滑溜水壓裂液用降阻劑的研究與應(yīng)用進(jìn)展*

劉 倩，管保山，劉玉婷，梁 利，劉 萍

（1.中國科學(xué)院大學(xué)化學(xué)科學(xué)學(xué)院，北京 100190；2.中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所，河北廊坊 065007；3.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 前言

隨著常規(guī)能源的開采和壓裂技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外開始把開采目標(biāo)從常規(guī)油氣藏轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣藏。非常規(guī)油氣藏的儲(chǔ)層物性差、孔隙度小、滲透率低、無自然產(chǎn)能，油氣資源包括油砂、稠油、頁巖油、致密砂巖氣、煤層氣、頁巖氣等，在世界范圍內(nèi)含量豐富，需進(jìn)行儲(chǔ)層改造才能獲得工業(yè)產(chǎn)量［1］。滑溜水壓裂是實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)開采最有效的途徑之一。滑溜水是常見水基壓裂液的一個(gè)大類，在清水中添加降阻劑、降濾失劑、支撐劑、表面活性劑、殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑等形成，含水量96%數(shù)99%，因此也被稱為清水壓裂液或減阻水壓裂液。滑溜水屬于非牛頓流體，表現(xiàn)出黏彈性，降阻效果顯著，可采用大排量、大規(guī)模、高泵壓的作業(yè)方式，溝通地層天然裂縫來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層改造，具有易返排、可重復(fù)利用、不易形成濾餅和對(duì)地層損害小等特點(diǎn)［2］。降阻劑作為滑溜水中最重要的添加劑，成為了近代壓裂液的熱門研究課題［3］。本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，從降阻劑的發(fā)展歷程、降阻機(jī)理、分類以及國內(nèi)外研發(fā)應(yīng)用進(jìn)展等方面進(jìn)行了綜述，并對(duì)降阻劑的發(fā)展方向作了展望。

1 降阻劑發(fā)展歷程

1948 年，Toms 觀察到加了少量聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的氯苯溶液流動(dòng)阻力降低，首次發(fā)現(xiàn)聚合物的降阻作用，也被稱為Toms效應(yīng)。Savins在1963 年將降阻劑定義為少量加入流體中后使得運(yùn)輸能力增大、能量消耗降低的物質(zhì)，簡稱DRA，降阻效果普遍采用降阻率表征。在液體中加入百萬分之一量的長鏈柔性降阻劑，可以減少高達(dá)80%的湍流摩擦損失，從而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于石油天然氣、生物醫(yī)藥、消防、污水處理、區(qū)域供熱等領(lǐng)域［4］。

添加降阻劑的壓裂液最早出現(xiàn)于上世紀(jì)50 年代末60年代初，之后主要采用交聯(lián)凝膠體系進(jìn)行儲(chǔ)層改造。隨著油氣開采從常規(guī)向非常規(guī)過渡，降阻壓裂液重新受到關(guān)注，在頁巖氣層的壓裂作業(yè)中表現(xiàn)出極高的優(yōu)越性［5］。1997年，Mitchell公司首次采用滑溜水壓裂體系成功地對(duì)Barnett 頁巖進(jìn)行大規(guī)模體積改造。1998 年開始在現(xiàn)場進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用滑溜水壓裂體系，2004年滑溜水壓裂液占美國壓裂液使用總量的30%［6］。目前滑溜水壓裂體系已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到了推廣［7］。

2 降阻劑作用機(jī)理

滑溜水壓裂采用高排量、大液量的作業(yè)方式。在一些油田，注入速率達(dá)到25數(shù)30 m3/min、單井注水量2×105m3，管道摩擦阻力較大，管內(nèi)形成湍流，產(chǎn)生大量漩渦，添加了降阻劑可有效發(fā)揮降阻作用減少能量損失［8］。圖1為能夠產(chǎn)生降阻作用的聚合物溶液（非牛頓流體）和牛頓流體的摩擦阻力f隨雷諾數(shù)Re的變化曲線。

圖1 溶液阻力隨雷諾數(shù)變化曲線［8］

在雷諾數(shù)較小時(shí)，剪切速率較低，黏性流體呈層狀運(yùn)動(dòng)，此時(shí)降阻劑分子呈無序排列，無降阻作用。隨著雷諾數(shù)的增加，聚合物溶液曲線偏離牛頓流體曲線，開始發(fā)生降阻，紊流狀態(tài)下管內(nèi)單位長度內(nèi)的流體界面發(fā)生扭曲變形，卷曲的降阻劑分子充分分散，長鏈沿流動(dòng)方向自然拉伸且呈線性排列［9］，曲線持續(xù)偏離直到降阻作用達(dá)到最大值。當(dāng)雷諾數(shù)過大時(shí)，聚合物分子結(jié)構(gòu)因受到較大的剪切而發(fā)生降解，兩條曲線相互靠近直到重合，降阻率逐漸降低直至為零。所以降阻劑的降阻效應(yīng)僅存在于有限雷諾數(shù)值范圍內(nèi)的湍流區(qū)域中［10］。

最早的降阻理論為TOMS 提出的偽塑假說，認(rèn)為流體的黏度隨剪切速率的增大而降低，隨著流體的流動(dòng)，黏度降低，阻力隨之減小。隨著對(duì)非牛頓流體的深入研究，發(fā)現(xiàn)同樣具有降阻作用的聚甲基丙烯酸是典型的剪切稠化液體，因此這種理論被推翻［11］。隨后，大量學(xué)者進(jìn)行了深入研究，將近壁湍流動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性和聚合物的動(dòng)力學(xué)特征相結(jié)合，目前還沒有確定的模型來解釋降阻機(jī)理，較為認(rèn)可有以下兩種。

2.1 湍流抑制降阻

聚合物在近壁流動(dòng)區(qū)域內(nèi)伸展，拉伸產(chǎn)生的應(yīng)力與渦流作用力相反，產(chǎn)生渦旋抑制。張兵強(qiáng)采用三維直接數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，聚合物的正反向扭矩可以抑制旋渦的迸發(fā)頻率和強(qiáng)度，減少漩渦再生，從而降低湍流脈動(dòng)，使流動(dòng)處于準(zhǔn)層流狀態(tài)。Den Toonder［12］采用數(shù)值模擬的方法，用粒子圖像測(cè)速技術(shù)研究加入降阻聚合物后液體的水流速度和湍流分布，發(fā)現(xiàn)徑向湍流強(qiáng)度降低，軸向湍流強(qiáng)度增加。聚合物分子主要作用于管道壁面附近的區(qū)域，也被稱為緩沖區(qū)，抵抗流體微元的部分徑向作用力并將其轉(zhuǎn)化為順流向的軸向力，進(jìn)而減小無用功的消耗，通過改變湍流結(jié)構(gòu)和流速分布來降低流動(dòng)的摩擦系數(shù)［13］。作用效果如圖2所示。

圖2 純液體（a）和添加降阻劑的液體（b）的湍流分布［14］

2.2 黏彈性降阻

所有具有降阻效果的聚合物在較高濃度下均具有黏彈性。隨著黏彈性的增加，流體的渦流受到明顯的抑制。黏彈性使流體具有儲(chǔ)存能量的能力，吸收壁面附近的動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)化為自身的彈性能，給予流體一定的緩沖作用，當(dāng)聚合物分子弛豫時(shí)間足夠長時(shí)，能量釋放到緩沖層中使得近壁湍流減弱［15］。降阻劑還可以在管道內(nèi)形成彈性底層，隨著濃度的增加，彈性底層變厚，在管壁和液體之間產(chǎn)生了隔離，減小了管壁摩阻，從而達(dá)到降阻效果。有研究者發(fā)現(xiàn)，在低流速下降阻性能主要受黏性影響；而在高流速下其主要受彈性控制［16］。劉曉瑞等［17］采用透射電子顯微鏡觀察降阻劑的微觀降阻機(jī)理，發(fā)現(xiàn)分散顆粒降阻劑和連續(xù)網(wǎng)眼狀結(jié)構(gòu)的降阻劑分別在低流速和高流速下具有較好的降阻效果。

降阻機(jī)理目前尚不完全清楚［18］，但肯定與高分子柔性長鏈分子的拉伸特性有關(guān)。

3 降阻劑分類及研究應(yīng)用

降阻劑的優(yōu)劣決定了壓裂液的性能，是制約儲(chǔ)層開采的核心因素?；锼畨毫岩簯?yīng)用取得成功后，國內(nèi)外對(duì)于降阻劑的研究報(bào)道增多。目前配制滑溜水使用最多的是水基降阻劑，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和來源可將降阻劑分為以下幾種。

3.1 天然聚合物降阻劑

天然聚合物降阻劑可生物降解，最具代表性的有天然大分子黃原膠（XG）和聚多糖胍膠（GG），兩者的價(jià)格相當(dāng)，但胍膠依賴于進(jìn)口而黃原膠可以自產(chǎn)自用。

黃原膠是一種高效的增稠劑，能夠快速溶解在水中形成穩(wěn)定的剛性棒狀雙螺旋結(jié)構(gòu)［19］。明華、盧擁軍等［20］在2016 年采用礦化度為28074 mg/L 的海水配制了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的改性黃原膠壓裂液，具有低摩阻、穩(wěn)定性好、攜砂能力強(qiáng)和安全環(huán)保等特點(diǎn)，可在60數(shù)130℃下滿足致密儲(chǔ)層的壓裂需求。黃原膠受酸堿性影響小，具有假塑性，和相同相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物相比，抗剪切能力更強(qiáng)，具有高的耐鹽性，因而表現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力，但降阻性能一般，低溫下難以破膠降黏，高溫時(shí)極易被氧化降解而失去效果。

線性胍膠及其衍生物在高濃度時(shí)作為稠化劑增黏，發(fā)生交聯(lián)后黏度可增加100倍以上，所形成的凍膠體用于攜砂，在低濃度時(shí)可作降阻劑使用，在聚丙烯酰胺類降阻劑應(yīng)用前，被廣泛應(yīng)用于滑溜水的配制，成本較低，是最早使用的滑溜水降阻劑。通常胍膠質(zhì)量濃度為10 mg/L時(shí)開始顯現(xiàn)出降阻效果，降阻率隨質(zhì)量濃度增大而增加，在300 mg/L 時(shí)降阻率為30%。加入少量交聯(lián)劑可同時(shí)提高胍膠的降阻和攜砂能力，但破膠返排時(shí)殘?jiān)扛?，?duì)儲(chǔ)層傷害大，且容易被微生物分解、儲(chǔ)存時(shí)間有限［21］。目前主要采用將柔性聚合物與胍膠結(jié)合的方法來改善性能，Deshmukh［22］將聚丙烯酰胺嫁接到胍膠上，發(fā)現(xiàn)胍膠的耐剪切性能和降阻性能均有所提高，且聚合物分子鏈越長性能越好，嫁接后的胍膠在10 d內(nèi)未出現(xiàn)被微生物降解的現(xiàn)象。

3.2 表面活性劑降阻劑

表面活性劑的降阻機(jī)理與聚合物類似，當(dāng)加入的量大于臨界膠束濃度時(shí)可形成不同形態(tài)的膠束，使溶液具有黏彈性而發(fā)生降阻。按親水基團(tuán)的帶電性可將表面活性劑類降阻劑分為四種：分別以陽離子、陰離子、非離子和兩性離子表面活性劑為主劑。其中，陰離子表面活性劑的抗鹽性能較差，容易和水中的鈣鎂離子發(fā)生反應(yīng)而生成沉淀；非離子表面活性劑存在濁點(diǎn)，在一定溫度下表面活性劑會(huì)由全部溶解變?yōu)椴糠秩芙?；兩性表面活性劑的價(jià)格較高且配制過程繁瑣；而陽離子表面活性劑具有一定的殺菌能力，在降阻方面具有較大的應(yīng)用潛力，即使在低濃度下也可以發(fā)生穩(wěn)定的降阻作用［23］。季銨鹽類陽離子表面活性劑的抗溫抗剪切性能較好，是目前最常用的表面活性劑型降阻劑。顏菲等［24］制備的陽離子表面活性劑降阻劑CFZ-1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%數(shù)0.2%時(shí)，可降低摩阻68%數(shù)72%，在超低滲致密儲(chǔ)層成功應(yīng)用8 井次；Tammano 等［25］以十二烷基二甲基氧化胺為主劑合成的降阻劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，降阻率達(dá)70%。

雖然表面活性劑具有一定的降阻作用，但實(shí)際作為滑溜水降阻劑的應(yīng)用較少。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)降阻所需表面活性劑的量較大，黏度只能達(dá)到相同聚合物濃度的10%數(shù)40%，這限制了支撐劑的運(yùn)輸；締合形成的膠束不穩(wěn)定，當(dāng)剪切速率過大時(shí)膠束結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞而使降阻率減?。?6］；另外，表面活性劑的價(jià)格較高，會(huì)增加壓裂成本。目前作為壓裂液添加劑主要用于改變巖石潤濕性、降低表界面張力、改善毛細(xì)管力造成的水鎖現(xiàn)象并促進(jìn)液體返排。

3.3 聚丙烯酰胺降阻劑

聚丙烯酰胺為合成聚合物，由丙烯酰胺和其它單體共聚得到，單體帶電類型決定了聚丙烯酰胺的類型，具體包括陽離子、陰離子、非離子和兩性離子聚丙烯酰胺，單體性質(zhì)決定了降阻劑的性能［27］。殼聚糖、乙烯基糖苷、丙烯酰嗎啉等單體具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠增加聚合物的剛性，從而增加降阻劑的熱穩(wěn)定性；乙烯基丙磺酸、丙烯基丙磺酸、2-丙烯酰胺-2 甲基丙磺酸（AMPS）等單體含有磺酸根，能夠與水形成較強(qiáng)的氫鍵，同樣使降阻劑穩(wěn)定性更強(qiáng)；在分子主鏈上含有少量（摩爾分?jǐn)?shù)＜2%）疏水基團(tuán)（通常為C12數(shù)C18烷基）的疏水締合型聚丙烯酰胺（HAPAM），當(dāng)濃度達(dá)到臨界締合濃度（CAC）時(shí)分子間發(fā)生物理交聯(lián)，能夠形成可逆的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加降阻劑的抗剪切能力［28］。

聚丙烯酰胺主鏈含有大量酰胺基，水溶性強(qiáng)，活性較高，性能可控，可操作性強(qiáng)，在油氣田領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，包括固體粉劑和液體乳劑。

3.3.1 固體粉劑

粉末狀的聚丙烯酰胺便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，合成工藝成熟，降阻率高［29］。Services［30］研發(fā)的固體陰離子降阻劑ThinfracTMD，具有優(yōu)越的降阻效果，可在清水中快速溶解，適用于北美的大部分地區(qū)。Schlumberger［31］研制的固體降阻劑，能夠在7數(shù)175℃、250 g/L礦化度的水溶液中發(fā)揮作用，降阻率可達(dá)到70%以上。顏菲等［24］制出的粉末降阻劑CFZ-1，可在5 min 內(nèi)完全溶解且具有一定黏度，比在用胍膠類滑溜水體系的降阻率高10%。中國石油西南油氣田公司天然氣研究院在頁巖氣開采技術(shù)方面取得了新的突破［32］，成功研發(fā)出可連續(xù)混配的固體陰離子聚丙烯酰胺類降阻劑，能夠在100 g/L礦化度和3 g/L硬度的水溶液中發(fā)揮作用，現(xiàn)場應(yīng)用降阻率為73%［32］。但是，粉劑降阻劑往往存在溶解速率較慢的問題，在水中先溶脹后溶解，溶解不充分會(huì)出現(xiàn)魚眼造成儲(chǔ)層傷害，給現(xiàn)場操作帶來一定困難。粉劑降阻劑合成時(shí)可通過降低分子量，增加親水基團(tuán)，促進(jìn)氫鍵形成等方式來加速粉劑溶解。粉劑降阻劑使用時(shí)可借助儀器設(shè)備促進(jìn)溶解，美國研制的混合設(shè)備的功率消耗低，各方面性能較好，技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位。我國目前使用最多的是車載式混配車CSGT-240，采用射流混合器進(jìn)行水粉混合，最大配液能力為10 m3/min，普遍采用兩輛車同時(shí)配液來滿足施工需求［33］。將速溶粉狀降阻劑和連續(xù)混配裝置配合使用能夠極大地降低成本，減少操作復(fù)雜性。

3.3.2 液體乳劑

不同形態(tài)的聚合物溶解性能差異較大。乳液狀的聚丙烯酰胺降阻劑為微米級(jí)，一般能在3 min內(nèi)快速溶解在水中，包括以下兩種類型。

（1）W/O反相聚合物降阻劑

W/O 反相聚合物降阻劑通過反相乳液聚合法制得，將單體水溶液逐滴加入油相，借助油包水乳化劑將其乳化并分散于油中，加入引發(fā)劑引發(fā)聚合，遵從自由基反應(yīng)機(jī)理，發(fā)生鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止反應(yīng)，最終得到水溶性聚合物粒子均勻分散于油相中的乳液即W/O 型反相聚丙烯酰胺乳液［27］。W/O 型反相聚丙烯酰胺乳液中聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量較大，固體含量約為25%數(shù)40%，內(nèi)相為水溶性聚合物、外相為石油烷烴，稀釋時(shí)聚合物在水中可以快速水化釋放發(fā)揮降阻作用。

Kemira［34］研制的KemFlow 系列降阻劑為加了硅聚醚的反相乳液，其中，陰離子降阻劑的彈性能力較強(qiáng)，較常規(guī)滑溜水?dāng)y砂量更大，陽離子降阻劑主劑為丙烯酰基氧基乙基三甲基氯化銨（DMAEA），可與黏土穩(wěn)定劑配合使用以降低吸附損耗，能夠在超高二價(jià)金屬離子的水溶液中發(fā)揮作用。Innospec研制的HirateTMMAXX 1250為陰離子的高分子量聚丙烯酰胺，少量添加即可快速增黏，在淡水中性能較好。Halliburton研制的PERMVIST-MVFR-10 可達(dá)到與胍膠相似的黏度且易破膠返排，在300 g/L 礦化度的水溶液中降阻率可保持在60%以上。CoilChem 研制的FR-1100 可耐高礦化度和200℃高溫，降阻率可達(dá)75%；Multi-chem 研制的LD-2150，Mountain supply 研制的FR900、Drilling Specilties 研制的HE@150 均具有較高的pH、溫度和礦化度適用范圍［35］。Chem Stream［36］研制的油包水反相納米分散乳液降阻劑StimSTREM FR 9800，可在3數(shù)4 s內(nèi)快速水化增黏，彈性大，攜砂能力強(qiáng)，已成功應(yīng)用于阿巴拉契亞盆地馬塞勒斯和尤蒂卡頁巖油氣的開采，降低泵送壓力100 bpm，大多采用返排液重復(fù)配液進(jìn)行作業(yè)，能夠降低返排液處理和用水壓力，最小化施工成本，目前正在加拿大西部落基山脈地區(qū)開展實(shí)驗(yàn)，以調(diào)整配方開發(fā)出性能更加優(yōu)異的新一代降阻劑。國內(nèi)蘭昌文等［37］通過半連續(xù)反相微乳液聚合法制備的新型降阻劑CW-1 在1.2 m3/h 排量下，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)降阻率可達(dá)到70%以上。盧擁軍等［38］制備的FA30 速溶乳液降阻劑應(yīng)用于西南地區(qū)某頁巖氣井，16 m3/min 排量下的降阻率為81%。劉通義等［39］制備的降阻劑應(yīng)用于長慶油田，最大降阻率可達(dá)78%。馬國艷等［40］引入長鏈?zhǔn)杷畣误wWLHM 制備的反相乳液降阻劑WDRA-M，抗剪切性能較強(qiáng)，應(yīng)用于某水平井大型壓裂，3.5 m3/min排量下的降阻率比胍膠高42.5%，比國外同類產(chǎn)品更適于大排量的壓裂施工。中國石化石油工程技術(shù)研究院制備出的滑溜水體系在四川涪陵和宜賓等地區(qū)壓裂施工后單井日產(chǎn)量約為15×104m3，穩(wěn)產(chǎn)450 d 以上，降阻率大于75%。借鑒此次成功經(jīng)驗(yàn)，之后采用滑溜水和活性膠液對(duì)位于丁山構(gòu)造的高溫、高應(yīng)力頁巖井DY2HF 進(jìn)行了儲(chǔ)層改造，單井日產(chǎn)量10.5×104m3，降阻率78%，實(shí)現(xiàn)了深層壓裂開采的技術(shù)突破［41］。范華波等［42］制備的相對(duì)分子質(zhì)量為200萬的改性聚丙烯酰胺降阻劑EM30，綜合評(píng)價(jià)表現(xiàn)出良好的耐鹽、耐高溫、耐剪切性能，EM30滑溜水壓裂液成為鄂爾多斯盆地儲(chǔ)層改造的主體壓裂液，返排液回收率為85%，節(jié)約成本5億元。

W/O 型反相聚丙烯酰胺乳液具有良好的溶解性和增稠能力，合成路徑易操作，原料來源廣泛，國內(nèi)外均根據(jù)需求制出相關(guān)產(chǎn)品并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，取得了較好的作用效果。但反相乳液聚合時(shí)表面活性劑用量較大，聚合物需轉(zhuǎn)相后才能夠分散在水中發(fā)揮作用，且乳液中含有的大量油相會(huì)帶來環(huán)境污染問題，更為環(huán)保的W/W分散聚合物降阻劑開始受到關(guān)注［39］。

（2）W/W分散聚合物降阻劑

W/W 分散聚合物降阻劑通過水分散聚合法制得，在含單體的水溶液中加入高濃度電解質(zhì)溶液作為相分離劑，與高分子鏈發(fā)生隔離和靜電作用，加入引發(fā)劑后反應(yīng)形成的聚合物可通過分散直接溶解在水中形成均勻穩(wěn)定的W/W溶液，聚合物粒徑通常為10 μm。該聚合反應(yīng)的合成過程簡單，溶解速率快，安全性高。W/W 型聚合物降阻劑與W/O 型聚合物降阻劑相比，不含有機(jī)溶劑和表面活性劑、溶解快、成本低、對(duì)環(huán)境污染小［2］。

BJ Services公司［30，43］通過創(chuàng)新性技術(shù)推出了一系列水包水分散乳液型的高效降阻劑，包括ThinfracMP、ThinfracTMHV、ThinfracTMPW、ThinfracTM-PLUS、ThinfracTMD 和ThinfracTME 等，具有快速水化、支撐劑運(yùn)輸能力強(qiáng)、易于破膠返排、對(duì)地層損害較小等特點(diǎn)。ThinfracMP降阻劑應(yīng)用于二疊紀(jì)盆地的Spraberry/Wolfcamp 頁巖區(qū)，產(chǎn)量較常規(guī)線性和交聯(lián)壓裂液提高46%；應(yīng)用于加拿大西部頁巖地層，在17 m3/min的泵速下降低處理壓力15 MPa，節(jié)省成本60 萬美元。ThinfracTMHV 為高黏降阻劑，可減少支撐劑的沉降，降低泵的磨損，ThinfracTMPW和ThinfracTMPLUS分別為陰離子和陽離子型聚丙烯酰胺降阻劑，耐溫150℃，可溶解于300 g/L 的返排液發(fā)揮作用，應(yīng)用于馬塞勒斯頁巖氣的開采，可降低管道摩阻70%數(shù)80%，增加產(chǎn)量30%數(shù)70%，節(jié)省成本35 萬美元。ThinfracTME 為經(jīng)濟(jì)有效的淡水用陰離子降阻劑，降阻率可達(dá)80%，廣泛應(yīng)用于北美頁巖氣的開采。這些作業(yè)均采用單一流體方案，無需追加植物膠來增加攜砂比，該系列降阻劑將北美頁巖油壓裂作業(yè)生產(chǎn)率提高70%，運(yùn)營成本降低30%。BJ Services 公司仍在繼續(xù)研發(fā)，致力于設(shè)計(jì)出在各種水源中都能達(dá)到良好降阻效果的高效攜砂降阻劑。中國石油化工股份有限公司的研究人員［44］采用雙水相分散聚合方法制備的降阻劑，在30 L/min 排量下的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)降阻率為67%。張峰三［9］通過分子設(shè)計(jì)合成的雙水相疏水締合型聚丙烯酰胺OWPAM，可實(shí)現(xiàn)“低濃度降阻、中濃度造縫、高濃度攜砂”，配制的滑溜水壓裂液在延長油田志丹區(qū)域的4 口致密油井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，降阻率均大于65%。郭粉娟等［45］將抗鹽單體丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷鹽（DAC）和其它單體經(jīng)分散聚合后得到有效含量為32%的水包水乳液降阻劑FR-4，可在5 s內(nèi)快速分散，以其為主劑的滑溜水壓裂液在70℃高溫下降阻率為71.4%，采用J10-HF 井的現(xiàn)場返排水（礦化度57249 mg/L）配制的壓裂液降阻率為71.9%，在頁巖氣井J29-2HF 進(jìn)行了現(xiàn)場施工，注入6 min，施工壓力降低了2數(shù)6 MPa，表現(xiàn)出良好的降阻性能。

中國石油天然氣集團(tuán)在2015 年已經(jīng)將降阻率的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定在70%以上。延長油田［46］對(duì)鄂爾多斯盆地頁巖氣開采所使用的10 種聚丙烯酰胺改性降阻劑取樣，在20℃、加量0.1%時(shí)，有7份樣品可以在30 min 內(nèi)充分溶解，但只有4 份樣品的降阻率能夠達(dá)到70%。國外對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)層改造的研究較早，開采技術(shù)相對(duì)成熟，各大油服公司均具有成熟的降阻劑產(chǎn)品并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，降阻率大多在70%以上，種類繁多，可滿足現(xiàn)場施工需求。我國對(duì)非常規(guī)油氣的開發(fā)研究起步較晚，近年來積極借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)出一系列性能優(yōu)良的滑溜水降阻劑，現(xiàn)場施工取得了一定的增產(chǎn)效果。但國內(nèi)降阻率能達(dá)到70%的產(chǎn)品較少，且大部分W/W降阻劑仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，因此應(yīng)加快研發(fā)，盡快統(tǒng)一產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以確?，F(xiàn)場壓裂取得成功。

4 總結(jié)與展望

降低摩阻一直是油氣開采過程中最重要的目標(biāo)，基于上述對(duì)滑溜水壓裂用降阻劑的研究，降阻劑可通過分子鏈的延伸發(fā)揮降阻作用。天然高分子降阻劑來源廣泛、易生物降解，但降阻能力有限。表面活性劑降阻劑穩(wěn)定性差，用量大，成本高。聚丙烯酰胺類降阻劑應(yīng)用最為廣泛，可引入不同單體對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，存在不同種類，固體粉劑便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，故速溶粉劑降阻劑具有較大應(yīng)用潛力，乳劑中W/O 反相聚合物使用較多，能夠滿足不同現(xiàn)場施工要求，W/W 分散聚合物在溶解性、成本、環(huán)境等方面較W/O具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是未來的重要發(fā)展方向。

滑溜水壓裂液雖然能夠?qū)崿F(xiàn)較大降阻，但攜砂能力較弱，不適合油氣的長期有效開采。需要在滿足降阻的條件下增加黏彈性來增大產(chǎn)能，同時(shí)，采用滑溜水進(jìn)行體積改造用水量巨大，需提高壓裂液返排效率，降低儲(chǔ)層水鎖傷害，并促進(jìn)水相循環(huán)利用。針對(duì)環(huán)保問題和用水壓力，需開發(fā)出在高礦化度下降阻性能優(yōu)異、對(duì)地層傷害小且高效攜砂的經(jīng)濟(jì)環(huán)保型降阻劑。

在配制壓裂液時(shí)，針對(duì)儲(chǔ)層特性、水源特征、壓裂設(shè)備以及其它化學(xué)添加劑等，將降阻與產(chǎn)能相結(jié)合，引入不同性能的單體對(duì)聚合物降阻劑的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，或者加入其它物質(zhì)相互作用，進(jìn)行最優(yōu)的現(xiàn)場施工設(shè)計(jì)，從而以最低的成本達(dá)到最大的采收率。