張世嶺 郭繼香 楊矞琦 余子敬 康 凡 王文昌

（中國石油大學（北京）提高采收率學院，北京，102249）

1 前言

滑溜水壓裂技術（Slickwater Fracture），又被稱之為清水壓裂技術，主要由水構成。在大排量注入情況下，需要加入降阻劑，降低水的摩阻，使其變?yōu)槟ψ栎^低的滑溜水，從而實現(xiàn)大排量泵注，彌補了水粘度低、攜砂能力差等諸多問題［1］?；锼畨毫岩杭夹g是目前美國頁巖氣開發(fā)作業(yè)中應用最多的壓裂液技術［2］，其特征是以聚合物為主劑，配合殺菌劑、表面活性劑和阻垢劑等輔劑從而形成完整配方體系，具有較高的粘度和較好的減阻作用，與清水相比可降阻40%到50%。常用的滑溜水壓裂液技術具有以下特點：

（1）較大的施工間隔段；

（2）工作液用量大、效率低、粘度低；

（3）形成的裂縫寬度較窄且?guī)缀涡螤钶^復雜；

（4）攜砂能力差；

（5）工作液的高濾失需要較高的泵注排量補償。

常用的滑溜水減阻劑是粉劑或凝膠聚丙烯酸胺，剪切穩(wěn)定性差，用量大［3］。因此，開發(fā)優(yōu)質(zhì)低損害、低摩阻和良好流變性能的滑溜水壓裂液是中國頁巖氣藏高效開采的緊迫要求。

油氣田開發(fā)的經(jīng)濟效益，取決于開發(fā)技術的成本控制，目前國內(nèi)主要通過引進北美普遍采用的滑溜水壓裂液技術，以達到降低成本的目的，北美地區(qū)正是由于采用了低成本的滑溜水壓裂技術［4］，從而取得了頁巖氣開發(fā)的成功。但是，國內(nèi)的頁巖氣開發(fā)模式難以取得經(jīng)濟效益，其主要原因是國外對于國內(nèi)的技術封鎖，以勝利油田某油氣井的壓裂開采預算為例，國外公司的壓裂材料、完井工具以及技術服務費用占全部壓裂費用的44.4%，其中，壓裂液的費用高達全部預算的57%。因此，從長遠發(fā)展角度來看，只有在足夠科研力量的投入下，打破國外技術壟斷，才能從根本上提高我國壓裂開采技術的軟實力，從而控制成本，進而提高頁巖氣開發(fā)的經(jīng)濟效益［5］。

2 滑溜水壓裂液的優(yōu)缺點及適用性

2.1 滑溜水壓裂液的優(yōu)點

滑溜水壓裂液系統(tǒng)較常規(guī)水基凍膠壓裂液系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

（1）易形成長裂縫提升導流能力。

（2）地層損害低，返排速度快。

（3）延伸地層天然裂縫進而形成裂縫網(wǎng)。

（4）支撐劑用量少，施工成本低廉。

相同規(guī)模的頁巖氣開發(fā)作業(yè)中，采用滑溜水壓裂較常規(guī)凍膠壓裂可節(jié)省費用50%左右?；锼畨毫鸭夹g尤其適合開發(fā)滲透率很低的邊際油氣田，可有效降低采油成本，增加動用儲量，提高油氣田開發(fā)的經(jīng)濟效益。

2.2 滑溜水壓裂液的缺點

滑溜水壓裂施工中，因泵入的支撐劑量和支撐劑濃度均較低，導致滑溜水壓裂存在以下缺點：

（1）由于滑溜水是用活性水加入減阻劑等添加劑作為壓裂液，其壓裂液攜砂能力差，因此壓裂施工時不能用高砂比的攜砂，否則會造成支撐劑沉降，過早砂堵。

（2）由于不含高分子聚合物，施工過程不能形成濾餅，因此滑溜水濾失量大，易砂堵。

（3）效率較低，需提高排量來補償液體的濾失。

（4）施工設備需耐受較高摩阻。

（5）泵入地層的液體量大，應充分考慮儲層保護措施。

2.3 滑溜水壓裂液適用性

滑溜水壓裂技術對于具有天然地層裂縫的系統(tǒng)具有更強的適用性，這主要是由于滑溜水壓裂攜砂能力差，砂濃度低所導致。天然地層裂縫系統(tǒng)對于壓力及就地應力的相應程度也會影響滑溜水壓裂技術的施工效果。所以，滑溜水壓裂一般適用于低滲透地層、高強度巖石地層、低閉合應力地層、天然裂縫發(fā)育的地層、壓力較低的地層［6］。

3 國內(nèi)外滑溜水壓裂技術的發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來，胍膠成本不斷提高，許多油田及企業(yè)紛紛研究新的工藝技術來降低成本，在此背景下，滑溜水壓裂技術以其低成本日益受到青睞。上世紀70年代中期，國外開始進行滑溜水壓裂室內(nèi)研究和現(xiàn)場試驗?；锼畨毫褟?997年至今一直是Barnett頁巖開發(fā)中最重要的增產(chǎn)措施，Mitchell能源公司（2001年被Devon能源公司收購）在Barnett頁巖中首先開始使用滑溜水壓裂，滑溜水壓裂技術使Barnett頁巖采收率提高20%以上的同時，使作業(yè)費用減少了65%。國內(nèi)在頁巖氣開發(fā)方面多借鑒采用北美國家的經(jīng)驗，但是北美地區(qū)的地質(zhì)條件與自然環(huán)境與國內(nèi)存在較大差異。北美地區(qū)頁巖儲層壓力系數(shù)高，地層脆性指數(shù)高，并具有發(fā)育良好的天然裂縫，滑溜水返排率達到30%左右，從而實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。但是，國內(nèi)大部分頁巖儲層壓力較低，壓后連續(xù)自噴能力和帶液生產(chǎn)能力較差，無法實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，盲目采取照搬國外技術，會增加生產(chǎn)壓差波動，增大支撐劑載荷，從而使得導流能力會急劇下降，影響壓后生產(chǎn)效果。

國內(nèi)對于滑溜水壓裂技術的研發(fā)也取得了很大的進步。王偉華［7］等所研究的HL＿C3滑溜水體系可以有效提高洗油效率并提高原油的滲流能力，此體系所增加的生物活性劑可以顯著降低水鎖、水敏等地層傷害，并增加巖石潤濕性。

塔河油田采用房好青［8］等的滑溜水壓裂技術與其它三種常規(guī)技術進行比較，結果發(fā)現(xiàn)滑溜水壓裂技術較其它三種技術對改造后累增產(chǎn)的貢獻沒有顯著的差別，而可以節(jié)省10萬元的施工成本，表明一定儲層條件下，可以優(yōu)選費用較低的施工技術，以達到經(jīng)濟最優(yōu)化。

徐騫［9］等在渝東南地區(qū)對彭頁HF－1井采用滑溜水壓裂技術取得了較好的成果，實驗的分析結果表明所選擇的滑溜水和線性膠完全滿足壓裂施工的要求，同時也證明渝東南地區(qū)頁巖氣地質(zhì)特征與北美地區(qū)差異較大，不能照搬國外技術，需要在其基礎上，找到適合國內(nèi)地質(zhì)特征的壓裂工藝技術系列。

2011年，長慶油田開始廣泛采用滑溜水壓裂技術，由魏松［10］等研發(fā)的EM30滑溜水壓裂液以其所具有的無固相殘留、低傷害、低摩阻、配置簡單、高效返排和重復利用率高等顯著優(yōu)勢，在長慶油田試用后取得了較好的效果。根據(jù)文獻，采用EM30降阻劑滑溜水后，摩阻降低50%以上，水力噴射壓力可降低5－10MPa，返排液回收重復利用率達85%，成本降低60%。

4 滑溜水壓裂液體系配方研究

4.1 降阻劑優(yōu)選

減阻劑可顯著降低流體管道湍流阻力，多為水溶性或油溶性試劑，國內(nèi)常用的減阻劑有高分子量聚丙烯酰胺、羥丙基胍膠等。流體在管道中，由于摩擦阻力的存在，限制了其流動性，增大了能量消耗。減阻劑所具有的長鏈高分子結構可以改變流體與管壁之間的相互作用，抑制橫向流，其吸收的湍流能量可以轉(zhuǎn)換，增強軸向流，減少流動能量損耗，從而降低摩阻［6］。

降阻劑是滑溜水壓裂液體系中的核心技術，國內(nèi)技術尚不成熟，現(xiàn)主要依賴進口，從而使得滑溜水壓裂液的成本較高。王娟娟［11］等采用水分散聚合法制備了一種水溶性減阻劑乳液，此減阻劑具有明顯的粘彈性特征且耐溫耐剪切性能良好，0.2%的減阻劑水溶液的最大降阻率超過70%，能夠作為滑溜水減阻劑使用。

此外，中國石化河南油田分公司工程院和中國石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司分別自主研發(fā)的滑溜水降阻劑進行了現(xiàn)場試驗，獲得了成功。

4.2 支撐劑的優(yōu)選

合適的支撐劑可以有效的提高產(chǎn)量，其選擇主要考慮其在特定條件下的裂縫導流能力。影響支撐劑選擇的因素主要包括兩大方面：第一、地質(zhì)條件，包括溫度、巖石硬度、閉合壓力、目的層物性等；第二、工程條件，包括壓裂液性質(zhì)、泵注設備等。滑溜水壓裂起步階段，施工中并不加入支撐劑，后來在施工中加入了少量支撐劑，有效提高了裂縫的導流能力，取得了較好的收益［12］。

支撐劑沉降規(guī)律的研究國內(nèi)尚處于起步階段，工藝方面主要參考國外的經(jīng)驗，很多理論缺乏必要的試驗驗證。溫慶志［13］等通過實驗，模擬了縫寬、施工排量、支撐劑粒徑和壓裂液粘度等參數(shù)對于支撐劑沉降速度及水平運移速度的影響，并且建立了與之相關的修正系數(shù)表達式，此研究結果可以更好的確定合理的施工參數(shù)，為進一步提高壓裂水平奠定基礎。

4.3 粘土防膨劑的優(yōu)選

粘土防膨劑（又稱粘土穩(wěn)定劑），在油氣田開發(fā)中消耗量較大。粘土防膨劑主要作用是對粘土礦物進行防膨處理，防止粘土礦物因其水化膨脹導致的地層巖石強度降低以及堵塞巖石內(nèi)部空隙和喉道現(xiàn)象，從而防止儲集層滲透率不可逆轉(zhuǎn)的下降［14］。

無機鹽類粘土防膨劑主要使用KCl，其使用量為1.0%時，防膨率就可以達到80%以上。這是因為氯化鉀不僅提供了充分的陽離子濃度防止陽離子交換，壓縮使粘土膨脹的擴散雙電層，防止粘土膨脹、分散、運移。而且鉀離子的直徑（0.266nm）與粘土表面由6個氧原子圍成的內(nèi)切直徑0.28nm的空間相匹配，使它容易進入此空間而不易從此間釋出，有效地減少粘土表面的負電性。

有機聚陽離子聚合物類粘土防膨劑是含氮、磷和硫的聚合物，其作用原理是提供陽離子濃度防止陽離子交換，并且粘土粒子吸附后，在表面展開形成一層保護膜防止粘土粒子與外來液相接觸。它少量存在就有很好的防膨效果，并具有耐酸、耐鹽的優(yōu)點。

4.4 水鎖抑制劑的優(yōu)選

水鎖抑制劑的主要作用是為了減少壓裂液在地層的停留時間，它必須降低壓裂流體的表面張力，降低過高的毛細管力，從而抑制水鎖現(xiàn)象。產(chǎn)生水鎖現(xiàn)象的主要原因是在壓裂施工過程中，地層中滲入的壓裂液會使水的飽和度增加，其產(chǎn)生的兩相流動使得流動摩阻增大。如果地層壓力不能克服過高的毛細管力，就會出現(xiàn)水鎖現(xiàn)象。郭繼香［15］等通過實驗，研制的SDY水鎖抑制劑在吐哈柯柯亞致密氣藏取得了較好水鎖抑制效果，其防水鎖性能優(yōu)于吐哈目前使用的水鎖抑制劑，有望廣泛應用于致密油氣藏。

5 結論

國外對于滑溜水壓裂技術的研究已經(jīng)較為成熟，但是國內(nèi)尚處于起步上升階段，研究成果較少。與此同時，現(xiàn)場應用大部分還依賴國外技術，從而大大提高了開采成本，并且國內(nèi)與國外開采地區(qū)差異性較大，不適合照搬國外滑溜水壓裂技術?！俄搸r氣勘探開發(fā)“十二五”規(guī)劃》明確提出，到2015年我國頁巖氣產(chǎn)量達65×108m3，2020年建產(chǎn)600×108m3以上［16］，因此研發(fā)符合我國頁巖氣開采的滑溜水壓裂技術已迫在眉睫。

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