自懸浮輸送技術：向壓裂液添加劑說Byebye

編譯 | 徐建鵬 濮 御

技術裝備

自懸浮輸送技術：向壓裂液添加劑說Byebye

編譯 | 徐建鵬 濮 御

目前低滲透儲層壓裂采用的方式主要是配制壓裂液，然后由壓裂液攜帶支撐劑進入地層，進行儲層改造。在壓裂過程中，支撐劑的壓裂砂或陶粒在到達裂縫頂端之前容易出現脫砂現象，所以一般會采取提高壓裂液黏度（在壓裂液中添加增黏劑等）或泵注速度等措施。不過，這樣做不僅會提高生產成本、破壞地層、降低填充層導流能力，而且還要求必須選擇合適的支撐劑粒徑。

為解決上面這些問題，Fairmount Santrol公司推出了一種新型的自懸浮支撐劑輸送技術（Self-Suspending Proppant）——Prope lSSPTM。它通過優化泵注方案設計，不使用瓜爾膠等壓裂液添加劑就能把支撐劑均勻輸送并鋪設在裂縫內部，防止支撐劑在低黏度液體中的沉降，100%地恢復導流能力（瓜爾膠基流體的導流能力恢復率為70%左右），提高最終的油氣產量。特點是實現了支撐劑與壓裂液合二為一、簡化了施工流程、減少了對儲層傷害。

Propel SSPTM自懸浮支撐劑的核心技術是在支撐劑表面加了一層厚度為1～3μ m的水凝膠，使它具有以下3個突出特點：

（1）水凝膠涂層水化后支撐劑砂粒會膨脹，其有效相對密度可從2.6g/ cm3減小至1.3g/cm3，能減少沉降、有效避免砂粒堆積或沙丘形成，進而減少支撐劑和壓裂液用量，降低成本；

（2）支撐劑濃度為1.25～3.74g/cm3時，上層清液的黏度僅為5～35m Pa·s，用低黏度的液體（甚至清水就可以運送），不僅減少了添加劑用量、壓裂泵功率輸出，還能有效保護儲層；

（3）良好的懸浮特性使支撐劑能順利到達裂縫深處，增加裂縫的長度、增強裂縫導流能力，最終提高油氣井產量。

在同壓裂液混合并輸送至裂縫的過程中，抗剪切包覆層（涂層）一直附著在支撐劑的表面。但當注入破膠劑后，包覆層就會與支撐劑完全分離，支撐劑則會滯留在裂縫中。

聚合物包覆層僅1～3毫米厚，可代替傳統的支撐劑

支撐劑的黏度隨攜砂量的增加而增加，但是壓裂液黏度仍然較低，一般低于20mPa·s。這樣，技術人員就能靈活應對儲層的幾何形態限制和裂縫復雜性所引起的問題。

在環路測試過程中，Propel SSPTM技術在不降低支撐劑密度的情況下，可以輸送至少0.239kg/m3的支撐劑濃度，攜砂輸送能力高于滑溜水系統（滑溜水又稱減阻水壓裂，指在清水中加入一定量支撐劑以及極少量的減阻劑、表面活性劑、黏土穩定劑等添加劑的一種壓裂液）。

聚合物包覆層能夠膨脹并懸浮支撐劑，并將支撐劑運移到裂縫終端。

在該項技術中，聚合物包覆層的化學性質非常重要。首先要求它具有一定的剪切穩定性和防水性：前者指包覆層在支撐劑與壓裂液混合后能夠持久粘附在支撐劑表面的能力，即從井筒到裂縫的運移過程中能保證完整性的包覆能力；后者則指防止聚合物包覆層顆粒在泵注前儲藏時和壓裂作業中相互粘附的能力。Fairmount Santrol公司研發團隊提出的自懸浮支撐劑技術，目的是防止支撐劑在壓裂液中被剪碎。因為支撐劑未被剪碎，壓裂液的黏度就會增加，而沉降層礫石的高度就會下降。從另一個方面講，沉降層礫石的高度可用于檢測壓裂液的懸浮能力。

無包覆層的壓裂砂與滑溜水一樣，會沉降形成沙丘并阻礙支撐劑向裂縫深處的運移。

Propel SSPTM的支撐劑輸送能力較強，即使有少量沉降仍會流動。

聚合物包覆層能夠膨脹并懸浮支撐劑，并將支撐劑運移到裂縫終端。

在較長一段時間內，水凝膠狀包覆層會使壓裂液保持一定的黏度和沉降層高度，而沉降層越高比重就會越低，這將會影響到壓裂液的沉積或懸浮支撐劑的能力。

還有，聚合物接觸到潮濕的空氣就會發生膨脹，所以該項技術采取了必要的化學防護措施，以抵抗空氣濕度的較大變動。經過防水處理的聚合物包覆層，能保證產品在運輸過程中和使用過程中的完整性，避免在高溫、潮濕環境下顆粒之間的相互粘附。

當含增黏劑溶液的黏度下降至同水的黏度相當時稱作“破膠”。通常情況下，破膠時間隨井下溫度和破膠載荷的增大而減小。在Propel SSPTM技術中，隨著支撐劑載荷量的增大，破膠時間會延長。對于水凝膠狀包覆層的破膠，研發團隊也做了一系列實驗。通過測試壓裂液的黏度和沉降層的體積，結果證明Propel SSPTM的破膠性能很好，僅有支撐劑顆粒滯留在了裂縫中，因此也不會限制油氣在裂縫內的流通。

流體添加劑所造成的外來殘留物減少，就能夠獲得更高的導流能力，因此殘留物指標可以作為洗井作業結束后衡量支撐劑導流能力大小的標準。測試結果表明，Propel SSPTM技術中的添加劑不會傷害充填層的導流能力，而瓜爾膠型壓裂液的導流能力恢復率只有50%左右。另外，使用Propel SSPTM技術的油井洗井效果更好，這也反映出其優化油流通道的作用。

與滑溜水體系相比，有包覆層的支撐劑輸送技術更容易懸浮和橫向運移，而且無需增加用水量和增黏劑。

黏性支撐劑通過低黏度流體輸送降低了流體的波及面積。Propel SSPTM的輸送能力比滑溜水更高并具有更高的砂比濃度，進而可減少泵送時間。所需的流體體積也減少，而所需的添加劑也相應減少。

自問世以來，Propel SSPTM支撐劑已經在埃斯孔迪多（Escondido）、馬塞勒斯（Marcellus）、尤蒂卡（Utica）等地區進行了60天的產量對比試驗：在埃斯孔迪多富氣地層體，將注入包覆30/50篩號北方白砂的46%Propel SSPTM體系的累計產量與滑溜水提高55%以上；在富液的馬塞勒斯地層，包覆30/50北方白砂的49%Propel SSPTM體系比鄰井的混合完井方式提高26%；在尤蒂卡液化天然氣區，包覆30/50北方白砂的71% Propel SSPTM體系比鄰井的混合完井方式提高26%；在巴肯，產量甚至增加了39%。與傳統的石英砂支撐劑相比，自懸浮支撐劑平均可節約77%的添加劑、14%的泵送時間以及至少10%的壓裂成本。包覆所用的北方白砂是一種在地下耐高溫、高壓的圓水晶，是在美國威斯康星和明尼蘇達等地區發現的高品級壓裂用砂。

如何在地層裂縫內均勻地鋪設支撐劑，曾是困擾了世界油氣開采行業數十年的難題。如今隨著Propel SSPTM支撐劑輸送技術的出現，使解決這一難題的水平大大提高。它使從井筒到裂縫頂端的裂縫處于打開狀態，使裂縫表面積達到最大化，從而實現更高的油氣產量，因此可以作為交聯劑、滑溜水等體系的替代技術，告別壓裂液必用添加劑的時代。