CQ-RP140可回收低聚物壓裂液在長慶氣田的應用

樊慶緣， 樊啟國， 樊 煒， 吳增智

(1中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院 2低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室 3中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司)

目前隨著國家對環保要求的不斷提高，各個油田對油氣開發過程中環境保護要求也越來越嚴格，過去粗放式的工作方式已經不能滿足新環保形勢下的施工作業要求。水力壓裂技術是油氣藏增產改造的重要技術手段之一，在壓裂施工后地層會有大量返排液排出，處理費用高，如何有效回收再利用壓裂液返排液成為研究趨勢[1-3]。胍膠壓裂液的返排液易腐敗，不宜長期存放，對施工進度要求嚴格；同時，受返排液中離子影響，導致壓裂液耐溫能力變差，返排液經過簡單物理處理，不能直接回用；需要經過深度處理，滿足回用要求，但是成本高。黏彈性表面活性劑壓裂液目前也可回收利用，但返排液產生大量泡沫，消泡困難，耐溫性能低(一般耐溫≤90℃)，經濟性較差[4-6]。

為了降低長慶氣田廢液產出、解決大量壓裂返排液回收利用的難題，本文以聚合物壓裂液為研究對象，針對現有聚合物稠化劑存在溶解速率慢、耐溫、耐鹽性能不高和無法重復利用等問題，重點對稠化劑分子結構、有機交聯劑絡合程度等方面開展了深入研究，通過核心產品的性能改進和升級，提高了壓裂液低溫溶解性能、耐溫耐鹽和重復利用性能，建立了適用于長慶氣田不同區塊、不同工藝、不同儲層條件的CQ-RP140可回收低聚物壓裂液體系配方，并成功實現了現場推廣應用。

一、壓裂液主劑研發及配方建立

1.稠化劑的開發

在聚合物分子主鏈中引入耐溫耐鹽單體，提高聚合物的耐溫耐鹽性能；引入更多的親水基團，控制分子量及水解度，提高溶解速率；接入交聯官能團，與交聯劑交聯形成聚合物壓裂液。

在N2保護條件下，采用自由基聚合法，控制聚合物分子量及水解度，引入耐溫及耐鹽單體，優化反應溫度、時間、壓力、物料比例等條件，合成出速溶、耐溫、耐鹽的聚合物稠化劑GH-1[7-8]。

2.交聯劑的開發

針對聚合物GH-1交聯官能團特點，以有機鋁鹽、氧氯化鋯、山梨醇、乙酸等為原料，在高溫、高壓條件下通過螯合反應，得到有機鋁鋯金屬復合交聯劑JL-A及延緩交聯劑JL-B產品。

3.基礎配方的建立

依據壓裂液單劑的研究及試驗評價，建立了可回收利用、可連續混配、耐溫高、低殘渣、低傷害的CQ-RP140可回收低聚物壓裂液配方。

基液配方：①清水+0.35%～0.4%聚合物GH-1+0.3%助排劑GZ-1+0.3%黏土穩定劑GN-1；②破膠液+0.35%～0.4%聚合物GH-1+0.3%助排劑GZ-1+0.3%黏土穩定劑GN-1+0.12%穩定劑GW-1。

交聯劑配方：JL-A ∶JL-B=(4～6) ∶1

基液與交聯劑比例：100 ∶(0.2～0.4)

4.綜合性能評價

通過室內評價，該壓裂液在140℃、170 s-1下剪切60 min后的黏度高于100 mPa·s(如圖1所示)，具有良好的耐溫耐剪切性能，且綜合性能優于行業標準，見表1。

圖1 壓裂液流變性能測試(140℃，170 s-1)

表1 壓裂液綜合性能評價結果

二、技術特點及適用性分析

CQ-RP140可回收低聚物壓裂液具有良好的耐溫耐剪切性能，同時具有可連續混配、低殘渣、低傷害、可重復利用等性能，在保證氣井增產改造效果的同時，也滿足了長慶氣田清潔化生產的現場需求。

1.速溶性

室內配制濃度0.25%聚合物稠化劑GH-1溶液與0.25%胍膠進行對比，見表2。

表2 聚合物稠化劑GH-1與胍膠溶脹速率對比

實驗結果顯示，聚合物稠化劑3 min內可達最終黏度值97%，溶脹速率快，增黏效果好，可滿足連續混配施工要求，適用于體積壓裂和水平井分段壓裂等大規模改造。

2.低殘渣

按照行業標準，對清水配制及破膠液重復配制的壓裂液體系的殘渣含量、破膠液黏土防膨性能、表面張力進行了室內評價，結果見表3。

實驗結果顯示，該壓裂液體系的殘渣含量遠低于同等濃度下的胍膠壓裂液體系，同時破膠液表面張力低、黏土防膨性能好。因此，可大幅降低壓裂液殘渣對儲層造成的傷害，提高增產改造的效果。

表3 可回收壓裂液破膠液性能

3.低傷害

室內在95℃下評價了壓裂液破膠液對巖心基質滲透率的傷害性能，見表4。

表4 破膠液對巖心滲透率的傷害性能

實驗結果顯示，CQ-RP140壓裂液破膠液對巖心滲透率的平均損害率為12.04%，屬于低傷害清潔壓裂液，可以有效保護儲層。

4.重復利用性能

4.1 室內評價

按照行業標準，對破膠液重復配制的壓裂液各項性能進行室內評價，該體系在后續的三次重復配液中，其壓裂液性能的各項技術指標均符合行業標準的要求，能夠滿足現場壓裂施工要求，見表5。

表5 重復交聯性能評價

4.2 典型井組分析

S9-16井組位于靖邊氣田南部山區，壓裂施工主要使用河壩水，備水周期較長，且水質微生物含量高，易腐敗，返排液存儲及處理困難，常規胍膠壓裂施工難度較大。

室內取返排液與清水按1 ∶1比例混合配制壓裂液，根據流變性能測試，剪切后的壓裂液黏度>90 mPa·s，如圖2所示。

圖2 返排液重復配液流變性能測試(105℃，170 s-1)

通過井間返排液回用，累計使用返排液1 740 m3，且施工壓力平穩。既保證了施工順利完成，同時有效減少返排液處理量，節省了清水用量，加快了施工進度，滿足施工要求。

5.適用性分析

CQ-RP140可回收低聚物壓裂液在長慶氣田靖邊南、蘇南、蘇東、蘇44、桃2等區塊開展應用89口井(326層/段)，現場施工排量為2.2～6.0 m3/min，平均砂比為21%，單層最高加砂量52.2 m3，最高砂濃度為516 kg/m3，施工壓力平穩，施工成功率100%，見表6。

通過現場試驗和室內優化改進相結合，形成了適用于長慶氣田不同區塊、不同工藝的CQ-RP140壓裂液體系，滿足現場不同工藝施工要求。

表6 不同工藝壓裂液配比及施工參數統計

三、應用效果

2015年先導性試驗完成7口定向井，現場累計配液3 658 m3，單井平均無阻流量為23.3×104m3/d，高于鄰井胍膠壓裂的平均無阻流量16.4×104m3/d。

2016年擴大試驗完成16口井，現場累計配液27 100 m3，回收利用返排液4 200 m3，其中7口水平井平均無阻流量為48.09×104m3/d，9口定向井平均無阻流量為11.92×104m3/d，整體效果高于鄰井。

2017年推廣應用完成66口井，現場累計配液99 628 m3，回收利用返排液13 500 m3，其中已完成測試的10口水平井、21口定向井平均單井無阻流量分別為23.02×104m3/d、12.69×104m3/d，整體效果高于鄰井。

經過三個階段的應用和改進，增產改造和節水環保效果顯著，取得了良好的經濟效益和社會效益，同時形成了適用于長慶氣田不同區塊、不同工藝的壓裂液體系。

四、結論

(1)室內研發了速溶低分子聚合物稠化劑、有機鋁鋯金屬復合交聯劑等產品，建立了可以用清水及破膠液重復配液的CQ-RP140可回收低聚物壓裂液體系，配方為：①清水+0.35%～0.4%聚合物GH-1+0.3%助排劑GZ-1+0.3%黏土穩定劑GN-1；②破膠液+0.35%～0.4%聚合物GH-1+0.3%助排劑GZ-1+0.3%黏土穩定劑GN-1+0.12%穩定劑GW-1。

(2)用清水和破膠液配制的壓裂液各項性能良好，在140℃、170 s-1下剪切60 min后的黏度均高于80 mPa·s；殘渣含量低于12.5 mg/L；破膠液對巖心的平均損害率為12.04%，破膠液可重復利用3次以上，滿足長慶氣田壓裂改造及行業標準的要求。

(3)在長慶氣田共完成現場應用89口井(326層/段)，可滿足水平井水力噴射、連續油管、套管滑套等多種壓裂工藝施工，單層最高加砂量52.2 m3，最高砂濃度為516 kg/m3，施工成功率100%；累計回收利用返排液17 700 m3，取得了良好的施工、環保及增產效果，為長慶氣田“清潔化生產”提供了技術支撐。