煤層氣清潔壓裂液減阻性能評價

高楊 江厚順 霍亞迪 王雨迪 續(xù)化蕾

摘 ?????要：闡述了清潔壓裂液的作用機(jī)理，影響減阻的因素，介紹了國內(nèi)外研究與應(yīng)用情況，總結(jié)了清潔壓裂液的優(yōu)缺點。通過對清潔壓裂液的增稠、攜砂性能進(jìn)行篩選，提出使用陽離子表面活性劑1831和水楊酸鈉復(fù)配。實驗得出最優(yōu)濃度配比，確認(rèn)了壓裂液體系，并測減阻率，記錄濃度和溫度對減阻率的影響結(jié)果。

關(guān) ?鍵 ?詞：清潔壓裂液;攜砂;黏彈性表面活性劑;煤層氣

中圖分類號：TE357.1+2 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）04-0723-05

Abstract： The action mechanism of cleaning fracturing fluid was introduced as well as the factors influencing the drag reduction. Its research and application situation at home and abroad was discussed， and the advantages and disadvantages of the clean fracturing fluid were summarized. Through a series of experiments， the optimal concentration ratio of clean fracturing fluid was screened， and the drag reduction performance was evaluated.

Key words： Clean fracturing fluid;Carrying sand;Viscoelastic surfactant;Coalbed methane

我國繼俄羅斯、加拿大之后擁有世界上第三大煤層氣儲量。近年來，國家高度重視煤層氣開發(fā)，國家發(fā)改委頒發(fā)了“煤層氣開發(fā)利用‘十一五規(guī)劃”[1，2]。

我國大部分煤層氣屬于低壓、低滲、低飽和，開采難度相當(dāng)大，基本上所有的煤層氣直井都要靠水力壓裂才能正常生產(chǎn)。雖然壓裂液的種類很多， 但是對于煤層而言都或多或少地會產(chǎn)生傷害。斯倫貝謝公司于1997年成功研制出黏彈性表面活性劑（ VES） 壓裂液，它是由黏彈性表面活性劑和其他添加劑構(gòu)成[3，4]，由于該壓裂液對地層傷害小或無傷害，又稱為“清潔壓裂液”，因而應(yīng)用前景十分廣闊。

目前國內(nèi)研制和應(yīng)用的清潔壓裂液，基本組成為黏彈性表面活性劑、鹽溶液和穩(wěn)定劑。本文通過室內(nèi)實驗對1831陽離子表面活性劑與水揚酸鈉（NaSal）復(fù)配水溶液的減阻特性進(jìn)行了研究。

1 ?黏彈性表面活性劑壓裂液研究

1.1 ?黏彈性表面活性劑及增稠劑篩選

常見的表面活性劑主要分為五類，具體詳見文獻(xiàn)[5-9]， 使用的主要實驗儀器為六速旋轉(zhuǎn)黏度計。

1.2 ?陰離子表面活性劑增稠性能評價

陰離子表面活性劑主要選擇了十二烷基硫酸鈉（1#）、十二烷基磺酸鈉（2#）、十二烷基苯磺酸鈉（3#）、油酸鉀（4#）、磺化琥珀酸雙酯（5#）、烷基苯磺酸鈉（6#）、十六醇磷酸酯二鈉鹽（7#）。對上述選擇的7種表面活性劑進(jìn)行評價，實驗結(jié)果見表1。

1.3 ?陽離子表面性劑增稠性能評價

考慮現(xiàn)場使用成本，在此主要對十八烷基三甲基氯化銨以及新研制的西曲磺胺（XQH）進(jìn)行了增稠性能研究。

實驗溫度為室溫。所用無機(jī)鹽主要采用Sal，剪切速率為170 s-1條件下，測定體系的表觀黏度。實驗結(jié)果見表2。

從表中可以看出，當(dāng)1831的含量一定時，體系黏度隨著Sal含量的增加而增大。

為提高復(fù)配增黏效果，同時降低藥劑成本，室內(nèi)對十八烷基三甲基氯化銨以及新研制的XQH兩個樣品，兩種陽離子表面活性劑與稠化劑的復(fù)配比例及濃度進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)選，同時加入聚乙二醇用來提高支撐劑的分散性。實驗溫度為室溫，剪切速率為170 s-1條件下測得的實驗結(jié)果：1831濃度在0.3%左右、Sal濃度在0.15%左右時，壓裂液體系黏度較高，能夠滿足攜砂要求。

根據(jù)黏度與攜砂性的關(guān)系，將黏度在20 mPa·s左右的幾組壓裂液進(jìn)行懸砂性能評價。

1.4 ?非離子表面活性劑增稠性能評價

非離子表面活性劑主要選擇了聚氧乙烯烷基苯酚醚（11#）、聚氧乙烯苯酚醚（12#）、環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的共聚物AE1910（13#）、環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的共聚物2070（14#）、SP169（15#）、牛脂基二羥乙基氧化胺（16#）、氧化烷基胺聚氧乙烯醚（17#）、十四烷基二羥乙基氧化胺（18#）、十六烷基二羥乙基氧化胺（19#）、十八烷基二羥乙基氧化胺（20#）、十八烷基二甲基氧化銨（21#）等進(jìn)行了增稠性能評價。溫度為室溫，剪切速率170 s-1條件下測得實驗結(jié)果見表3。

1.5 ?兩性表面活性劑增稠性能評價

兩性表面活性劑主要選擇了十二烷基氨基丙酸鈉（21#）、十八烷基二甲基甜菜堿（22#）、十六烷基三甲基氨基丙烷磺酸鹽（23#）;十八烷基二甲基甜菜堿（24#）、十四烷基羥丙基磺基甜菜堿（25#）、十八烷基羥丙基磷酸酯甜菜堿（26#）、十六烷基羥丙基磷酸酯甜菜堿（27#）、十六烷基二甲基氧化銨（28#）。十六烷酰胺丙基羥丙基磺基甜菜堿（29#）、十八酰胺丙基羥丙基磺基甜菜堿（30#）、十八酰胺丙基甜菜堿（31#）進(jìn)行了增稠實驗。實驗條件：溫度室溫，剪切速率170 s-1。實驗結(jié)果可知，21#、22#、24#、25#、26#、27#、28#等7中兩性活性劑無增稠效果。29#、30#、31#具有一定的增稠效果，但由于溶解性能差，溶液中含有大量未溶解的膏狀物質(zhì)，無法測得其真實黏度，不適宜作為壓裂液試劑使用。