孫友宏，沈奕鋒，張國彪，李 冰，黃 峰，齊 赟，單恒豐，金 芳

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

天然氣水合物是一種重要的潛在高效清潔油氣接替資源[1]。近年來世界多國都開展了水合物試采[2-3]，中國南海神狐海域水合物試采也取得重要突破[4-5]，但各國試采工程普遍存在單井產(chǎn)氣量低、開采范圍小、穩(wěn)產(chǎn)時間短等問題，距商業(yè)化開采要求差距較大，迫切需要增產(chǎn)技術(shù)。水平井壓裂技術(shù)的進步使得頁巖氣等低滲透油氣藏實現(xiàn)了油氣增產(chǎn)和商業(yè)化開發(fā)[6]，與頁巖氣藏類似，儲層低滲性是制約天然氣水合物產(chǎn)氣量提升的關(guān)鍵因素之一，因此水合物礦藏的水力壓裂逐漸成為了研究熱點。目前，一些研究學(xué)者圍繞水合物儲層裂縫起裂-擴展規(guī)律[7-11]、壓裂改造后產(chǎn)能評價[12-16]等方面開展了研究。通過試驗證實水力壓裂技術(shù)可在高飽和度水合物儲層內(nèi)構(gòu)建裂縫通道[7-11]，通過數(shù)值模擬方法證明水力壓裂能有效提高天然氣水合物產(chǎn)能[12-16]，但相關(guān)研究極少考慮水合物分解引起儲層力學(xué)變化對壓裂改造的影響。相比于成巖的頁巖氣儲層，中國南海水合物儲層為泥質(zhì)粉砂型，弱膠結(jié)、未成巖[4-5]，水力壓裂造縫難度大，且在水合物分解過程中儲層強度逐漸下降，易發(fā)生支撐裂縫閉合、導(dǎo)流能力衰退等問題，甚至?xí)斐蓛痈脑焓В毫迅脑煸鰸B的有效性和長效特征不清，而且水合物儲層經(jīng)過改造后弱化了水合物儲層結(jié)構(gòu)，增大了井內(nèi)涌沙和發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險。筆者提出可同時實現(xiàn)海底水合物儲層強化和增滲的雙增改造概念，研發(fā)一種海底水合物儲層雙增改造漿液，測試漿液的黏度及其固結(jié)體的固化時間、滲透性、強度和導(dǎo)流能力等性能，提出相應(yīng)的施工工藝。

1 海底水合物儲層雙增改造概念

如圖1所示，通過井筒向水合物儲層高壓劈裂注入雙增改造漿液，在儲層內(nèi)部形成漿液填充的復(fù)雜縫網(wǎng)，在儲層溫壓環(huán)境下該漿液可快速固化形成多孔高滲高強的骨架：一方面該骨架可作為氣水產(chǎn)出的高速滲流通道，增大儲層滲透性；另一方面該骨架與地層有較強的膠結(jié)作用，可起到骨架支撐作用，增加儲層穩(wěn)定性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對海底水合物儲層的雙增改造。

為達到海底水合物儲層雙增改造的目標(biāo)，結(jié)合漿液注入施工要求和中國南海水合物儲層性質(zhì)，分析了漿液及固結(jié)體應(yīng)具備的基本性能。以中國神狐海域第一次試采區(qū)水合物儲層為例[4]，儲層弱膠結(jié)、未成巖，為泥質(zhì)細粉砂沉積物，儲層滲透率在(1.5～2.9)×10-3μm2，試采區(qū)水深1 295 m，水合物賦存在海底以下201～251 m，儲層孔隙壓力約為15 MPa，儲層溫度約為15 ℃，由于缺乏現(xiàn)場實測原位地應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過地層骨架顆粒密度和深度計算得到，儲層有效地應(yīng)力約為2.5 MPa?？紤]到漿液可注性，漿液應(yīng)具有低摩阻、低黏度和固化時間可控的特點，漿液黏度應(yīng)與常規(guī)壓裂液相當(dāng)，漿液固化時間應(yīng)大于改造施工作業(yè)時間；為達到水合物儲層強化和增滲的效果，漿液需在儲層溫壓環(huán)境下快速固化，形成高滲高強的固結(jié)體，考慮到水合物增產(chǎn)效果，固結(jié)體滲透性需高于儲層滲透性3個數(shù)量級以上，大于3 μm2；由于漿液固化后生成多孔骨架需承受儲層內(nèi)部有效地應(yīng)力ps，也稱閉合壓力pc，而在降壓開采過程中地層孔隙壓力pw降低，會導(dǎo)致有效地應(yīng)力ps增大，閉合壓力pc也相應(yīng)增大，因此為保證多孔骨架滲流通道的暢通，固結(jié)體抗壓強度需大于初始有效地應(yīng)力+降壓幅度，以中國神狐海域第一次試采區(qū)水合物儲層為例，降壓幅度為4 MPa時固結(jié)體最大抗壓強度需大于6.5 MPa。

圖1 海底水合物儲層雙增改造概念圖Fig.1 Conceptual diagram of dual function stimulation for submarine hydrate reservoir

2 試 驗

2.1 漿液組成

儲層雙增改造漿液主要由基液A、基液B、增滲劑、反應(yīng)控制劑、增強劑和降黏劑組成。其中基液A(酸酯類)與基液B(醇類)可在低溫高壓環(huán)境下進行聚合、交聯(lián)和固化生成聚氨酯基質(zhì)材料，增滲劑用于聚氨酯基質(zhì)材料的造孔增滲，反應(yīng)控制劑和增強劑用于控制酸酯類和醇類的反應(yīng)速率以及聚合交聯(lián)程度，降黏劑用于調(diào)節(jié)漿液的黏度。

2.2 漿液和固結(jié)體樣品制備

將基液B、增滲劑、反應(yīng)控制劑、增強劑和降黏劑依次按照一定的比例加入攪拌容器，使用雙軸變頻高速攪拌機(轉(zhuǎn)速為1 000 r/min)混拌均勻，加入一定質(zhì)量的基液A并混拌均勻，并倒入Φ39 mm×80 mm的聚四氟乙烯模具中固化。為模擬海域水合物儲層溫壓環(huán)境，將模具放入低溫(10 ℃)反應(yīng)釜中，并加壓至15 MPa進行固化。

2.3 漿液性質(zhì)測試

采用用于測試鉆井液密度的比重稱測定了漿液密度，采用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(轉(zhuǎn)速為170 s-1)測定了漿液的表觀黏度。

2.4 固結(jié)體滲透性和三軸力學(xué)強度測試

待漿液在低溫高壓環(huán)境中固化48 h后，取出固結(jié)體，分別測試固結(jié)體的滲透性和三軸力學(xué)強度。采用常規(guī)巖心夾持器測試固結(jié)體的滲透性，定量注入蒸餾水測量固結(jié)體兩端差壓值，利用液體達西公式計算固結(jié)體的滲透性；采用低溫高壓三軸儀(GCTS)進行三軸力學(xué)強度測試，施加的圍壓分別為4、6和10 MPa，應(yīng)變速率為0.001 min-1。

2.5 水合物分解過程中固結(jié)體導(dǎo)流能力測試

固結(jié)體導(dǎo)流能力測試采用自主研發(fā)的水合物儲層裂縫導(dǎo)流儀(圖2)。該儀器可模擬水合物儲層溫壓條件，能實現(xiàn)原位生成水合物，可施加不同閉合壓力進行氣/液測水合物儲層中支撐裂縫或固結(jié)體的導(dǎo)流能力，導(dǎo)流室按照API標(biāo)準設(shè)計。

圖2 水合物儲層裂縫導(dǎo)流儀示意圖Fig.2 Schematic diagram of fracture conductivity evaluation system for hydrate reservoir

水合物合成前，配制了2塊與南海水合物試采區(qū)沉積物礦物成分、孔隙度等相似的2 cm厚度沉積物，具體參數(shù)如表1所示，并制備了與導(dǎo)流室內(nèi)部尺寸一致的1 cm厚度固結(jié)體，如圖3所示。隨后，將沉積物和固結(jié)體裝填至導(dǎo)流室中，固結(jié)體置于兩塊沉積物中間(圖2(b))，并施加約1 MPa的閉合壓力，使沉積物和固結(jié)體緊密貼合。連接好導(dǎo)流儀各部件，注入高壓甲烷氣體，降溫至1.8 ℃，進行水合物生成。當(dāng)導(dǎo)流室內(nèi)溫度和壓力維持12 h不變時，視為水合物合成結(jié)束，生成的含水合物沉積物性質(zhì)如表1所示。

表1 試驗結(jié)果與沉積物S性質(zhì)比較

圖3 固結(jié)體實物Fig.3 Consolidated body

水合物生成后，進行導(dǎo)流能力測試。首先，為保證水合物不發(fā)生分解，將導(dǎo)流室出口背壓閥調(diào)至約4.5 MPa，并施加不同有效閉合壓力進行導(dǎo)流能力測試，定量注入預(yù)冷的CH4氣體(10 L/min)測量導(dǎo)流室差壓值，利用氣體達西公式kWf=2p0Q0μL/(w(p12-(p1-Δp)2))計算固結(jié)體導(dǎo)流能力。其中kWf為固結(jié)體導(dǎo)流能力，μm2·cm；k為固結(jié)體滲透率，μm2；Wf為固結(jié)體厚度，cm；p0為大氣壓力，0.1 MPa；L為樣品長度，cm；μ為試驗溫度條件下氣體黏度，mPa·s；Q0為大氣壓力下流量，cm3/s；w為導(dǎo)流室內(nèi)腔寬度，cm；p1為導(dǎo)流室壓力，0.1 MPa；Δp為壓差，0.1 MPa。

然后，開展水合物逐步緩慢分解，保持有效閉合壓力不變，調(diào)節(jié)背壓閥使導(dǎo)流室壓力快速降至2.5 MPa，并關(guān)閉出口截止閥，在該壓力條件下，水合物會發(fā)生分解，導(dǎo)致導(dǎo)流室壓力逐步上升(圖4)，最終達到水合物穩(wěn)定壓力，當(dāng)導(dǎo)流室壓力維持約1 h不變時，調(diào)節(jié)背壓至穩(wěn)定壓力，定量注入預(yù)冷的CH4氣體測試導(dǎo)流能力。

最終，循環(huán)上述操作，直至水合物完全分解。

圖4為測試過程中導(dǎo)流室溫度和壓力變化情況，壓力略有升高處為導(dǎo)流能力測試階段，水合物分解前，在閉合壓力為0.9、2.5、4.5和6.5 MPa的條件下測試固結(jié)體導(dǎo)流能力；水合物分解過程中保持6.5 MPa的閉合壓力不變，進行7次水合物降壓分解，每次壓力穩(wěn)定后進行導(dǎo)流能力測試。

圖4 固結(jié)體導(dǎo)流能力測試過程中導(dǎo)流室溫度和壓力變化Fig.4 Evolution of temperature and pressure in diversion chamber during conductivity measurement of consolidated body

2.6 核磁共振成像和紅外光譜表征

對固結(jié)體進行飽和水24 h后取出，利用蘇州紐邁公司生產(chǎn)的低場核磁共振分析儀進行成像分析，該儀器磁場強度為0.5 T，成像分辨率為100 μm。采用傅里葉紅外光譜儀對固結(jié)體分子結(jié)構(gòu)進行表征，掃描次數(shù)為32，分辨率為4 cm-1，測定區(qū)間為400 ～ 4 000 cm-1。

3 儲層雙增改造漿液及固結(jié)體性能

3.1 漿液主要物理性能

配制好的漿液為棕黃色多相混合物，漿液密度為1.68 g/cm3，略低于固井用水泥漿密度(1.78～1.98 g/cm3)，高于鉆井液和水基壓裂液密度(1.0～1.2 g/cm3)。漿液黏度隨著降黏劑添加量增多而降低，由初期未加降黏劑時460 mPa·s降至加入10%降黏劑時50 mPa·s，而常用的胍膠壓裂液黏度一般在50～600 mPa·s[17-18]，表明漿液黏度能夠滿足儲層改造過程中泵送注入要求。與壓裂液不同的是，配制好的漿液會緩慢發(fā)生聚合交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致黏度逐漸增大，最終失去流動性，因此將漿液失去流動性時間定義為初期固化時間，漿液聚合交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束時間定義為完全固化時間。漿液的初期固化時間與反應(yīng)控制劑和增強劑的添加量相關(guān)，在10 ℃溫度環(huán)境下初期固化時間為30～360 min，完全固化時間為18～24 h。對于埋深大于3 500 m頁巖氣水平井多段壓裂來說，根據(jù)壓裂施工曲線可以得知注前置液、注攜砂液、注頂替液等壓裂工序的施工時間一般少于160 min，其中注攜砂液時間約占2/3[19]，由于注入的雙增改造漿液自生多孔骨架支撐裂縫，無需注攜砂液，因此漿液固化時間能基本滿足水合物儲層改造作業(yè)要求。

3.2 固結(jié)體孔滲特性

固結(jié)體孔滲特性關(guān)系著水合物儲層改造的增滲效果，圖5為固結(jié)體滲透性隨增滲劑ZK-1體積分數(shù)的變化。在加入相同增滲劑情況下，由于聚合交聯(lián)反應(yīng)和物相分布特征的不同，滲透性會略有差異，圖中滲透率為5組固結(jié)體樣品的平均值。當(dāng)加入增滲劑的體積分數(shù)大于66%后，固結(jié)體滲透性發(fā)生了突變，升至高于4.3 μm2，這主要是由孔隙連通性的改變造成的。當(dāng)增滲劑體積分數(shù)低于66%時，由于漿液各物相混拌較均勻，造孔劑較難相互接觸，固化后多生成閉孔隙，孔隙連通性差。當(dāng)造孔劑體積分數(shù)高于66%時，造孔劑能相互接觸，因此固化后形成了相互連通的孔隙，滲透性出現(xiàn)陡升現(xiàn)象。根據(jù)固結(jié)體滲透性隨增滲劑體積分數(shù)變化曲線，最終確定增滲劑添加量為70.8%，此時固結(jié)體滲透性平均為5.75 μm2，相較于南海神狐海域水合物儲層滲透[4-5]性提高了3個數(shù)量級，采用該漿液改造后生成的多孔骨架可顯著提高儲層滲透率，提高壓降傳遞范圍以及開采效率。

圖5 固結(jié)體滲透性隨增滲劑體積分數(shù)的變化Fig.5 Variation of consolidated body permeability with volume fraction of permeability enhancer

為測量固結(jié)體孔隙連通性，對固結(jié)體進行飽水處理，并采用水驅(qū)的方法充分排出固結(jié)體內(nèi)增滲劑，通過核磁共振技術(shù)測試實際孔隙度，并進行成像分析。測試的實際孔隙度為68.2%，與理論孔隙度70.8%存在較小差異，表明大量增滲劑都生成了孔隙，固結(jié)體內(nèi)孔隙連通性較好。圖6為核磁成像偽彩圖，圖中紅色和綠色代表含水的孔隙分布情況，紅色代表此處孔隙發(fā)育較好。核磁成像結(jié)果顯示，固結(jié)體內(nèi)孔隙發(fā)育相對均勻，樣品上下孔隙分布基本無差別，孔隙連通性較好。

圖6 固結(jié)體核磁共振成像Fig.6 Nuclear magnetic resonance imaging of consolidated body

3.3 固結(jié)體力學(xué)特性

不同圍壓下固結(jié)體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖7所示?？傮w來看，固結(jié)體呈現(xiàn)彈塑性變形及明顯的應(yīng)變?nèi)趸匦?。在施加?yīng)變初期，固結(jié)體被壓縮，應(yīng)力近似呈現(xiàn)線性增長，為線彈性階段；之后應(yīng)力增長越來越緩慢，并達到峰值，固結(jié)體內(nèi)部微裂紋會不斷萌生、演化和發(fā)展，發(fā)生塑性變形；當(dāng)應(yīng)力到達峰值后，繼續(xù)施加應(yīng)變，內(nèi)部裂紋逐漸貫通，固結(jié)體呈現(xiàn)脆性斷裂破壞(圖8)，出現(xiàn)應(yīng)變?nèi)趸F(xiàn)象。含水合物的泥質(zhì)粉砂沉積物呈現(xiàn)應(yīng)變強化現(xiàn)象[20-21]，一般巖石呈現(xiàn)應(yīng)變?nèi)趸F(xiàn)象[22]，因此固結(jié)體與巖石較為類似，與泥質(zhì)粉砂沉積物有較大差異。這主要是由樣品膠結(jié)程度不同引起的，說明固結(jié)體內(nèi)部膠結(jié)性較好，采用該漿液改造后，漿液會與沉積物有一定的膠結(jié)性，可增大水合物儲層的穩(wěn)定性，能有效解決常規(guī)壓裂改造產(chǎn)生裂縫弱化儲層的問題。由圖7可以明顯看出，隨著圍壓的增大，固結(jié)體承受的最大抗壓強度逐漸升高，由圍壓4 MPa時的9.15 MPa升至圍壓10 MPa時的19.05 MPa，表明固結(jié)體具有良好機械力學(xué)強度，能夠滿足雙增改造的強度要求。需要說明的是，固結(jié)體最大抗壓強度與圍壓近似呈線性關(guān)系，這與巖石類似，圍壓導(dǎo)致固結(jié)體內(nèi)部顆粒間摩擦力和咬合力增強，從而增加了試樣抗壓強度。

圖7 不同圍壓下固結(jié)體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與最大抗壓強度Fig.7 Stress-strain curve and maximum compressive strength of consolidated body under different confining pressures

為研究固結(jié)體抗剪強度，基于擬合的最大抗壓強度與圍壓間線性關(guān)系，依據(jù)摩爾-庫倫準則繪制固結(jié)體的莫爾圓及強度包絡(luò)線，并得到其內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力值，如圖9所示。固結(jié)體的黏聚力為1.3 MPa，內(nèi)摩擦角為14.04°，且固結(jié)體剪切力隨著主應(yīng)力增大而增大，說明固結(jié)體具有一定的抗剪強度，能有效保證多孔骨架滲流通道暢通，難以發(fā)生斷裂。需要說明的是，固結(jié)體的黏聚力高于中國神狐海域含水合物的海底粉質(zhì)黏土沉積物(0.09～0.97 MPa)[20]和含水合物的泥質(zhì)粉砂沉積物(0.15～1.25 MPa)[21]，且高于復(fù)配的黏土質(zhì)粉砂巖(1.15 MPa)[23]?？紤]到水合物分解后沉積物剪切強度會顯著降低[24-25]，采用該漿液改造后，生成的多孔骨架能有效提高水合物儲層強度，增大水合物分解后儲層穩(wěn)定性。

圖8 固結(jié)體斷裂破壞照片F(xiàn)ig.8 Fracture failure photo of consolidated body

圖9 固結(jié)體試樣的莫爾圓及其強度包絡(luò)線Fig.9 Mohr circle and its strength envelope of consolidated body

圖10 不同圍壓下固結(jié)體彈性模量與泥質(zhì)粉砂水合物樣品彈性模量對比Fig.10 Comparison of elastic modulus between consolidated body and argillaceous silt hydrate sample under different confining pressures

固結(jié)體剛度跟骨架滲透通道抵抗閉合壓力保持高滲透性的能力相關(guān)，一般用彈性模量來衡量?？紤]固結(jié)體在變形過程中模量一直發(fā)生變化，選用切線模量E50表示樣品的平均剛度，圖10為固結(jié)體在不同圍壓條件下的切線模量。從圖中看出，固結(jié)體彈性模量在250～410 MPa，圍壓的升高導(dǎo)致彈性模量先升高后變化不大。有研究表明含水合物沉積物彈性模量受圍壓、沉積物孔隙度、顆粒、礦物組成以及水合物-氣-水三相飽和度的影響，變化較大[26-27]，本文中選取圍壓相當(dāng)?shù)暮衔锍练e物進行對比。從圖10看出，固結(jié)體的彈性模量高于中國神狐海域含水合物的海底粉質(zhì)黏土沉積物(16～32 MPa)[20]，與含水合物的泥質(zhì)粉砂沉積物(約450 MPa)[21]和復(fù)配的黏土質(zhì)粉砂巖(約500 MPa)[23]基本相當(dāng)。這種現(xiàn)象表明相較于泥質(zhì)粉砂水合物儲層，在閉合壓力作用下多孔骨架變形量較小，能有效保證滲流通道維持高導(dǎo)流能力。

3.4 水合物分解過程中固結(jié)體導(dǎo)流能力演化規(guī)律

裂縫系統(tǒng)的導(dǎo)流能力是評價儲層改造施工效果的重要參數(shù)，使用該漿液進行水合物儲層改造后在裂縫內(nèi)形成多孔骨架支撐。為評價雙增改造對水合物儲層的增滲效果，利用自研的水合物儲層裂縫導(dǎo)流儀測試水合物分解過程中固結(jié)體導(dǎo)流能力的變化，結(jié)果見圖11。由于水合物賦存在海底淺層，有效地應(yīng)力較小，本文中以中國南海第一次試采區(qū)水合物儲層為例，有效地應(yīng)力約為2.5 MPa。因此水合物分解前多孔骨架承受閉合壓力約為2.5 MPa，而在降壓開采過程中，由于地層孔隙壓力的下降導(dǎo)致多孔骨架承受閉合壓力增大，當(dāng)降壓幅度為4 MPa時，閉合壓力約為6.5 MPa。因此為模擬水合物在降壓幅度為4 MPa的條件下分解，在保證有效閉合壓力6.5 MPa不變的條件下測試水合物分解過程中固結(jié)體導(dǎo)流能力。水合物分解前，隨著閉合壓力的增大固結(jié)體導(dǎo)流能力有所降低，可能是由固結(jié)體被壓縮、滲流通道變小造成的。相似的是，水力壓裂形成的支撐裂縫也具有這種規(guī)律，隨著閉合壓力增大支撐劑充填層會被壓實，且存在支撐劑嵌入地層的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致導(dǎo)流能力衰減[28]。在水合物分解前期(1～4次)后，固結(jié)體導(dǎo)流能力基本不變，這充分證明采用此漿液改造后，水合物分解引起的儲層弱化并不會對固結(jié)體的短期導(dǎo)流能力有所傷害。令人振奮的是，隨著水合物分解的進行，固結(jié)體導(dǎo)流能力突然升高，這可能跟增滲劑排出導(dǎo)致滲流空間增大相關(guān)。在水合物分解過程中，分解水產(chǎn)出會攜帶部分增滲劑排出增大了滲流空間，進而導(dǎo)致了固結(jié)體導(dǎo)流能力升高。這一現(xiàn)象表明雙增改造的紅利會在水合物分解后會進一步增大，這是相較于水力壓裂的優(yōu)勢之處。

圖11 水合物分解過程中固結(jié)體導(dǎo)流能力變化Fig.11 Variation law of consolidated body conductivity during hydrate decomposition

3.5 固結(jié)體力學(xué)特性

圖12 固結(jié)體的紅外光譜圖Fig.12 Infrared spectrum of consolidated body

綜上IR分析可知，漿液在低溫高壓條件下固化形成了聚醚型聚氨酯，該聚氨酯分子結(jié)構(gòu)中存在極性強的氨基甲酸酯和脲基，且含有剛性強的苯環(huán)，這些基團會與亞氨基形成氫鍵，起到物理交聯(lián)作用。此外，在漿液固化過程中，基液A與基液B反應(yīng)，形成了化學(xué)交聯(lián)鍵，提高了聚氨酯交聯(lián)程度。因此物理交聯(lián)、化學(xué)交聯(lián)和剛性苯環(huán)的存在使得固結(jié)體在較高的孔隙度條件下仍具有良好的機械力學(xué)性能。但低溫環(huán)境使得基液A未能全部參與反應(yīng)，說明固結(jié)體的機械力學(xué)性能仍可通過改善化學(xué)反應(yīng)程度得到進一步提高。

4 儲層雙增改造漿液施工工藝

結(jié)合儲層雙增改造漿液的性能參數(shù)，提出了雙增改造漿液的施工工藝，如圖13所示。

(1)配制漿液。向攪拌罐依次加入基液B、反應(yīng)控制劑、增強劑、降黏劑和增滲劑，混拌2 h以上至均勻為止，待進行雙增改造施工時，將基液A加入攪拌罐，混拌均勻即完成儲層雙增改造漿液的配置，為防止?jié){液固化，配置完成后需立即進行注漿。

(2)雙增改造水合物儲層。雙增改造漿液可直接進行劈裂改造注入地層(圖13(a))，利用高壓泵車將漿液在高于地層破裂壓力的泵壓下快速注入地層，劈裂產(chǎn)生縫網(wǎng)，當(dāng)造縫效果和漿液注入量達到設(shè)計值時停泵；也可在常規(guī)壓裂液壓開裂縫后注入地層，利用高壓泵車向地層注入壓裂液進行預(yù)壓造縫(圖13(b))，待造縫滿足設(shè)計要求后停泵，將雙增改造漿液快速注入地層預(yù)壓裂縫中(圖13(c))，漿液注入量達到設(shè)計值時停泵。需要注意的是，配漿和注漿過程需連續(xù)進行，如需中途停泵，停泵時間不超過2 h，注漿時間盡量在6 h內(nèi)。

(3)注入頂替液。向井筒內(nèi)快速注入頂替液(圖13(d))，此過程盡量在1 h內(nèi)完成，頂替液可以是油類物質(zhì)或者氣體，使井筒內(nèi)雙增改造漿液全部進入儲層后，停泵、關(guān)井、憋壓。

(4)漿液固化。關(guān)井憋壓24～48 h，使雙增改造漿液充分聚合、交聯(lián)和固化，逐漸形成支撐骨架縫網(wǎng)(圖13(e))，增大了水合物儲層穩(wěn)定性。

(5)降壓開采。漿液固化后降壓開采水合物(圖13(f))，增滲劑隨分解氣和水同時產(chǎn)出，多孔骨架導(dǎo)流能力逐步增大，氣/水通過多孔骨架快速產(chǎn)出，提高水合物儲層滲透性。

圖13 儲層雙增改造漿液施工工藝Fig.13 Construction technology for dual-increasing stimulation slurry

5 結(jié) 論

(1)儲層雙增改造可同時實現(xiàn)海底水合物儲層強化和增滲，有利于天然氣水合物的安全高效開發(fā)。

(2)以聚氨酯材料作為基質(zhì)的雙增改造漿液，其黏度和固化時間可滿足注入要求，其固結(jié)體滲透性好、力學(xué)性能強，且形成的多孔骨架通道在水合物分解過程中能保持良好的導(dǎo)流能力，可滿足同時實現(xiàn)儲層強化和增滲的要求。漿液并未完全反應(yīng)，固結(jié)體的性能通過改變配比仍可進一步提升。

(3)雙增改造漿液的施工工藝包括配制漿液、雙增改造水合物儲層、注入頂替液、漿液固化和降壓開采。