頁巖氣壓裂施工常用壓裂液體系研究

蔣 嫚（江漢石油工程公司井下測試公司，湖北武漢 430048）

油氣勘探

頁巖氣壓裂施工常用壓裂液體系研究

蔣 嫚（江漢石油工程公司井下測試公司，湖北武漢 430048）

頁巖氣儲層具有致密、滲透率低等特點，只有采取大規模水力壓裂技術，才具有開采價值。水平井分段壓裂技術是目前頁巖氣開發最有效的手段，而頁巖氣壓裂液又是壓裂技術的重要組成部分，壓裂液類型及其性能直接關系到是否能造成一條足夠尺寸和導流能力的裂縫，即直接關系到水力壓裂的成敗。

頁巖氣；壓裂；壓裂液；研究

1 頁巖氣水力壓裂簡介

頁巖氣開發水力壓裂是利用儲層的天然或誘導裂縫系統，通過壓裂泵車等設備將含有各種添加劑成分的壓裂液在一定壓力和一定排量下注入地層，使儲層形成一定規模的裂縫，同時為保障裂縫在施工結束壓裂液返回后保持開啟狀態，向地層中注入一定強度支撐劑，依次達到增長的目的。與砂巖相比，頁巖儲層裂縫系統更加發育，且不同地區儲層特點差異更大，因此要根據各地區儲層特點選擇合適的壓裂方式和壓裂液系統。

2 頁巖氣壓裂液性能要求

無論是在頁巖氣開發，還是在常規油氣開發的壓裂過程中，壓裂液類型及其性能都是影響壓裂最終效果的關鍵因素。對頁巖儲層來說，氣體主要存儲在裂縫系統中，同時裂縫系統也為氣體提供了流通通道，在頁巖氣開發過程中，如何選擇壓裂液，對壓裂液提出怎樣的性能要求，這些都直接關系到是否能造成一條足夠尺寸和導流能力的裂縫，即直接關系到水力壓裂的成敗。

頁巖氣儲層壓裂施工具有壓裂規模大，用液量多，施工排量大等特點，這就要求壓裂液具有生產成本低，配置簡單，減阻效果好等特點，同時，要求吸附量低，濾失容易，這樣可以波及更多儲層微裂縫和基質，形成更大的改造體積。從安全環保方面考慮，要求壓裂液對環境友好，對水質沒有嚴重污染。

不論在頁巖氣壓裂，還是普通油氣層壓裂施工中，都需要提前了解儲層的具體情況，根據儲層的各項物性參數來選擇合適的化學添加劑，并確定各項添加劑所占比重。通過分析室內實驗數據和現場施工情況反饋，可以發現，以下幾方面是影響壓裂液添加劑選擇的重要因素，主要包括現場壓裂施工時的排量和施工壓力，所在儲層的黏土含量、硅質含量和有機質碎屑的生成潛力，微生物是否活躍及壓裂液返排難易程度等。

3 頁巖氣常用壓裂液體系

3.1 減阻水壓裂液體系

3.1.1 組成

減阻水壓裂液是指在清水中加入一定量支撐劑及少量的減阻劑、表面活性劑、黏土穩定劑等添加劑的一種壓裂液，又叫滑溜水壓裂液，在現場應用中要注意各添加劑之間以及添加劑與基液和成膠劑之間的配伍性。

3.1.2 作用及特點

（1）相比傳統凝膠壓裂液體系，減阻水壓裂液體系具有減少地層傷害的特點，由于傳統的凝膠壓裂液體系凝膠濃度較高，易形成殘留物和濾餅，這些物質極易造成堵塞地層，并大大影響頁巖氣儲層的裂縫導流能力。而減阻水壓裂液中化學添加劑的比例極小，易于返排，有效降低了地層及裂縫傷害，從而有效提高氣井產氣量。

（2）由于減阻水中化學添加劑所占比例較小，故成本較低，就一口井壓裂施工而言，相比其他壓裂液體系，減阻水壓裂液系統可節省施工成本40%～60%，由于壓裂施工成本遠低于其他壓裂液體系，許多原來無開采價值的儲層便可以得到有效開發。

3.1.3 配方及性能

目前減阻水已成為國內外頁巖氣壓裂的主流壓裂液，涪陵頁巖氣壓裂施工使用的高效變黏滑溜水壓裂液體系，其體系組成為：0.1～0.2% 高效減阻劑 +0.1%～0.3% 復合防膨劑 +0.1%復合增效劑。該體系具有低摩阻、低傷害、易造縫、配置簡單等特點，其降阻率大于75%，年度可調范圍為12～15mPa ·s，傷害率小于10%，表面張力小于28mN/m，適應性強。

3.2 膠液

3.2.1 組成

線性膠壓裂液體系是由水溶性聚合物稠化劑與其他添加劑（如黏土穩定劑、破膠劑、助排劑、破乳劑和殺菌劑等）組成。

3.2.2 作用及特點

在不同的注入管徑和排量下，線性膠壓裂液體系的摩阻為清水摩阻的23%～30%，大大降低了施工壓力及縫內靜壓力，降低了壓裂液在縫內的流動阻力，有助于縫高的控制。線性膠壓裂液體系具有易流動性，一般為非牛頓流體，在低砂濃度情況下有利于壓裂液攜帶支撐劑移動至較遠距離。線性膠壓裂液體系能在要求的時間內徹底破膠，有利于壓后及時返排，降低傷害。因此，線性膠壓裂液體系具有低傷害、低摩阻和一定的攜砂能力。

3.2.3 配方及性能

對于加砂困難的層段，采用前置膠液降濾造縫，同時，在加砂中后期注入攜砂能力較強的膠液，充分擴展主裂縫并攜帶大粒徑支撐劑并順利進入地層裂縫，以保持近井地層獲得有效的主裂縫支撐及高導流能力。

目前，涪陵焦石壩頁巖氣壓裂用線性膠液體系水化性好，基本無殘渣，懸砂能力強，返排效果好，性能穩定。線性膠液體系 的主體配方為 0.2%～0.35% 低分子 稠化劑 +0.2%～0.3%流變助劑 +0.15% 復合增效劑 +0.07%～0.1% 黏度調節劑 +0.02%消泡劑，膠液水化性好，無殘渣，懸砂好，裂縫有效支撐好，返排效果好。

3.3 復合壓裂液體系

不同于上面兩種壓裂液體系，復合壓裂液體系主要應用在黏土含量高、塑性較強的頁巖氣儲層。使用復合壓裂液不僅可以形成一定規模的縫寬，還可以提高壓裂液體系的攜砂能力，保證砂子填充地層的效果。復合壓裂液一般采用前置滑溜水與凍膠交替注入的方式進行壓裂施工，這種方式可以充分利用低黏度活性水攜砂在凍膠中發生黏滯指進現象，有效降低了支撐劑沉降速率，為地層提供更高的裂縫導流能力。

Study on Common Fracturing Fluid System for Shale Gas Fracturing Construction

Jiang Man

Shale gas reservoirs are characterized by compactness and low permeability.Only by adopting large-scale hydraulic fracturing technology，have the mining value.Horizontal well fracturing technology is the most effective means of shale gas development，and shale gas fracturing fluid is an important part of fracturing technology，fracturing fluid type and its performance is directly related to whether it can cause a sufficient Size and diversion capacity of the cracks，that is directly related to the success or failure of hydraulic fracturing.

shale gas；fracturing；fracturing fluid；research

TE357

B

1003-6490（2017）06-0223-02

2017-05-09

蔣嫚（1987—），女，湖北漢川人，助理工程師，主要從事油氣開發技術工作。