川東南深層頁巖氣耐溫耐鹽滑溜水研制及應用

胡婭婭

（中國石化中原石油工程有限公司井下特種作業公司，河南濮陽 457164）

川東南深層頁巖儲層地層溫度≥120 ℃，地層閉合壓力達109 MPa，形成復雜裂縫所需要的縫內延伸壓力達130 MPa，而且儲層物性好，濾失快，壓裂造縫困難。且頁巖氣儲層改造過程中所使用的水資源來源復雜，有地表水、雨水、壓裂返排水等，常規的水處理技術很難將水中的鹽分除去，否則成本較高，因此為降低頁巖氣開發成本，需要滑溜水具有較好的耐溫耐鹽性能[1-5]。

1 配方研究

1.1 減阻劑研制及評價

1.1.1 減阻劑研制 乳液聚合物的合成采用反相乳液聚合工藝：（1）油相的制備，在500 mg/L 燒杯中稱取一定量的白油、Tween-60 和Span-80，攪拌均勻，在攪拌過程中通氮氣除氧。（2）水相的制備，在500 mg/L 燒杯中稱取一定量的聚合單體、AM、AA、AMPS、DAC 和蒸餾水，用10 %NaOH 溶液調節pH 為7～8，在攪拌過程中通氮氣除氧。（3）共聚物的合成，先將油相低速乳化（300 r/min），再將水相緩慢倒入油相中，同時提高轉速為700 r/min 攪拌5 min。將乳化后的乳液倒入裝有攪拌器、溫度計和通氮氣管的四口燒瓶中，通入氮氣30 min，滴加過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉溶液，在20 ℃下引發，隨著反應的進行，溫度逐漸上升至70 ℃，再保溫聚合反應6 h。取出聚合物微膠乳液，得到聚合物乳液產品FR-1，外觀呈乳白色，均勻穩定的聚合物乳液。

1.1.2 減阻劑耐溫評價 用管路摩阻儀在3.175 mm管徑的條件下分別測試清水、0.07 %FR-1 減阻劑在室溫（25 ℃）、高溫（70 ℃）下的摩阻，由表1 可知，FR-1減阻劑在室溫和高溫下的減阻率均在71 %以上，均具有較好的耐溫性能。

表1 FR-1 減阻劑在不同溫度下的減阻性能

1.1.3 減阻劑耐鹽評價 頁巖氣儲層改造過程中所使用的水資源來源復雜，有地表水、雨水、壓裂返排水等，常規的水處理技術很難將水中的鹽分除去，否則成本較高，因此為降低頁巖氣開發成本，需要減阻劑產品具有較好的耐鹽性能。

使用標準鹽水進行評價（蒸餾水+2 %KCl+5.5 %NaCl+0.45 %MgCl2+0.55 %CaCl2），在溫度25 ℃、剪切速率10 000 s-1下分別測定摩阻，并計算減阻率，結果（見表2）。由表2 可見，常規減阻劑的性能在鹽水中下降明顯，而FR-1 減阻劑則表現出較好的耐鹽性能。

表2 FR-1 減阻劑與常規減阻劑在標準鹽水中減阻率對比

1.2 表面活性劑優選

在減阻水中加入表面活性劑的主要目的是減小表面張力，降低返排壓裂液需要克服的地層喉道毛管力，從而促進壓裂液返排。對于致密頁巖氣藏，壓裂液的滯留會對儲層造成嚴重的水相圈閉損害，使得表面活性劑的作用更為重要。對表面活性劑6 個樣品進行了性能評價，評價方法是利用K-100 張力測量儀測定不同濃度表面活性劑溶液的表面張力，測定結果（見表3）。

表3 表面活性劑評價

由表3 可知，3 種表面活性劑均具有較好的降低表面張力效果，在較低濃度時就達到了較低表面張力，且隨著濃度的增加表面張力趨于平穩；3 種表面活性劑按降低表面張力性能由高到低排序依次為PYKL、XXSD 和BFC。

選用HLBT 減阻劑，測試了3 種表面活性劑對減阻劑減阻效果的影響（見表4）。

表4 3 種表面活性劑對減阻劑減阻效果的影響

由表4 可知，XXSD 明顯降低了減阻劑的減阻效果，而BFC 則使減阻劑的減阻率有較小提高。

通過對3 種表面活性劑的性能及其對減阻劑的影響評價可知，盡管XXSD 具有最高的降低表面張力性能，但其大幅降低了減阻劑的減阻效果，因而選用BFC作為最優表面活性劑。

1.3 頁巖抑制劑優選

泥頁巖中黏土礦物的水化膨脹和分散運移會堵塞油氣層，降低油氣層的滲透率，因此必須采用防膨穩定措施，以防止黏土膨脹運移損害油氣層，常用措施是在工作液中加入頁巖抑制劑。

對取得的3 個滿足Q/SH 0053-2010《黏土穩定劑技術要求》指標要求的黏土穩定劑樣品，分別對減阻劑的影響測試。測試配方為0.07 %減阻劑+0.30 %頁巖抑制劑，結果（見表5）。其中NW-1、NW-2 大幅降低了減阻劑的減阻效果，因此選用對減阻劑影響較小BFC 作為最優頁巖抑制劑。

表5 3 種頁巖抑制劑對減阻劑減阻效果的影響

1.4 高效滑溜水體系配方

根據以上試驗結果，所形成的滑溜水配方體系（見表6）。

表6 減阻水配方體系表

2 高效滑溜水體系性能評價

2.1 減阻性能評價

室內配制BFC 滑溜水體系：0.07 %減阻劑+0.10 %表面活性劑+0.30 %頁巖抑制劑，采用管道摩阻試驗儀進行測試如下：選擇剪切速率為10 000 s-1處，清水與高效滑溜水摩阻數據進行減阻率的計算，高效滑溜水體系減阻率達到73.1 %（見圖1）。

圖1 BFC 滑溜水體系減阻性能評價

2.2 其他性能評價

其他性能評價（見表7）。

表7 性能評價

3 現場應用

所開發的耐溫耐鹽滑溜水體系于2017 年在川東南頁巖氣區塊現場應用3 口井。根據現場施工情況及壓后效果分析，該滑溜水體系具有以下特點：

3.1 低傷害，施工效果好

5 口頁巖氣水平井日產氣量均達到20×104m3以上的高產。

3.2 減阻效果明顯

根據現場施工數據分析，減阻率達到75 %以上。高效速溶乳液減阻劑，其在10 s 內即可達到良好的分散效果，不會出現粉劑在線混配時出現未充分溶脹的現象，0.07 %加量即可滿足70 %以上的減阻效果。

3.3 溶解速率快

施工時滿足在線混配，用液添泵加入即可，節約了配液罐體、設備、人員費用，安全環保。

3.4 具備耐鹽、耐酸、耐高溫的長期穩定性能

壓裂液返排不好或是長時間滯留于儲層中，使得儲層黏土水化膨脹，堵塞孔隙和滲流通道，增加反滲析水鎖量和束縛水飽和度，造成致密低滲透儲層“水鎖傷害”，從而降低有效半縫長，進而影響產量。

根據區塊河水及返排液水質分析結果，河水礦化度630 mg/L，返排水達到35 000 mg/L，其中鈣鎂達到1 000 mg/L，說明高效滑溜水多采用非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、氟碳類表面活性劑復配產品，具備耐鹽、耐酸、耐高溫的長期穩定性能。在重復使用壓裂返排液時，仍然保持優異的減阻效果。