范宇恒，　肖勇軍，　郭興午，　余維初，4

（1.長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023；2.中國(guó)石油西南油氣田長(zhǎng)寧分公司，成都610056；3.中國(guó)石油西南油氣田頁(yè)巖氣研究院，成都610056；4.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢430100）

近年來(lái)，關(guān)于四川盆地南部下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖的研究越來(lái)越多，人們對(duì)頁(yè)巖氣的了解也更加深入，由中石油建成投產(chǎn)的四川長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)表明，中國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣這一非常規(guī)能源的研究、開(kāi)發(fā)已經(jīng)走上正軌[1]。長(zhǎng)寧區(qū)塊龍馬溪組頁(yè)巖自生脆性礦物含量較高，其中，石英、長(zhǎng)石平均含量為51.1%，有機(jī)碳含量普遍大于5%，頁(yè)巖孔隙度平均為4.07%，平均滲透率為0.028 mD，具備良好的壓裂潛力，有利于通過(guò)體積壓裂形成復(fù)雜裂縫[2-3]。長(zhǎng)寧H26平臺(tái)鉆探目的層為長(zhǎng)寧龍馬溪頁(yè)巖層，井場(chǎng)周邊人口密度大且位于山區(qū)，水資源寶貴。因此，在使用壓裂液的過(guò)程中需考慮其對(duì)儲(chǔ)層的傷害以及返排水的回收利用。在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中，如果選用合適的滑溜水體系，既能有效降低施工摩阻提高施工效率，又能減少對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的傷害，有利于氣井長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)[4-5]。鑒于長(zhǎng)寧H26平臺(tái)實(shí)際情況以及目前使用的滑溜水壓裂液存在著沒(méi)有充分考慮保護(hù)環(huán)境及儲(chǔ)層、抗鹽抗鈣抗鐵能力差的問(wèn)題，筆者所在團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種具有保護(hù)環(huán)境及儲(chǔ)層性能的清潔滑溜水壓裂液體系，其對(duì)裂縫導(dǎo)流能力影響較小，黏度低，在返排液中減阻性能良好，可以大幅降低壓裂施工摩阻，溶解速度快，實(shí)現(xiàn)即配即注的施工方案，可以大幅降低施工成本。

1　清潔滑溜水壓裂液體系的優(yōu)選

根據(jù)四川盆地南部下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖的特點(diǎn)[6-7]，結(jié)合施工需要，在經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)探索與研究后，最終研究出一種適合長(zhǎng)寧區(qū)塊的清潔滑溜水壓裂液體系。

1.1　減阻劑

減阻劑作為滑溜水壓裂液體系的核心助劑，在壓裂液中的含量一般在千分之一以下，必須具有良好的降低井筒摩阻的性能，才能降低施工壓力，滿足體積壓裂大排量施工以及加砂施工要求。因此，選用的減阻劑性能優(yōu)劣對(duì)于壓裂施工意義重大。在經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)后，優(yōu)選出一種適合長(zhǎng)寧區(qū)塊地層壓力系數(shù)高、井口施工壓力偏高地質(zhì)特點(diǎn)的減阻劑JHFR-2，其由水溶性單體（丙烯酸類、丙烯酰胺類、丙烯酸酯類、丙烯酸鹽類、磺酸鹽類）、含氟丙烯酸酯、互溶劑（醇）、表面活性劑/分散劑（聚丙烯銨鹽）和無(wú)機(jī)銨鹽在水中通過(guò)自由基引發(fā)分散聚合而獲得，減阻性能優(yōu)異；減阻劑分子含有陽(yáng)離子基團(tuán)，與返排水中含有的陽(yáng)離子互相排斥，從而能起到抗鹽抗鈣的作用，在海水和返排水中也能迅速起效；在合成減阻劑的成分選取上去除了對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，全部采用至少達(dá)到FDA GRAS(generally regarded as safe)安全標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)，盡可能地降低產(chǎn)品的毒性。JHFR-2減阻劑聚合物的分子鏈隨著湍流的程度提高沿著流體運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生拉伸變形，儲(chǔ)存能量、釋放后保持流體本應(yīng)具備的動(dòng)能，從而減少高速流動(dòng)過(guò)程中溶液與管路的摩擦阻力，達(dá)到減阻效果。經(jīng)過(guò)室內(nèi)性能評(píng)價(jià)，最終確定劑量為0.1%。

1.1.1返排液中減阻性能

為了節(jié)約水資源以及實(shí)現(xiàn)返排水的循環(huán)利用，油田目前多采用返排水配制滑溜水壓裂液，因此需要考慮減阻劑在返排液中的減阻性能。在室內(nèi)采用JHJZ-I高溫高壓動(dòng)態(tài)減阻評(píng)價(jià)系統(tǒng)測(cè)試0.1%JHFR-2在長(zhǎng)寧平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)返排液中的減阻效果，測(cè)試時(shí)流量為30 L/min，測(cè)試管徑為10 mm，返排水為氯化鈣水型，總礦化度為21 570 mg/L，其中Ca2+含量為161.45 mg/L；Mg2+含 量 為 13.31 mg/L；Na+、K+含量為8 044.01 mg/L；Cl－含量為12 435.34 mg/L；SO4

2-含量為27.84 mg/L；HCO3-含量為792.83 mg/L，結(jié)果如圖1所示。測(cè)試結(jié)果表明，使用現(xiàn)場(chǎng)返排液配制的減阻劑溶液的減阻率最高能達(dá)70%，說(shuō)明該減阻劑在返排水這種復(fù)雜水質(zhì)環(huán)境條件下也能表現(xiàn)出良好的減阻性能。

圖1　返排水配制的滑溜水減阻率與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.1.2巖心傷害

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，因減阻劑分子聚團(tuán)沉積在壓裂形成的新儲(chǔ)層裂縫中，造成了嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害，有可能導(dǎo)致油氣產(chǎn)量下降。因此，在選用壓裂液前，必須考慮對(duì)儲(chǔ)層的傷害情況，需對(duì)壓裂液體系進(jìn)行人造巖心儲(chǔ)層傷害實(shí)驗(yàn)。JHFR-2分子中有分散劑存在，該分散劑在減阻劑分子聚合過(guò)程中能起到幫助成核的作用，在聚合后能起到穩(wěn)定膠體的作用，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)使得其不需破膠劑即能自動(dòng)返排，對(duì)儲(chǔ)層滲透率幾乎沒(méi)有傷害。選擇了3種不同類型減阻劑進(jìn)行巖心傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可看出，粉末減阻劑和國(guó)外乳液減阻劑對(duì)巖心滲透率恢復(fù)率分別為8.6%和0.30%，而JHFR-2減阻劑對(duì)巖心滲透率恢復(fù)率為91.9%，對(duì)儲(chǔ)層傷害極低。

表1　不同減阻劑對(duì)巖心氣相滲透率恢復(fù)值測(cè)試

1.1.3生物毒性

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 111—2007《油田化學(xué)劑、鉆井液生物毒性分級(jí)及檢測(cè)方法發(fā)光細(xì)菌法》和SY/T 6788—2010《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)方法》，根據(jù)發(fā)光細(xì)菌法評(píng)價(jià)了滑溜水的生物毒性，結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯?，JHFR-2為無(wú)毒，而某油基乳液減阻劑和某粉末減阻劑分別為微毒與中毒。

表2　不同減阻劑的生物毒性

1.2　滑溜水多功能處理劑

在滑溜水壓裂液體系中，除了添加減阻劑核心助劑保證施工順利外，通常還需加入黏土穩(wěn)定劑和助排劑等添加劑，但目前市面常見(jiàn)的黏土穩(wěn)定劑和助排劑在施工時(shí)需要分別加入，給施工帶來(lái)不便。為此研發(fā)出一種新型的滑溜水多功能處理劑JHFD-2，其由水溶性氟碳類表面活性劑和水溶性季銨鹽類黏土穩(wěn)定劑復(fù)配得到，同時(shí)具備防膨和助排的功能。其性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　不同添加劑的表面張力與膨脹體積

實(shí)驗(yàn)室測(cè)得清水的表面張力為72 mN/m，膨脹體積為9.2 mL，在加入JHFD-2后表面張力與膨脹體積降低明顯，表明其具有良好的表面活性和防膨性能；滑溜水的表面張力和膨脹體積與JHFD-2溶液幾乎相同，表明JHFR-2與JHFD-2配伍性良好。

1.3　滑溜水體系性能

經(jīng)過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，最終優(yōu)選出來(lái)的滑溜水配方為：0.1%JHFR-2+0.2%JHFD-2。按照上述配方配制的滑溜水壓裂液的pH值為6.5；運(yùn)動(dòng)黏度為1.3 mm2/s，黏度較低，有助于液體返排；表面張力為24.1 mN/m，膨脹體積為2.80 mL；返排水中降阻率為70.1%；巖心滲透率保持率為91.9%；生物毒性EC50值為1.89×106mg/L；地層溫度下，與返排水混合放置12 h無(wú)沉淀物，無(wú)絮凝物，無(wú)懸浮物。

2　在長(zhǎng)寧H26平臺(tái)4井的應(yīng)用

長(zhǎng)寧H26-4水平井位于四川省宜賓市興文縣毓秀苗族鄉(xiāng)鯢源村6組，構(gòu)造位置為長(zhǎng)寧背斜構(gòu)造中奧頂構(gòu)造南翼，完鉆井深4 830 m，完鉆層位為龍馬溪組，采用φ139.7 mm套管完井，水平段長(zhǎng)1 500 m。該井設(shè)計(jì)壓裂23段，壓裂施工井段為3 220～4 768 m，段長(zhǎng)1 548 m，有效孔隙度為5.0%，礦物脆性為57%，壓力系數(shù)為1.9，地層溫度為106.70 ℃（4 820 m），采用大通徑橋塞作為分段工具，采用JHFR清潔滑溜水壓裂液體系，支撐劑采用70/140目石英砂+40/70目陶粒組合，設(shè)計(jì)施工排量大于13.5 m3/min，采用段塞式加砂模式，單段液量設(shè)計(jì)1 800～2 000 m3，單段砂量為80～120 t。

H26-4井于2017年9月22日開(kāi)始進(jìn)行第一段壓裂施工，2017年11月3日進(jìn)行第23段壓裂施工，壓裂液的配制工藝是連續(xù)在線混配注入工藝。該井注入壓裂液及酸43 821.62 m3，其中滑溜水43 162.62 m3，線性膠459 m3，交聯(lián)液180 m3，12%鹽酸20 m3；加入支撐劑2 396.96 t，其中70/100目石英砂749.6 t，40/70目陶粒1647.25 t。施工排量為12.0～14.1 m3/min，施工壓力為63.3～78.2 MPa，最高施工壓力為84.3 MPa，破裂壓力為69.1～84.3 MPa，停泵壓力為47.0～54.3 MPa。

H26-4井總計(jì)壓裂23段，平均單段注入液體1 905.29 m3，單段加砂量為63.57～125.17 t，平均為104.2 t。由于壓裂過(guò)程中加入濃度不同，導(dǎo)致表現(xiàn)出的降阻率介于60.3%～79.3%之間，如在第2段壓裂施工中表現(xiàn)出了79.3%的降阻率，第2段壓裂施工曲線如圖2所示。施工過(guò)程中，因第2段壓裂后套管變形，不能下入橋塞分段工具，故第3、4、5、6段采用了投球和暫堵7次8個(gè)段塞的加砂壓裂，如圖3所示。第3、4、5、6段合壓壓裂連續(xù)施工近12 h，8個(gè)段塞加砂壓裂注入壓裂液7 880.11 m3（其中滑溜水7 820.11 m3，線性膠60 m3），加入支撐劑400.43 t，加砂濃度最大為180 kg/m3，平均為133.55 kg/m3，施工排量為12.0～14.1 m3/min，壓力為69.7～76.3 MPa，其降阻率達(dá)到73.9%。

圖2　平臺(tái)4井第2段壓裂施工曲線

圖3　平臺(tái)4井第3、4、5、6段合壓壓裂施工曲線

在長(zhǎng)寧H26-4水平井壓裂過(guò)程中，施工壓力降低明顯，且壓力平穩(wěn)，有助于大排量壓裂施工；通過(guò)在線由混砂車比例泵按比例抽取減阻劑與多功能添加劑于混砂槽中加入即成壓裂液，實(shí)現(xiàn)了在線自動(dòng)化配制滑溜水，提高了壓裂施工效率；該體系完全滿足長(zhǎng)時(shí)間大液量大砂量的頁(yè)巖氣井壓裂。

3　結(jié)論

1．清潔滑溜水壓裂液體系具有降阻率高，能有效降低施工摩阻；溶解速度快，滿足連續(xù)在線混配施工的要求；與返排水相適應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

2．長(zhǎng)寧H26-4水平井的現(xiàn)場(chǎng)施工情況表明，清潔滑溜水壓裂液體系能適應(yīng)長(zhǎng)寧區(qū)塊頁(yè)巖儲(chǔ)層滲透率低、厚度大及地層壓力高等特點(diǎn)，并能夠完全滿足大液量大砂量的頁(yè)巖氣井壓裂施工。