發布人：張斌華北油田采油工程研究院壓裂液QC小組

2016年3月提高深井壓裂液配液合格率什么是壓裂液壓裂是油氣田增產、穩產的主要措施，壓裂液的性能對壓裂施工質量與效果起著關鍵作用。特別是深井壓裂施工，對壓裂液提出了更高的要求，不僅要求壓裂液具有良好的耐溫抗剪切性，而且具有一定的延遲交聯時間（120s～210s）?；顒忧?，現場配置的壓裂液交聯時間的合格率僅有90%，嚴重影響了現場施工。為了提高深井壓裂液配制合格率和現場施工成功率，壓裂液QC小組把“提高深井壓裂液配液合格率”作為本次QC小組活動的主要內容。通過小組活動，使深井壓裂液配液合格率提高至97%以上。發布提綱一、小組概況二、選題理由三、現狀調查四、設定目標五、原因分析六、要因確認七、制定對策八、對策實施九、效果檢查十、鞏固措施十一、效果維持十二、活動體會及下步打算一、小組概況二、選題理由

壓裂施工要求系統狀況選定課題現場壓裂液配液合格率95%現場壓裂液配液合格率僅90%提高壓裂液配液合格率三、現狀調查為了尋找問題切入點，2015年1月23日小組成員對上一年深井壓裂液不合格的65個樣品進行分類統計，發現共存在五種質量缺陷：序號缺陷頻數（樣品數）累積數（個數）百分數%累積百分數%1交聯過慢484873.873.82交聯過快85612.386.13凍膠脆5617.793.84未成膠2633.196.95粘度低2653.1100合計65100三、現狀調查從上圖可以看出：壓裂液不合格的關鍵問題是“交聯時間過慢”，依據“關鍵少數，次要多數”原則，把壓裂液的“交聯時間過慢”作為本次QC活動要解決的關鍵問題。排列圖四、設定目標將現場深井壓裂液配制合格率的目標值確定為96%。小組活動目標圖1、設定目標值四、設定目標由于“交聯時間過慢”占影響因素的73.8%，如果解決了這一因素的90%，就可使壓裂液配液合格率提高到：(1－90%)×73.8%×90%＋90%=96.64%2、目標值設定依據上述目標是可以實現小組成員針對關鍵問題“交聯時間過慢”，運用“頭腦風暴法”對可能的影響因素進行了充分討論，并將提出的因素收集歸納，繪制關聯圖。五、原因分析要因確認表六、要因確認

序號末端因素確認標準依據確認內容試驗方法負責人完成日期

1稠化劑不合格SY/T5764-2007壓裂用植物膠通用技術要求粘度標準要求崔會杰2015.1.25.水份標準要求崔會杰2015.1.25.水不溶物標準要求崔會杰2015.1.25.pH值標準要求崔會杰2015.1.25.交聯性能標準要求崔會杰2015.1.25.2交聯劑不合格SY/T6216-1996壓裂用交聯劑性能試驗方法pH值標準要求吳剛飛2015.1.26交聯時間標準要求吳剛飛2015.1.26交聯性能標準要求吳剛飛2015.1.26耐溫能力標準要求吳剛飛2015.1.263交聯促進劑不合格SY/T6216-1996壓裂用交聯劑性能試驗方法pH值標準要求吳剛飛2015.1.28耐溫能力標準要求吳剛飛2015.1.284配液水質不合格SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法粘度保持率標準要求張德軍2015.1.305環境溫度過低SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法測定壓裂液在不同溫度下的交聯時間標準要求張德軍2015.2.66壓裂液放置時間長SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法測定壓裂液在放置不同時間后的基液粘度與交聯時間標準要求張德軍2015.2.15六、要因確認

2015年1月25日按照SY/T5764-2007壓裂用植物膠通用技術要求，對壓裂液稠化劑的主要性能進行了檢測。序號檢驗項目單位標準指標檢驗結果評價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交聯性能/能用玻璃棒挑掛能用玻璃棒挑掛合格1、稠化劑不合格結論：稠化劑不合格不是主要原因2015年1月26日按照SY/T6216-1996壓裂用交聯劑性能試驗方法，對壓裂液交聯劑的主要性能進行了檢測。序號檢驗項目單位標準指標檢驗結果評價1pH值/6～87合格2交聯時間s120～210136合格3交聯性能/能用玻璃棒挑掛能用玻璃棒挑掛合格4耐溫能力℃≥120156合格2、交聯劑不合格結論：交聯劑不合格不是主要原因六、要因確認

2015年1月28日按照SY/T6216-1996壓裂用交聯劑性能試驗方法，對壓裂液交聯促進劑的主要性能進行了檢測，情況如下：序號檢驗項目單位標準指標檢驗結果評價1pH值/≥1214合格2耐溫能力℃≥150165合格3、交聯促進劑不合格結論：交聯促進劑不合格不是主要原因六、要因確認

2015年1月30日依據SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法，測定在20℃環境溫度下分別放置不同時間壓裂液的交聯時間，結果見下圖：放置時間(d)1234567交聯時間(s)1221391682062793654684、壓裂液放置時間長結論：放置時間長是主要原因六、要因確認

2015年2月6日依據SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法，測定不同溫度的壓裂液交聯時間，結果見下表：溫度(℃)24681012141618202224交聯時間(s)2696156911367193692101961711531361291215、環境溫度過低結論：環境溫度過低是主要原因六、要因確認

用現場配液水配制：0.5%羧甲基羥丙基胍膠+5%壓裂液變質后的臭水+0.05%殺菌劑JA-1，在30℃恒溫水浴中放置3天，測定基液粘度，計算粘度保持率，結果如下：檢驗項目單位標準指標檢驗結果評價粘度保持率%≥9045（無殺菌劑）不合格91.6（加殺菌劑）合格交聯性能/交聯性能好，可調掛不交聯（無殺菌劑）不合格交聯好，可調掛（加殺菌劑）合格6、配液水質不合格結論：配液水質不合格是主要原因六、要因確認

壓裂液交聯過慢的主要因素配液水質不合格環境溫度影響壓裂液放置時間過長123經過對上述六個因素進行確認，影響深井壓裂液交聯過慢的主要因素有三個：六、要因確認

七、制定對策

1、壓裂液放置時間過長1、采用正交試驗設計優選基礎壓裂液配方日本著名的統計學家田口玄一將正交試驗選擇的水平組合列成表格，稱為正交表。例如作一個三因素三水平的實驗，按全面實驗要求，須進行33

=

27種組合的實驗，且尚未考慮每一組合的重復數。若按L9(3^4)正交表安排實驗，只需作9次，按L18(3^7)正交表進行18次實驗，顯然大大減少了工作量。用正交表來安排試驗及分析試驗結果，這種方法叫正交試驗設計法。正交試驗設計是研究多因素多水平的一種設計方法，它是根據正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點，正交試驗設計是分析因式設計的主要方法，是一種高效率、快速、經濟的實驗設計方法。七、制定對策

（1）正交實驗目的：對壓裂液配方中主要添加劑進行優選，確定基礎壓裂液配方中稠化劑、交聯劑以及交聯促進劑的最佳配比；

考核指標：液體粘度Y

因素水平ABC稠化劑(%)交聯劑(%)交聯促進劑(%)10.300.400.1520.350.350.2030.400.300.25因素水平表七、制定對策

因素

水平稠化劑(%）交聯劑(%）交聯促進劑（%）實驗結果y粘度（mPa·s）1A1B1C1692A1B2C2853A1B3C3984A2B1C21125A2B2C3816A2B3C1767A3B1C31098A3B2C11169A3B3C2103T1252290261/T2269282300/T3328277288/18496.787/289.794100/3109.392.396/極差R25.34.413/備注：配方中加入0.5%有機粘土穩定劑+0.5%助排劑+0.05%殺菌劑正交實驗結果與分析七、制定對策

通過對以上兩表數據進行綜合分析對比，得出如下結論：a)有兩組最佳實驗組合：A組：A2+B1+C2，即0.35%稠化劑+0.4%交聯劑+0.2%交聯促進劑。

B組：A3+B2+C1，即0.4%稠化劑+0.35%交聯劑+0.15%交聯促進劑。b)因素A的極差最大，對實驗結果影響最大，為主要因素，在現場施工時應重點管控；因素B的極差最小，對實驗結果影響最小，為次要因素，三個因素對實驗結果影響大小為A＞C＞B。

效應曲線圖七、制定對策

（2）依據價值工程原理確定壓裂液配方價值工程是一門新興的科學管理技術，是一種謀求最佳技術經濟效益的先進而有效的方法。這里“價值”定義可以用公式表示：V=F/C式中，V為價值(value)、F為功能(function)、C為成本或費用(cost)。序號模式說明1F↑/C↓=V↑大成本降低，功能提高2F↑/C→=V↑成本不變，功能提高3F→/C↓=V↑功能不變，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價值途徑表七、制定對策

A組：0.35%稠化劑+0.4%交聯劑劑名單價

（元/Kg）用量（%）成本

（元/m3）殘渣（mg/L）稠化劑320.3511270交聯劑120.448/成本合計160/B組：0.4%稠化劑+0.35%交聯劑劑名單價

（元/Kg）用量（%）成本

（元/m3）殘渣（mg/L）稠化劑32412880交聯劑123.542/成本合計170/正交實驗優選出了較好的兩組壓裂液配方，根據價值工程原理對兩組配方進行比較：由上表數據可知，A組壓裂液不僅成本（C）低，而且殘渣含量少、功能(F)高，使用價值（V）大大提高，因此最終確定A組為最佳配方。七、制定對策

按同樣的方法，優選出了其它溫度（120℃、140℃、150℃、160℃）下的最佳配方組合：井深(m)井溫(℃)配方(%)稠化劑交聯劑調節劑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備注：原膠液中加入其它=0.5%有機粘土穩定劑+0.5%助排劑+0.05%殺菌劑JA-1不同溫度下羧甲基羥丙級胍膠壓裂液配方表七、制定對策

（3）采用對分法優選破膠劑對分法是指首先根據經驗確定試驗范圍假定物質A中的組分B在用量(a，b)

之間，第一次在(a，b)的中點m1處做試驗,如果試驗結果表明此時物質A的各項性能指標均得到認可，則去掉大于m1的一半，第二次試驗在(

a

,m1)的中點m2處進行；反之，如果第一次試驗結果表明此時物質A的某項性能指標不符合要求，則去掉小于m1的一半，第二次試驗在(

m1,

b)的中點處進行。這樣繼續下去,直至找到所要求的點。這個方法的要點是每個試驗點都取在試驗范圍的中點,將試驗范圍分為兩半，所以這種方法就稱為對分法。abm1七、制定對策

壓裂液在溫度90℃時、在時間24h破膠，破膠劑的實驗范圍安排在[0.001%，0.005%]，按0.0005%間隔量全面實驗需要做8次實驗。采用優選法中的對分法，僅需做3次實驗，就得出了較好的實驗結果。時間(h)0.512468121624溫度(℃)破膠劑(%)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壓裂液在不同溫度下不同時間內破膠所需破膠劑濃度七、制定對策

2、優選壓裂液在不同放置時間下的殺菌劑用量殺菌防腐劑對0.5%羧甲基羥丙基瓜膠液的防腐試驗數據

項目時間壓裂液原膠液粘度（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放置時間（d）135791113JA-1用量（%）0.050.050.050.10.10.10.1現場配液時殺菌防腐劑用量表七、制定對策

2、環境溫度過低小組成員從放置時間和環境溫度過低兩方面進行考慮，經過不斷實驗最終繪制出不同狀況下交聯促進劑用量表。不同放置時間下交聯促進劑的用量放置時間(d)1234567交聯時間(s)122139189206279389468交聯促進劑交聯(%)////0.030.040.05調整后交聯時間(s)////156183195溫度(℃)246810121416交聯時間(s)269615691136719369210196171交聯促進劑交聯(%)0.120.10.080.060.04///調整后交聯時間(s)189172169158146///不同溫度下交聯促進劑的用量對策表七、制定對策

針對三個要因提出對策明確目標制定措施落實完成人、時間序號要因對策目標措施責任人地點完成時間1壓裂液放置時間長保持壓裂液性能穩定并根據情況添加0.05%-0.1%濃度的殺菌劑。壓裂液放置7天，粘度保持率≥95%，滿足施工要求。1、按照壓裂液基礎配方配制壓裂液。2、在不同情況下加入0.05%殺菌劑用量。張德軍

崔會杰路46-58X井場2015.04.142環境溫度過低根據實際情況添加交聯促進劑壓裂液溫度≤，能正常交聯，確保施工順利。1、嚴格執行壓裂配液與施工要求。2、根據情況添加交聯促進劑。崔會杰

吳剛飛路46-58X井場2015.04.153配液水質不合格檢測配液水質，回收剩余壓裂液，清洗配液罐并加蓋。保證配液水質合格。配液罐無積液1、檢測配液水質pH值為7。2、添加殺菌劑回收壓裂液。3、配液大罐清洗干凈，罐口加蓋。車

航

吳剛飛路46-58X井場2015.04.14八、對策實施2015年4月14日，在路46-58X井實施對策一，具體步驟及施工現場要求如下：1、現場監督施工方按照基礎壓裂液配方配制壓裂液；2、根據實際情況添加濃度0.05%的JA-1型殺菌劑后，根據SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法對現場配制的壓裂液進行性能檢測實施一：保持壓裂液性能穩定并根據現場情況添加殺菌劑檢驗項目單位標準指標檢驗結果評價粘度保持率%≥9095.7（加殺菌劑）合格交聯性能/交聯性能好，可調掛交聯好，可調掛（加殺菌劑）合格經過上述措施后經現場檢驗，壓裂液各項性能指標正常，達到活動目標。現場壓裂液性能檢測2015年4月14日，在路46-58X井實施對策二，具體步驟如下：1、制定壓裂配液和施工要求（1）現場配液要求①配液大罐清洗干凈，配液用水pH值6～8，清潔無雜質。②冬季施工配液使用深井水或溫水配液，配液罐加蓋，施工時打開，其他時間避免打開。③配液時先加入稠化劑，加完后循環5min-10min后，粘度＞35mP·s后再加入粘土穩定劑、交聯促進劑、助排劑與殺菌劑JA-1，料加完后大排量循環10min以上，使大罐內上、下液體的粘度或pH值均勻一致。

八、對策實施實施二：根據實際情況添加交聯促進劑（2）壓裂施工要求①壓裂施工前逐罐檢查液體，檢測壓裂液基液粘度與交聯時間。發現有交聯時間過長的液體罐，及時補加交聯促進劑。②壓裂施工時，交聯劑的濃度由高→低（倒梯形）加入，破膠劑的濃度由低→高（楔形）加入。階段液量

m3砂量

m3實際

液量

m3破膠

劑量

%排量

m3/min時間min破膠劑kg交聯劑階段累計kg/min階段l/min‰前置液1500150.00.0014.533.333.30.051.513.53攜砂液1161.416.70.00153.336.70.050.215.03攜砂液213214.00.00252.839.50.100.314.52.9攜砂液3183.219.70.00453.943.40.200.814.02.8攜砂液430633.10.00556.650.10.251.713.52.7攜砂液5266.529.40.0155.955.90.502.913.02.6攜砂液618520.60.0254.160.11.004.112.52.5攜砂液7154.517.40.0353.563.51.505.212.02.4攜砂液893.210.70.0552.165.72.505.311.52.3攜砂液952.26.20.151.266.95.006.211.02.2頂替液18.5018.50.153.770.65.0018.50.00L46-58x井破膠劑與交聯劑加入程序八、對策實施2、根據井場環境穩定和施工所需時間，最終確定交聯促進劑用量。

交聯促進劑對壓裂液性能影響經過上述措施后該井在低溫環境下壓裂液性能穩定，設計加砂35m3，2015年4月15日施工加砂35.3m3，施工符合率100%。八、對策實施井場環境溫度（℃）交聯促進劑（%）交聯時間（s）評價添加前添加后路46-59X井90.04358137合格2015年4月15日，在路46-58X井實施對策三，具體步驟如下：1、按照配液要求檢測配液水質pH值為7，清潔無雜質。2、回收剩余壓裂液的同時添加0.1%JA-1殺菌劑，防止壓裂液霉腐變質。八、對策實施實施三：檢測配液水質，回收剩余壓裂液，清洗配液罐并加蓋日

期壓裂液粘度保持率%日

期壓裂液粘度保持率%評價2015.04.15路46-58X97.62015.04.18路46-58X96.9合格回收剩余壓裂液性能評價3、用清水清洗配液罐后，利用塑料薄膜對罐口進行密封，防止雜質進入。經過上述措施，確保壓裂施工順利進行，回收剩余壓裂液20m3的同時清洗配液罐并加蓋密封，達到活動目的。九、效果檢查QC小組活動后，在施工現場對配液情況進行取樣監測，對影響配液合格率的問題進行調查，并與改進前進行對比，活動后樣品合格總數為363個，占調查總數374個的97.1%。時

間樣品數(個)合格(個)不合格(個)合格率(%)2015.4.15～2015.11.23743631197.1%1、目標檢查在提高了深井壓裂液配液合格率后，2015年11月2日，對活動后的11個不合格樣品進行統計分析，經小組活動，解決了“交聯過慢”這一問題的97.9%。序號項目頻數（樣品數）累積數（個數）百分數%累積百分數%1交聯過快4436.336.32凍膠脆3727.363.63未成膠2918.281.84交聯過慢1109.190.95粘度低1119.1100

合計11

100

九、效果檢查九、效果檢查時間井數(口)設計加砂量(m3)實際加砂量(m3)加砂符合率(%)2014年3月～2015年3月（活動前）17729641.488.02015年4月～2015年10月（活動后）16890869.797.7通過QC小組活動，在提高了壓裂液配液合格率后，壓裂施工質量大大提高，施工加砂量與設計加砂量符合率由活動前的88%提高到了97.7%。2、施工質量檢查（1）經濟效益

2015年4月1日至12月30日，在華北油田路44斷塊與家3斷塊，使用羧甲基羥丙基胍膠壓裂液壓裂施工19口井，配制壓裂液12150m3。①降低稠化劑用量，節約壓裂液成本QC小組依據價值工程原理優選壓裂液配方，將稠化劑的使用濃度降低0.05%，價格3.2萬元/噸；交聯劑濃度提高0.05%，價格1.2萬元/噸，配制壓裂液12150m3，節約壓裂液成本：（3.2－1.2）×（12150×0.05%）=12.15萬元3、效益分析九、效果檢查

②剩余壓裂液回收利用，減少配液成本QC小組及時與施工單位溝通，將剩余6%的壓裂液及時回收利用，壓裂液價格300元/m3，壓裂液回收成本50元/m3，減少配液成本：（0.03－0.005）×（12150×6%）=18.225萬元配液罐出口距離罐底0.2m3、效益分析九、效果檢查③及時調整配方，減少了壓裂液變質損失2015年8月18日路46-