低溫壓裂液在煤層氣井的應(yīng)用

徐金明，胡婭婭，李 佳，袁 冬，劉 聰，曹 鍇，強 剛

（中原井下特種作業(yè)處，河南濮陽 457164）

山西晉城部分煤層氣井埋深500～700 m，油層溫度20～40℃，屬于淺層低溫氣藏，且儲層具有低孔、低滲，自然產(chǎn)能低的特征，因此需通過壓裂改造以實現(xiàn)開采價值。要求壓裂液不僅具有造縫、攜砂的性能，更重要的是施工結(jié)束后壓裂液要盡快破膠水化返排，以減少液體長期滯留地層造成的儲層傷害[1-3]。因此，低溫壓裂液配方的關(guān)鍵在于解決低溫破膠水化問題。

1 低溫壓裂液配方

1.1 稠化劑

由于交聯(lián)凍膠壓裂液具有攜砂性能好、造縫性能好特點，它在油氣藏壓裂中得到廣泛應(yīng)用。而對于煤儲層來講，攜砂造縫固然重要，但如何減小傷害也是一個很重要的問題。室內(nèi)依據(jù)石油天然氣行業(yè)標準《壓裂用植物膠通用技術(shù)要求》SY/T5764-2007對稠化劑進行性能檢測，依據(jù)表1評價結(jié)果，選擇水不溶物較低的改性瓜膠XD-02作為低溫壓裂液用稠化劑，并確定其加量為0.3%。

表1 稠化劑性能評價

1.2 助排劑的選擇

為使壓裂液壓裂后能盡快地返排，降低對煤層的傷害，需加入助排劑。一般選擇表面張力較低的助排劑，但對于煤層氣井用壓裂液助排劑必須考慮其與煤基質(zhì)的吸附潤濕[4]。助排劑的加入雖然降低了水的表面張力，但是接觸角變化很大。根據(jù)laplace-Young方程[5]可知，毛細管阻力是σ和θ共同作用的結(jié)果，所以必須綜合考慮。室溫20℃，分別對不同類型助排劑水溶液進行表面張力和接觸角測試，實驗結(jié)果（見表2），最終選擇了毛管阻力較低的DB-80作為低溫壓裂液用助排劑，加量為0.3%。

表2 助排劑水溶液表面張力及與煤芯片接觸角

1.3 破膠劑

對于交聯(lián)凍膠壓裂液，如何使其在完成攜砂任務(wù)后粘度迅速降低，有利于返排，就需要加入破膠劑。對于煤層來說，煤層水和存在的部分游離氣的粘度一般很低，因此，就要求用于煤層壓裂液破膠后的粘度要低，破膠時間要快。在煤層較低溫度下，能否徹底破膠和快速返排，直接影響著對煤層污染。溫度30℃，室內(nèi)對不同加量的過硫酸銨進行靜態(tài)破膠測試。由表3結(jié)果可知，使用過硫酸銨作為破膠劑，可使壓裂液破膠，但所需加量較大、時間較長。為此，室內(nèi)研制了低溫活化劑，使所需過硫酸銨量降低，時間縮短，以降低對煤層的污染。

表3 靜態(tài)破膠實驗測試

1.4 低溫破膠活化劑

過氧化物的分解溫度一般在60℃左右，要想使破膠劑發(fā)揮作用，就必須降低其活化能，以使其達到在較低溫度下分解。低溫破膠活化劑的加入，有助于交聯(lián)凍膠能較好的壓后徹底破膠及返排。溫度30℃，過硫酸銨加量為0.15%，對不同類型活化劑進行優(yōu)選。由表4結(jié)果，最終選擇HY-02作為低溫壓裂液破膠活化劑，加量為0.1%。

表4 低溫活化劑篩選

2 性能評價

依據(jù)室內(nèi)實驗結(jié)果，確立低溫壓裂液配方為：1.5%KCl+0.30%XD-02（稠化劑）+0.3%DB-80（助排劑）+0.1%SJ（殺菌劑）+0.15%TCB-2（交聯(lián)劑）+0.15%過硫酸銨+0.1%低溫活化劑HY-02；并在此基礎(chǔ)上進行壓裂液性能評價。

2.1 耐溫耐剪切性能

按配方配制低溫壓裂液，在不加破膠劑條件下，用RT-20旋轉(zhuǎn)流變儀測其耐溫耐剪切性能。試驗方法：溫度30℃，在恒剪切速率(170 s-1)下，連續(xù)剪切120 min，測得其耐溫耐剪切性能（見圖1）。由結(jié)果可知，經(jīng)120 min剪切，粘度仍保持在200 mPa·s以上，能夠滿足壓裂施工過程對壓裂液長時間剪切要求。

2.2 破膠性能

壓裂施工實施后，壓裂液需較快、徹底的返排，否則影響壓后效果。溫度30℃，室內(nèi)依據(jù)低溫壓裂液配方對壓裂液進行動態(tài)破膠性能試驗（見圖2），由結(jié)果可知，在經(jīng)歷120 min剪切后，壓裂液粘度降至5 mPa·s左右，可滿足現(xiàn)場破膠要求。

2.3 濾失性能及殘渣

依據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY/T 6376-2008對低溫壓裂液進行靜態(tài)濾失性能評價及殘渣含量測定，結(jié)果（見表5）。由結(jié)果可知，所測性能均滿足標準要求。

表5 濾失性能及殘渣含量測定

3 現(xiàn)場應(yīng)用

低溫壓裂液體系于2011年至今在山西煤層氣井現(xiàn)場應(yīng)用十多井次，表6是部分井施工及壓后效果情況。從壓裂施工數(shù)據(jù)及壓后效果來看，低溫壓裂液均滿足了工藝設(shè)計要求，返排液粘度較低，壓裂后產(chǎn)氣量較大，達到了改造的預(yù)期效果。

4 結(jié)論及建議

（1）針對山西煤層氣井儲層低溫、低孔、低滲地質(zhì)特征，室內(nèi)優(yōu)選了低殘渣稠化劑、交聯(lián)劑、助排劑、破膠劑、破膠激活劑等添加劑，形成了低傷害、低溫易破膠的壓裂液體系。

表6 低溫壓裂液現(xiàn)場部分井施工情況

（2）室內(nèi)評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)此低溫壓裂液體系具有優(yōu)良的耐溫耐剪切性能、破膠徹底、低濾失、低殘渣特點。

（3）經(jīng)山西煤層氣井十多井次的現(xiàn)場應(yīng)用證明此低溫壓裂液體系攜砂能力強、破膠徹底，取得良好的施工效果。

［1］任占春，孫惠毅，秦利平.羥丙基瓜膠壓裂液超低溫破膠系統(tǒng)研究［J］.油田化學(xué)，1995，12（3）：234-236

［2］吳錦平.低溫壓裂液破膠技術(shù)對淺氣層增產(chǎn)技術(shù)改造［J］鉆采工藝，2000，23（5）：79-81

［3］陶濤，林鑫，方緒祥，等.煤層氣井壓裂傷害機理及低傷害壓裂液研究［J］.重啟科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，13（2）：21-23.

［4］梁利，叢連鑄，盧擁軍，等.煤層氣井用壓裂液研究及應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2001，18（2）：11-14.