耐鹽速溶滑溜水體系研究與應(yīng)用

肖 兵，郭粉娟

（中國(guó)石化中原石油工程有限公司井下特種作業(yè)公司，河南濮陽 457164）

頁巖氣藏是典型的非常規(guī)天然氣藏，它具有超低滲透率、生產(chǎn)周期長(zhǎng)和開采壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)[1]，滲透率一般在毫微達(dá)西至微納達(dá)西之間，為獲得理想的工業(yè)氣流，一般用滑溜水進(jìn)行大規(guī)模的壓裂改造。結(jié)合頁巖氣儲(chǔ)層壓裂施工特點(diǎn)，對(duì)滑溜水性能要求：壓裂規(guī)模大，“千方砂萬方液”，要求體系滿足連續(xù)混配；施工排量大（10 m3/min～20 m3/min），管柱摩阻高，要求滑溜水減阻效果好且抗剪切；水質(zhì)來源復(fù)雜，要求體系具有抗鹽性。針對(duì)以上要求結(jié)合長(zhǎng)寧區(qū)塊頁巖氣儲(chǔ)層特征，本文通過對(duì)降阻劑、助排劑、黏土穩(wěn)定劑的優(yōu)選及評(píng)價(jià)，形成了速溶、耐鹽性好、降阻率高的滑溜水體系，并在長(zhǎng)寧HX井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)施工，應(yīng)用效果良好。

表1 不同降阻劑性能評(píng)價(jià)

1 配方研究

1.1 高效速溶乳液降阻劑

減阻劑一般為丙烯酰胺或衍生物的高分子聚合物。其聚合物分子中的酰胺基與地層巖石表面的氫鍵作用發(fā)生單分子層吸附滯留，從而傷害儲(chǔ)層。加量越大，對(duì)儲(chǔ)層傷害越大。

室內(nèi)參考Q/SH 0654-2015《壓裂用降阻劑反相乳液聚合物技術(shù)要求》，用SY-MZ型管路摩阻測(cè)試儀對(duì)不同降阻劑進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，結(jié)果（見表1）。

綜合以上結(jié)果分析，降阻劑JZ-1具有優(yōu)良的分散性、較高的降阻率及較好的抗剪切性能，因此，選擇JZ-1為該滑溜水體系的降阻劑。

1.2 黏土穩(wěn)定劑

根據(jù)長(zhǎng)寧HX平臺(tái)測(cè)井解釋結(jié)果，長(zhǎng)寧HX平臺(tái)三口井龍馬溪組黏土礦物含量20%～55%，含量高。盡管待改造儲(chǔ)層不含膨脹性黏土礦物（蒙脫石），但含有較高的伊利石、高嶺石、綠泥石礦物。一般蒙脫石和伊利石可同時(shí)導(dǎo)致靜態(tài)和動(dòng)態(tài)滲透率下降，蒙脫石引起靜態(tài)滲透率下降值比伊利石高的多，而高嶺石僅引起動(dòng)態(tài)滲透率下降。待改造儲(chǔ)層存在強(qiáng)水敏性[2，3]，改造流體若不加黏土穩(wěn)定劑將大幅度減弱顆粒與伊利石、高嶺石間的結(jié)構(gòu)力，使微粒和黏土礦物分散、運(yùn)移而產(chǎn)生水敏效應(yīng)，因此所需黏土穩(wěn)定劑不僅可防止黏土膨脹，有效作用時(shí)間長(zhǎng)，而且可防止黏土礦物的分散、運(yùn)移及膨脹。

室內(nèi)參照Q/SH 0053-2010《黏土穩(wěn)定劑技術(shù)要求》，通過離心法測(cè)定不同黏土穩(wěn)定劑的膨脹體積及耐水洗率，結(jié)果（見表2）。因此，選擇膨脹體積、耐水洗率都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的FP-1作為該滑溜水體系的黏土穩(wěn)定劑。

表2 黏土穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)

1.3 高效助排劑

壓裂液返排不好或是長(zhǎng)時(shí)間滯留于儲(chǔ)層中，使得儲(chǔ)層黏土水化膨脹，堵塞孔隙和滲流通道，增加反滲析水鎖量和束縛水飽和度，造成致密低滲透儲(chǔ)層“水鎖傷害”[4]，從而降低有效半縫長(zhǎng)，進(jìn)而影響產(chǎn)量。

室內(nèi)用JYW-200A自動(dòng)界面張力，測(cè)得0.1%的助排劑水溶液的表面張力（見表3），可知，選擇低表面張力的ZP-1作為該滑溜水體系的助排劑。

表3 助排劑的表面張力測(cè)試結(jié)果

1.4 配方的確定

根據(jù)室內(nèi)各添加劑的優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果，確定滑溜水的基本配方為0.07%乳液減阻劑+0.1%高效助排劑+0.3%黏土穩(wěn)定劑。

2 滑溜水體系性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)采用長(zhǎng)寧HX井平臺(tái)的返排水配制滑溜水（見表4），由表4的水質(zhì)分析結(jié)果可見，該返排水具有較高的礦化度。

在上述返排液中加入0.07%乳液減阻劑，攪拌均勻后依次加入0.10%高效助排劑和0.30%黏土穩(wěn)定劑，繼續(xù)攪拌至體系呈均勻的膠液，形成滑溜水體系。參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 14003.1-2015《頁巖氣壓裂液第1部分：滑溜水性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法》，對(duì)該體系進(jìn)行部分性能評(píng)價(jià)，結(jié)果（見表5）。

表4 HX平臺(tái)返排水水質(zhì)分析

表5 滑溜水性能評(píng)價(jià)

可見，該體系具有良好的表面活性劑、配伍性及較高的降阻率，滿足壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工需求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

耐鹽速溶滑溜水體系于2015-2016年在四川長(zhǎng)寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司所屬的長(zhǎng)寧9口頁巖氣水平井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，其主要施工參數(shù)及壓裂施工曲線（見表 6、圖 1）。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及壓后效果分析，該滑溜水體系具有以下特點(diǎn)：

（1）低傷害，施工效果好。9口井壓后平均日產(chǎn)達(dá)到 25×104m3以上。

（2）低摩阻。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工曲線分析，14 m3/min時(shí)，摩阻系數(shù)為3.6 MPa/km～4 MPa/km，同等條件下，與清水對(duì)比，減阻率達(dá)75%以上。

（3）低加量。減阻劑為0.06%，助排劑為0.1%，黏土穩(wěn)定劑為0.3%，即可滿足體系性能指標(biāo)要求，降低了大規(guī)模井施工對(duì)場(chǎng)地的要求。

（4）速溶，可滿足在線連續(xù)混配，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)便，節(jié)約大量人力、物力。

（5）對(duì)水質(zhì)要求低，適應(yīng)性強(qiáng)。在重復(fù)使用壓裂返排液時(shí)（礦化度最高達(dá)35 000 mg/L），仍然保持優(yōu)異的減阻效果。

表6 主要施工參數(shù)及測(cè)試產(chǎn)量

圖1 長(zhǎng)寧HX-1井第14段壓裂施工曲線