.2m3、效益分析九、效果检查③及时调整配方，减少了压裂液变质损失2015年8月18日路46-