頁(yè)巖氣體積壓裂滑溜水的研究及應(yīng)用

陳鵬飛 劉友權(quán) 鄧素芬 吳文剛 雷英全 張亞?wèn)| 黃晨直

（1．中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院 2．中國(guó)石油西南油氣田公司蜀南氣礦）（3．中國(guó)石油川慶鉆探工程公司）

1 四川頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征

四川W、C區(qū)塊頁(yè)巖氣藏龍馬溪組石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41%～55%，黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～40%，與Barnett頁(yè)巖儲(chǔ)層巖性相似，同屬于硅質(zhì)／黏土質(zhì)頁(yè)巖，巖石脆性指數(shù)較高，具體見(jiàn)表1［1－2］。

2 頁(yè)巖氣體積壓裂液體及性能要求

在頁(yè)巖氣藏的開(kāi)發(fā)中，大排量、大液量體積壓裂是關(guān)鍵技術(shù)。體積壓裂建立的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，增大了泄流裂縫的表面積，有利于維持產(chǎn)量［3－9］。依據(jù)Barnett頁(yè)巖經(jīng)驗(yàn)，選擇以滑溜水水平井分段壓裂為主的體積壓裂［10－11］，通過(guò)國(guó)外資料調(diào)研及評(píng)價(jià)，滑溜水應(yīng)具有以下性能：

（1）降阻率＞65%；

（2）室內(nèi)返排率＞50%；

（3）CST比值＜1。

表1 四川頁(yè)巖氣藏與美國(guó)頁(yè)巖氣藏對(duì)比Table 1 Comparison between the Sichuan shale and America shale

3 滑溜水研究及評(píng)價(jià)

根據(jù)體積壓裂工藝要求、頁(yè)巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，滑溜水主要由降阻劑、助排劑和防膨劑構(gòu)成。

3．1 降阻劑的研究及性能評(píng)價(jià)

聚丙烯酰胺類(lèi)降阻劑具有降阻性能高，使用濃度低，經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外頁(yè)巖體積壓裂中降阻劑主要使用乳液聚丙烯酰胺［9－12］。

線型高分子鏈的伸展長(zhǎng)度正比于它的相對(duì)分子質(zhì)量的大小，即相對(duì)分子質(zhì)量大者其分子鏈伸展時(shí)的長(zhǎng)度也大，它的均方根末端距值也大。在諸多因素中，相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)降阻效果影響是極為明顯的［13］（圖1），隨相對(duì)分子質(zhì)量增加，降阻性能提高。

研發(fā)了乳液型聚丙烯酰胺降阻劑CT1－20，并對(duì)不同濃度CT1－20的降阻性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，從圖2可知，CT1－20的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)降阻性能提高。CT1－20的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．04%時(shí)，降阻率50．6%；0．15%CT1－20降阻率65．1%；0．20%CT1－20降阻率69．3%。

圖3為降阻劑的速解性能評(píng)價(jià)。從圖3中可知，降阻劑CT1－20在30s內(nèi)完全溶解，滿足頁(yè)巖氣藏體積壓裂連續(xù)混配的要求。

3．2 助排劑的研究及返排性能評(píng)價(jià)

Laplace－Young毛細(xì)管壓力降方程式：Pc＝2σcosθ／R，該方程式表明降低表面張力，增大接觸角可以降低毛細(xì)管壓力，提高液體返排率，降低水鎖傷害。研發(fā)了適合頁(yè)巖氣藏體積壓裂的微乳增能助排劑CT5－13。微乳增能助排劑在降低表面張力、改變接觸角、優(yōu)化地層潤(rùn)濕性的同時(shí)改變了壓裂液在頁(yè)巖地層中的氣液驅(qū)替特性，使工作液均勻連續(xù)排出，有效提高巖心的滲透率。

采用儲(chǔ)層巖心、壓裂支撐劑模擬地層裂縫條件對(duì)微乳助排劑返排性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4表明，當(dāng)助排劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～0．5%變化時(shí)，返排率先增大后降低。其中助排劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%時(shí)，返排率68．3%，返排性能最好。

3．3 防膨性能評(píng)價(jià)

壓裂常用防膨劑主要有氯化鉀、高分子陽(yáng)離子聚合物及小分子陽(yáng)離子類(lèi)。氯化鉀成本高，不能滿足連續(xù)混配要求，高分子陽(yáng)離子聚合物類(lèi)對(duì)儲(chǔ)層傷害大。研制的小分子陽(yáng)離子防膨劑加量小，具有同氯化鉀及陽(yáng)離子型聚合物相當(dāng)?shù)姆琅蛐阅?。利用毛?xì)管吸收測(cè)定儀對(duì)N3井巖心的水敏性及小分子陽(yáng)離子防膨性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

從圖5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可計(jì)算出，N3井的CST比值為1．06，介于1～1．5之間，中度水敏，添加0．2%小分子陽(yáng)離子防膨劑后CST比值小于1。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)室內(nèi)降阻、返排及防膨性能的評(píng)價(jià)結(jié)果，得到了適合四川 W、C區(qū)塊頁(yè)巖體積壓裂滑溜水配方，即：0．2% （w）CT1－20＋0．3% （w）CT5－13＋0．2%（w）小分子陽(yáng)離子防膨劑（防膨劑由巖心CST值大小決定是否添加）。由表2可知，研發(fā)的體積壓裂滑溜水在現(xiàn)場(chǎng)5．5英寸的套管中，排量為8～10 m3／min時(shí)，降阻率65．5%～68．3%，W 區(qū)塊共計(jì)壓裂施工4井次，壓后平均返排率46．19%，C區(qū)塊共計(jì)壓裂施工4井次，壓后平均返排率27．93%，累計(jì)增加測(cè)試產(chǎn)量為6．24×104～11．35×104m3／d，施工取得了較好的效果。

表2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用概況Table 2 Field application status

5 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)四川W、C區(qū)塊頁(yè)巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，研發(fā)了適合該區(qū)塊體積壓裂的滑溜水，由降阻劑、微乳增能助排劑、防膨劑組成。該配方的室內(nèi)降阻率65．1%～69．3%，室內(nèi)返排率68．3%，CST比值＜1，可以滿足頁(yè)巖氣藏體積壓裂的要求。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，W、C區(qū)塊頁(yè)巖氣藏采用研發(fā)的滑溜水體積壓裂可行，在管徑5．5英寸的套管中，排量為8～10m3／min，降阻率為65．5%～68．3%，累計(jì)增加井口測(cè)試產(chǎn)量6．24×104～11．35×104m3／d，壓裂施工后 W 區(qū)塊平均返排率為46．19%，C區(qū)塊平均返排率27．93%，取得了較好的施工效果。

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