川東南深層頁(yè)巖氣耐溫耐鹽滑溜水研制及應(yīng)用

胡婭婭

（中國(guó)石化中原石油工程有限公司井下特種作業(yè)公司，河南濮陽(yáng) 457164）

川東南深層頁(yè)巖儲(chǔ)層地層溫度≥120 ℃，地層閉合壓力達(dá)109 MPa，形成復(fù)雜裂縫所需要的縫內(nèi)延伸壓力達(dá)130 MPa，而且儲(chǔ)層物性好，濾失快，壓裂造縫困難。且頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造過(guò)程中所使用的水資源來(lái)源復(fù)雜，有地表水、雨水、壓裂返排水等，常規(guī)的水處理技術(shù)很難將水中的鹽分除去，否則成本較高，因此為降低頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成本，需要滑溜水具有較好的耐溫耐鹽性能[1-5]。

1 配方研究

1.1 減阻劑研制及評(píng)價(jià)

1.1.1 減阻劑研制 乳液聚合物的合成采用反相乳液聚合工藝：（1）油相的制備，在500 mg/L 燒杯中稱(chēng)取一定量的白油、Tween-60 和Span-80，攪拌均勻，在攪拌過(guò)程中通氮?dú)獬?。?）水相的制備，在500 mg/L 燒杯中稱(chēng)取一定量的聚合單體、AM、AA、AMPS、DAC 和蒸餾水，用10 %NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH 為7～8，在攪拌過(guò)程中通氮?dú)獬酢＃?）共聚物的合成，先將油相低速乳化（300 r/min），再將水相緩慢倒入油相中，同時(shí)提高轉(zhuǎn)速為700 r/min 攪拌5 min。將乳化后的乳液倒入裝有攪拌器、溫度計(jì)和通氮?dú)夤艿乃目跓恐?，通入氮?dú)?0 min，滴加過(guò)硫酸鉀和亞硫酸氫鈉溶液，在20 ℃下引發(fā)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溫度逐漸上升至70 ℃，再保溫聚合反應(yīng)6 h。取出聚合物微膠乳液，得到聚合物乳液產(chǎn)品FR-1，外觀呈乳白色，均勻穩(wěn)定的聚合物乳液。

1.1.2 減阻劑耐溫評(píng)價(jià) 用管路摩阻儀在3.175 mm管徑的條件下分別測(cè)試清水、0.07 %FR-1 減阻劑在室溫（25 ℃）、高溫（70 ℃）下的摩阻，由表1 可知，F(xiàn)R-1減阻劑在室溫和高溫下的減阻率均在71 %以上，均具有較好的耐溫性能。

表1 FR-1 減阻劑在不同溫度下的減阻性能

1.1.3 減阻劑耐鹽評(píng)價(jià) 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造過(guò)程中所使用的水資源來(lái)源復(fù)雜，有地表水、雨水、壓裂返排水等，常規(guī)的水處理技術(shù)很難將水中的鹽分除去，否則成本較高，因此為降低頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成本，需要減阻劑產(chǎn)品具有較好的耐鹽性能。

使用標(biāo)準(zhǔn)鹽水進(jìn)行評(píng)價(jià)（蒸餾水+2 %KCl+5.5 %NaCl+0.45 %MgCl2+0.55 %CaCl2），在溫度25 ℃、剪切速率10 000 s-1下分別測(cè)定摩阻，并計(jì)算減阻率，結(jié)果（見(jiàn)表2）。由表2 可見(jiàn)，常規(guī)減阻劑的性能在鹽水中下降明顯，而FR-1 減阻劑則表現(xiàn)出較好的耐鹽性能。

表2 FR-1 減阻劑與常規(guī)減阻劑在標(biāo)準(zhǔn)鹽水中減阻率對(duì)比

1.2 表面活性劑優(yōu)選

在減阻水中加入表面活性劑的主要目的是減小表面張力，降低返排壓裂液需要克服的地層喉道毛管力，從而促進(jìn)壓裂液返排。對(duì)于致密頁(yè)巖氣藏，壓裂液的滯留會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的水相圈閉損害，使得表面活性劑的作用更為重要。對(duì)表面活性劑6 個(gè)樣品進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法是利用K-100 張力測(cè)量?jī)x測(cè)定不同濃度表面活性劑溶液的表面張力，測(cè)定結(jié)果（見(jiàn)表3）。

表3 表面活性劑評(píng)價(jià)

由表3 可知，3 種表面活性劑均具有較好的降低表面張力效果，在較低濃度時(shí)就達(dá)到了較低表面張力，且隨著濃度的增加表面張力趨于平穩(wěn)；3 種表面活性劑按降低表面張力性能由高到低排序依次為PYKL、XXSD 和BFC。

選用HLBT 減阻劑，測(cè)試了3 種表面活性劑對(duì)減阻劑減阻效果的影響（見(jiàn)表4）。

表4 3 種表面活性劑對(duì)減阻劑減阻效果的影響

由表4 可知，XXSD 明顯降低了減阻劑的減阻效果，而B(niǎo)FC 則使減阻劑的減阻率有較小提高。

通過(guò)對(duì)3 種表面活性劑的性能及其對(duì)減阻劑的影響評(píng)價(jià)可知，盡管XXSD 具有最高的降低表面張力性能，但其大幅降低了減阻劑的減阻效果，因而選用BFC作為最優(yōu)表面活性劑。

1.3 頁(yè)巖抑制劑優(yōu)選

泥頁(yè)巖中黏土礦物的水化膨脹和分散運(yùn)移會(huì)堵塞油氣層，降低油氣層的滲透率，因此必須采用防膨穩(wěn)定措施，以防止黏土膨脹運(yùn)移損害油氣層，常用措施是在工作液中加入頁(yè)巖抑制劑。

對(duì)取得的3 個(gè)滿足Q/SH 0053-2010《黏土穩(wěn)定劑技術(shù)要求》指標(biāo)要求的黏土穩(wěn)定劑樣品，分別對(duì)減阻劑的影響測(cè)試。測(cè)試配方為0.07 %減阻劑+0.30 %頁(yè)巖抑制劑，結(jié)果（見(jiàn)表5）。其中NW-1、NW-2 大幅降低了減阻劑的減阻效果，因此選用對(duì)減阻劑影響較小BFC 作為最優(yōu)頁(yè)巖抑制劑。

表5 3 種頁(yè)巖抑制劑對(duì)減阻劑減阻效果的影響

1.4 高效滑溜水體系配方

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，所形成的滑溜水配方體系（見(jiàn)表6）。

表6 減阻水配方體系表

2 高效滑溜水體系性能評(píng)價(jià)

2.1 減阻性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)配制BFC 滑溜水體系：0.07 %減阻劑+0.10 %表面活性劑+0.30 %頁(yè)巖抑制劑，采用管道摩阻試驗(yàn)儀進(jìn)行測(cè)試如下：選擇剪切速率為10 000 s-1處，清水與高效滑溜水摩阻數(shù)據(jù)進(jìn)行減阻率的計(jì)算，高效滑溜水體系減阻率達(dá)到73.1 %（見(jiàn)圖1）。

圖1 BFC 滑溜水體系減阻性能評(píng)價(jià)

2.2 其他性能評(píng)價(jià)

其他性能評(píng)價(jià)（見(jiàn)表7）。

表7 性能評(píng)價(jià)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

所開(kāi)發(fā)的耐溫耐鹽滑溜水體系于2017 年在川東南頁(yè)巖氣區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用3 口井。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及壓后效果分析，該滑溜水體系具有以下特點(diǎn)：

3.1 低傷害，施工效果好

5 口頁(yè)巖氣水平井日產(chǎn)氣量均達(dá)到20×104m3以上的高產(chǎn)。

3.2 減阻效果明顯

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)分析，減阻率達(dá)到75 %以上。高效速溶乳液減阻劑，其在10 s 內(nèi)即可達(dá)到良好的分散效果，不會(huì)出現(xiàn)粉劑在線混配時(shí)出現(xiàn)未充分溶脹的現(xiàn)象，0.07 %加量即可滿足70 %以上的減阻效果。

3.3 溶解速率快

施工時(shí)滿足在線混配，用液添泵加入即可，節(jié)約了配液罐體、設(shè)備、人員費(fèi)用，安全環(huán)保。

3.4 具備耐鹽、耐酸、耐高溫的長(zhǎng)期穩(wěn)定性能

壓裂液返排不好或是長(zhǎng)時(shí)間滯留于儲(chǔ)層中，使得儲(chǔ)層黏土水化膨脹，堵塞孔隙和滲流通道，增加反滲析水鎖量和束縛水飽和度，造成致密低滲透儲(chǔ)層“水鎖傷害”，從而降低有效半縫長(zhǎng)，進(jìn)而影響產(chǎn)量。

根據(jù)區(qū)塊河水及返排液水質(zhì)分析結(jié)果，河水礦化度630 mg/L，返排水達(dá)到35 000 mg/L，其中鈣鎂達(dá)到1 000 mg/L，說(shuō)明高效滑溜水多采用非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、氟碳類(lèi)表面活性劑復(fù)配產(chǎn)品，具備耐鹽、耐酸、耐高溫的長(zhǎng)期穩(wěn)定性能。在重復(fù)使用壓裂返排液時(shí)，仍然保持優(yōu)異的減阻效果。