減阻劑在頁巖氣壓裂中的應用

彭東喆

摘要：使用滑溜水壓裂液有著低粘度以及降摩阻等多種優勢所在，能夠進入到較深的地層中，從而構造出更加復雜的縫網結構，是現今油氣藏最為有效的一種降本增效方法，在滑溜水的使用中減阻劑是非常重要的組成部分，可以降低壓裂液與管壁間的摩擦阻力，促使作業效率得以提升。本文主要針對于表面活性劑與聚丙烯酰胺減阻劑的應用機理與效率加以分析，同時闡述了各自在研究開展過程中的應用現狀。

關鍵詞：減阻劑;頁巖氣壓裂;聚丙烯酰胺

前言：

頁巖氣是我國非常重要的一種常規天然氣資源，其有著自生自儲、大面積連續成藏、低孔以及低滲致密發育等多種特征，在上個世紀八十年代時，美國最高開始勘探頁巖氣，針對其分布的規律、資源潛力等進行了全面系統的研究，水力壓裂的出現在頁巖氣革命中發揮出了重要的作用。

一、表面活性劑類減阻劑

將粘彈性表面活性劑作為主劑的壓裂液，通常將其定義為清潔壓裂液，近些年針對于此類的滑溜水研究在不斷增加。不僅有壓裂造縫的功能，同時其表面的活性劑可以降低界面張力，在一些細小的縫隙內部構建起微觀的滲流通道，促使采收率得以提升。

王改紅等人在經過研究得出，一種可以重復使用的表面活性劑類減阻劑，主要將十二烷基氧化叔胺表活劑作為主劑，呈現出中性或弱酸性，使用時可以降低壓裂設備以及井下的管柱腐蝕，同時有效酸蝕碳酸鹽產物，其可以與含鹽1.0×105mg/L之內的返排液之間實現在線的混配，水合的時間低于10s，有著比較好的抗鹽能力。

二、PAM類減阻劑

PAM類的減阻劑是在現今頁巖氣滑溜水壓裂液使用中最為廣泛的減阻劑，在廣泛的推廣與應用的基礎上，從產品的外觀與形態上進行劃分，可以將PAM減阻劑劃分為干粉狀、反相乳液以及水分散體系等，相對于傳統的滑溜水使用適用性來講，現今對于油氣價格的變化，對于滑溜水的產品提出了更加嚴格的要求，例如高礦化度下的耐鹽性能、水化速率等。

（一）高礦化度PAM減阻劑

隨著現今頁巖氣大面積的進行開發，所以壓裂返排液得到了重復的使用，在地形條件下和巖石經過接觸，就會出現鹽溶解、離子交換，促使壓裂返排液的礦化度與硬度起到了上升的趨勢。Paktinat等人表示，針對于如何實現就地水資源的循環再利用是降本增效較為可行的研究方向，現今工作開展中主要的目的為，體現出返排水重復使用，繼而導致出現水資源礦化度提升，所以減阻劑使用的環境變得更加嚴苛。經過相關研究表示，現今使用的減阻劑耐用性上限為，一價陽離子含量為7%，二價或三價陽離子的含量為0.5%，在一些高礦化度環境下，需要提升減阻劑使用量，提升了自身的攜砂能力。針對于可能長期處在低成本的開發狀態，增加使用減阻劑的用量，就相當于增加作業施工的成本，這也就需要進一步的提升減阻劑在不提前注入濃度的情況下，可以獲得相同目標的泵速與攜砂量[1]。

（二）反相乳液PAM減阻劑

在使用反相乳液類減阻劑的過程中，通常是用油包水乳液在線加入壓裂液中，水滴中通常包裹的是活性聚合物分子，同時將其分散在連續油相中。當滑溜水被泵入水中之后，油包水乳就會反轉成為水包油乳液，從而釋放出聚合物，將該過程出稱之為相反轉過程。針對于反相乳液減阻劑的使用性能考察，主要有以下內容，聚合物與其他壓裂添加劑有著一定的兼容性，例如乳化劑、破膠劑等;在外部極端環境發展下的快速相反轉與穩定性能力，例如高礦化水與超低溫極端環境;在作業的條件下，相反轉后有效的組分釋放比例及其阻效率[2]。

（三）分散型PAM減阻劑

在壓裂施工現場，高礦化度水質的環境嚴重的阻礙了油包水型減阻劑的快速溶脹水合，如果相反轉速度延遲，就會影響減阻效果。反相乳液PAM中有機溶液有三分之一，有機溶液的殘留可能會對地層造成二次污染，同時增加成本。在研究上述的相關問題時，可以將其與高分子化學合成理論有機結合在一起，同時提出了水包水型阻堿劑的應用概念。在馮玉軍的研究中，將PAM與其他的水溶性單體使用一種低分子量的水溶性聚合物穩定劑，在無機鹽溶液發生分散聚合可以得到產物的現象，將其有效的定義為“水包水”型丙烯酰胺類聚合物，也將其稱之為分散型聚合物，現今經常被應用在造紙的絮凝劑與脫水助劑中。

（四）高粘減阻劑（HVFR）

高粘減阻劑應用在一些非常規的油氣藏中，很難有效的平衡攜砂量與儲層傷害之間存在的矛盾，根據美國環境保護署的研究結果顯示，每年應用在壓裂施工作業的水資源消耗中，需要消耗掉大約為700-1400億t。隨著現今美國政府加強對壓裂中水資源消耗管控工作的管理，在近些年的發展中已經有較多的非常規油氣田，開始在工作開展中使用快速溶于返排水的高粘度減阻劑，將其廣泛的應用在壓裂作業領域中，在該體系的應用過程中通常都是高分子量丙烯酰胺類聚合物，在實際使用過程中有著應用廣、效率高以及環境影響小等多種特點。一直到2019年，北美一共有26個頁巖氣區塊開始使用HVFRS開展壓裂施工作業，并且在Permian盆地與Andarko盆地，并且占據了全北美的16%，在使用過程中將其濃度控制在2.5-3.5gpt之間。根據相關數據調查結果顯示，Haynesville以及Utica在研究過程中其降本率與增產效率可以高達70%。與常規的滑溜水相比較，HVFR的攜砂量比較大，且有著比較高的造縫能力，并不會影響減租性能的發揮[3]。

結語：

經常使用的滑溜水壓裂用水溶性減阻劑，主要是由生物基多糖、粘彈性表面活性劑與高相對分子質量的PAM4大類的高分子化學劑構成，其中瓜爾膠基的衍生物與PAM類減阻劑占據了主導的作用。針對于現今出現水資源短缺的現狀，需要在開發大頁巖氣區塊時，側重于滑溜水的返排液重復使用能力以及快速水化速率等進行權衡與考量。

參考文獻：

[1]張根，陳楊，康榮強. 頁巖氣壓裂對正鉆井施工技術的探討[J]. 化工管理，2021，（07）：76-77.

[2]岑濤，夏海幫，雷林. 渝東南常壓頁巖氣壓裂關鍵技術研究與應用[J]. 油氣藏評價與開發，2020，10（05）：70-76.

[3]劉艷榮. 基于電力開展頁巖氣壓裂規模應用分析[J]. 中國設備工程，2020，（12）：68-69.