一種多用途混配壓裂液性能評價及應(yīng)用

李克智

（中國石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006）

21 世紀(jì)以來，世界油氣開發(fā)迅速進(jìn)入低滲、特低滲領(lǐng)域，我國發(fā)現(xiàn)的致密油氣藏儲量占發(fā)現(xiàn)量的50%以上，低滲油氣田產(chǎn)建規(guī)模占總規(guī)模的70%，其中鄂爾多斯盆地占一半以上。致密油氣藏的開發(fā)成為油氣田開發(fā)的主戰(zhàn)場[1-6]。對于此類油氣藏，壓裂建產(chǎn)或增產(chǎn)是其效益開發(fā)的主要手段。壓裂措施作業(yè)時，受常規(guī)壓裂液特性的影響，常常出現(xiàn)施工周期長、排液速度慢、返排率不高、破膠液殘渣高（對地層造成傷害）、返排液處理難度大（環(huán)境保護(hù)壓力大、拉運處理成本高等）等問題。本文研究的多用途混配壓裂液具有溶解速度快、可在線混配、低黏高黏無級切換、耐剪切、強攜砂、易破膠等特性，且破膠后對巖心傷害率低，能廣泛應(yīng)用于低滲、超低滲儲層壓裂改造，能滿足大型壓裂連續(xù)混配對壓裂液性能的要求。

1 實驗用品

1.1 實驗材料

壓裂用乳液稠化劑SSFC-L（工業(yè)級，鄭州三山石油技術(shù)有限公司）；過硫酸銨（工業(yè)級，河南騰軒化工產(chǎn)品有限公司）。

1.2 實驗儀器

HAAKE RheoStress 6000 流變儀（德國）；YP-3002電子天平（精度0.001 g）（海寧市海昌逢枝五金衡器商行）；ZNN-D6 六速旋轉(zhuǎn)黏度計（青島百瑞達(dá)石油機械有限公司）；JYW-200A 全自動表界面張力儀（承德鼎盛試驗機檢測設(shè)備有限公司）；JJ-1 電動攪拌器（金壇區(qū)西城新瑞儀器廠）；恒溫水浴鍋、攪拌棒、燒杯、量筒、移液管等。

2 多用途混配壓裂液性能評價

2.1 乳液黏度釋放率

為了能夠滿足現(xiàn)場連續(xù)混配的壓裂施工要求，SSFC-L 不但要有較好的流動性，便于準(zhǔn)確計量，還需具有迅速水化增黏的特性，所以需對其黏度釋放率進(jìn)行評價。

稱量4.0 g SSFC-L，準(zhǔn)備500 mL 水，調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速，在（10 000±500）r/min 的高速攪拌下加入SSFCL，記錄所配制壓裂液不同時間的黏度（表1）。

表1 SSFC-L 黏度釋放率

表1 實驗結(jié)果顯示，0.8%的SSFC-L 30 s 的黏度釋放率在80.00%以上，說明該乳液稠化劑分子鏈能在水中迅速伸展起黏，適用于大型連續(xù)混配壓裂施工。

2.2 降阻性能評價

配制0.08%的SSFC-L 溶液，按照NB/T 14003.1—2015《頁巖氣 壓裂液 第1 部分：滑溜水性能指標(biāo)及評價方法》[7]評價其降阻率。采用管路摩阻測試系統(tǒng)測試了其在不同剪切速率下清水及低黏壓裂液通過管路時的摩阻，求出不同剪切速率下低黏壓裂液的降阻率[8-9]，見圖1。

圖1 0.08%的SSFC-L 溶液摩阻曲線

由圖1 可以看出，低黏壓裂液在不同剪切速率條件下，隨著剪切速率的增大，液體摩阻呈現(xiàn)下降趨勢，但較之于清水摩阻上升幅度要小很多。SSFC-L 通過其分子聚集形成高次膠束網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它與湍流渦的相互作用改變湍流結(jié)構(gòu)進(jìn)而實現(xiàn)減阻。溶液中形成的高次膠束網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性還可還原由于湍流導(dǎo)致的能量耗散，減少了能量損失，最終表現(xiàn)為湍流減阻現(xiàn)象。加入0.08%的SSFC-L 的低黏壓裂液在剪切速率為7 000 s-1時，降阻率達(dá)到70%以上。

2.3 黏度與濃度

多功能壓裂用乳液稠化劑SSFC-L 是一種乳白色或淡黃色乳狀液體，其在水中能迅速水化增黏，水溶時間≤30 s。將SSFC-L 用清水配制成不同濃度（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%和1.0%）的壓裂液液，在室溫下用ZNN-D6 六速旋轉(zhuǎn)黏度計分別測試其在剪切速率170 s-1下的表觀黏度，結(jié)果見圖2。

圖2 不同濃度的SSFC-L 的黏度變化曲線

由圖2 可以看出，用SSFC-L 配制的壓裂液溶液的黏度隨其濃度的增加而增加。通過調(diào)節(jié)SSFC-L 的濃度，能夠?qū)崿F(xiàn)滑溜水與攜砂液的無級轉(zhuǎn)化，低黏時可作為滑溜水（≤9.00 mPa·s），高黏時可作為攜砂液（0.8%黏度可達(dá)102.00 mPa·s）。

2.4 耐溫耐剪切性能

根據(jù)SY/T 5107—2016《水基壓裂液性能評價方法》[10]，采用HAAKE RheoStress 6000 流變儀評價壓裂液的流變性能，按100 ℃、1.0%的SSFC-L 配制高黏壓裂液的配方進(jìn)行檢測。首先初始溫度控制在25 ℃開始實驗，剪切速率170 s-1，并以3 ℃/min 的升溫速率加熱壓裂液至實驗溫度100 ℃，繼續(xù)在該剪切速率和溫度下剪切120 min，測試其黏度變化情況（圖3）。

圖3 1.0%的SSFC-L 在100 ℃下的黏溫曲線

由圖3 可以看出，配制的高黏壓裂液經(jīng)過高溫剪切初期黏度隨剪切時間呈下降趨勢。當(dāng)剪切溫度穩(wěn)定后，壓裂液的黏度變化逐漸平穩(wěn)。在100 ℃、170 s-1下，持續(xù)剪切120 min，黏度基本穩(wěn)定在56.50 mPa·s 左右。這表明該體系耐溫耐剪切性能穩(wěn)定，能滿足現(xiàn)場施工要求。

2.5 攜砂性能

按1.0%的SSFC-L 配制400 mL 高黏壓裂液，邊攪拌邊加入100 mL 石英砂（砂比40%），配制成攜砂液。分別讀取初始狀態(tài)和靜置30 min 的砂高，壓裂液攜砂性能見表2、圖4、圖5。

圖4 壓裂液攜砂初始性能

圖5 壓裂液攜砂30 min 性能

表2 壓裂液攜砂性能

由表2 數(shù)據(jù)可以看出，該配方壓裂液攜砂幾乎沒有沉降，攜砂性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.6 破膠性能

該體系可用過硫酸銨破膠，破膠時間短，破膠后的破膠液無固相物，殘渣低。按1.0%的SSFC-L 配制高黏壓裂液，分別加入0.03%、0.04%、0.08%過硫酸銨，在90 ℃下破膠，壓裂液破膠情況見表3。

表3 壓裂液破膠情況

根據(jù)表3 實驗結(jié)果可知，該體系破膠效果好，過硫酸銨加量僅0.03%破膠時間60 min，破膠液黏度就降至1.38 mPa·s，遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求（≤5.00 mPa·s）。

3 多用途混配壓裂液的現(xiàn)場應(yīng)用

大牛地工區(qū)D12-P96 井的山22層在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部。該井完鉆井深為垂深：2 673.76 m，斜深：4 000.00 m，完鉆層位山22，采用二級井身結(jié)構(gòu)139.7 mm 套管固井完井，水平段長1 200 m。該井設(shè)計壓裂16 段，采用連續(xù)油管帶底封分段壓裂工具組合、多用途混配壓裂液為主要壓裂液體系、以40/70 目石英砂作為水力噴砂射孔、30/50 目石英砂+30/50 目陶粒組合為支撐劑、設(shè)計施工排量6～8 m3/min（施工車組正式施工按照7 m3/min，施工壓力60.0 MPa，水馬力22 000 hhp 準(zhǔn)備壓裂車組）。

多用途混配壓裂液的現(xiàn)場施工模式是通過液添泵連續(xù)在線混配注入混砂車，該井共16 段，注入壓裂液及酸共計8 837.1 m3，其中，低黏壓裂液1 244.0 m3，高黏壓裂液7 176.0 m3；加入支撐劑778.8 m3，其中，40/70目石英砂19.0 m3，30/50 目石英砂235.0 m3，30/50 目陶粒524.8 m3。排量2～7 m3/min，壓力22.9～63.7 MPa，最高施工壓力63.7 MPa，破裂壓力31.3～57.7 MPa，停泵壓力16.5～22.1 MPa。

該井在冬季施工，室外溫度低至-15 ℃，施工過程中，液體攜砂性能穩(wěn)定，最高砂比達(dá)38%，施工過程中低黏壓裂液與高黏壓裂液切換，壓力比較平穩(wěn)，降阻率在75%以上，可實現(xiàn)滑溜水膠液一體化，能滿足大型壓裂現(xiàn)場施工應(yīng)用。

4 結(jié)論

（1）乳液稠化劑SSFC-L 具有溶解速度快、可在線混配、低黏高黏無級切換、耐剪切、強攜砂、易破膠等特性，且破膠后對巖心傷害率低，能廣泛應(yīng)用于低滲、超低滲儲層壓裂改造，能滿足大型壓裂連續(xù)混配對壓裂液性能的要求。

（2）通過現(xiàn)場施工，調(diào)整SSFC-L 的加量，實現(xiàn)施工過程中低黏壓裂液與高黏壓裂液切換，降阻率在75%以上。作為高黏壓裂液時，攜砂性能穩(wěn)定，最高砂比達(dá)38%，可實現(xiàn)滑溜水膠液一體化，能滿足大型壓裂現(xiàn)場施工應(yīng)用。

（3）該體系在鄂爾多斯大牛地氣田現(xiàn)場冬季施工，性能穩(wěn)定，增產(chǎn)效果明顯。