海上油田高效施工的壓裂液體系及配套工藝

張宸

摘要：針對海上油田壓裂液體系及工藝現(xiàn)狀，開展高效壓裂液體系研發(fā)及配套工藝研究，形成了高效海水基壓裂液體系配方。該配方添加劑種類少，僅由稠化劑、交聯(lián)劑、破膠劑組成；稠化劑速溶時(shí)間小于30 s，耐鹽性大于40 000 mg/L，可通過加量的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)壓裂液體系功能的改變。施工無須連續(xù)混配撬及緩沖液罐，簡化了施工流程，降低了占地面積，節(jié)省了平臺空間，可有效加大海上平臺壓裂規(guī)模，提高施工效率。

關(guān)鍵詞：海上油田；連續(xù)混配；高效壓裂液；簡化工藝

中圖分類號：TE357文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0114-03

Fracturing Fluid System and Supporting Technology for Efficient Construction in Offshore Oilfields

ZHANG Chen（Engineering Technology Branch of CNOOC Energy Development Co.， Ltd.， Tianjin 300452）

Abstract： In view of the current situation of fracturing fluid system and technology in offshore oilfields， this paper car？ ries out research and development of high-efficiency fracturing fluid system and supporting process research， and forms a formulation of high-efficiency seawater-based fracturing fluid system. Instant solution time of thickener is less than 30s， salt tolerance is more than 40000mg/L， and the function of fracturing fluid system can be changed by adjusting the dosage. The construction does not require continuous mixing skids and buffer tanks， which simplifies the construction process， reduces the floor space， saves the platform space， and can effectively increase the fracturing scale and construction efficiency of the offshore platform.

Keywords： offshore oil field；continuous mixing；high-efficiency fracturing fluid；simplified process

我國海上油氣儲量豐富，中高滲透儲層占比超過90%。但隨著開發(fā)程度的加深，出砂等堵塞情況對產(chǎn)能的影響日益嚴(yán)重，酸化、酸洗等解堵措施無法滿足增產(chǎn)要求。近年來，水力壓裂技術(shù)開始逐步在海上油田推廣。目前應(yīng)用較多的是過篩管壓裂，大規(guī)模壓裂技術(shù)正在發(fā)展[1-2]，適用的壓裂液體系和配套工藝也逐步推廣。

近年來，壓裂技術(shù)開始向大規(guī)模轉(zhuǎn)型，陸地油田多級壓裂單井液量超過10 000 m3。而海上實(shí)施水力壓裂技術(shù)的規(guī)模受平臺空間和承重的限制。要解決海上壓裂施工的后勤保障和規(guī)模限制，有效降低海上壓裂施工風(fēng)險(xiǎn)和成本，最有效的方法就是通過連續(xù)混配裝置聯(lián)用開展在線施工。近年來，已逐漸形成適用的海水基壓裂液體系及連續(xù)混配工藝，壓裂液體系和工藝也在不斷地完善。

1海水基壓裂液體系及連續(xù)混配工藝

目前海上油田壓裂施工中，采用最多的工藝手段是過篩管壓裂，采用海水配制壓裂液并通過連續(xù)混配工藝可以在平臺空間有限的條件下增加施工規(guī)模，目前已形成多套適用不同儲層條件的壓裂液體系，均可滿足連續(xù)混配要求。

1.1海水基速溶植物膠壓裂液

渤海油田主力開發(fā)層位溫度范圍為50～80℃，施工過程中連續(xù)混配撬內(nèi)配制的基液進(jìn)入緩沖罐后，一般在15～30 min內(nèi)進(jìn)入混砂撬。為采用海水進(jìn)行施工，壓裂液體系應(yīng)具有5～10 min內(nèi)速溶、耐鹽性大于30 000 mg/L、耐溫為80℃等特點(diǎn)。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行配方研發(fā)及優(yōu)化，具體配方如下：0.35%速溶抗鹽植物膠+0.3%抗鹽高效助排劑+0.5%抗鹽黏土穩(wěn)定劑+0.4%離子穩(wěn)定劑+0.3%抗鹽破乳劑+0.3%強(qiáng)交聯(lián)抗鹽交聯(lián)劑+0.1%破膠劑。

1.2連續(xù)混配工藝

連續(xù)混配工藝將提前配液再施工的方式簡化為邊配液邊施工，從而有效提高壓裂施工效率[6-7]。工藝流程為海水經(jīng)過過濾裝置，提升至海水罐內(nèi)，海水經(jīng)過連續(xù)混配撬加入稠化劑及其他添加劑配制成基液進(jìn)入緩沖罐，緩沖罐內(nèi)液體進(jìn)入混砂撬加入交聯(lián)劑、破膠劑，再進(jìn)入儲層。整個(gè)工藝流程順暢、連續(xù)，大大簡化了施工過程。

1.3現(xiàn)場應(yīng)用

WC-X井為一口單層的生產(chǎn)油井，出砂嚴(yán)重，常規(guī)解堵手段對其均無明顯效果。采用連續(xù)混配的施工工藝及海水基胍膠壓裂液體系，泵注液體總量為550 m3，支撐劑為75 m3，形成裂縫形態(tài)與設(shè)計(jì)基本一致，施工順利，海上連續(xù)混配壓裂應(yīng)用取得成功。近年來，過篩管壓裂技術(shù)在渤海油田進(jìn)入推廣階段，目前已采用海水基胍膠壓裂體系與連續(xù)混配工藝完成十余口的壓裂施工，效果良好。

2新型高效海水基壓裂液體系及配套工藝

前期采用的速溶型胍膠體系經(jīng)過十余井次的現(xiàn)場應(yīng)用，取得了較好的效果。但體系添加劑種類繁多，需配套連續(xù)混配撬及緩沖液罐，采用復(fù)雜壓裂工藝的情況下還需準(zhǔn)備滑溜水體系，極大降低了海上平臺利用效率。因此，研發(fā)一種添加劑種類少的高效壓裂液體系，減少添加劑種類，無須混配撬及緩沖液罐，對于海上平臺高效壓裂施工意義重大。

2.1高效壓裂液體系

為提高海上平臺空間利用率，增加施工效率，高效壓裂液體系應(yīng)具備如下特點(diǎn)：①添加劑功能具備復(fù)合能力，一劑多效，減少添加劑種類；②一體化功能轉(zhuǎn)換能力，根據(jù)加量可實(shí)現(xiàn)滑溜水、線性膠、凍膠功能；③速溶性，溶解時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于連續(xù)混配要求時(shí)間；④耐鹽性強(qiáng)，采用平臺下方抽取海水配制壓裂液，性能不受影響；⑤性能符合壓裂液行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性能要求。

2.1.1添加劑類型。壓裂液配方中最主要的組分為稠化劑、交聯(lián)劑和破膠劑。其中稠化劑通常為聚合物，通過聚合物分子與水分子締合，在溶液中展開延伸，形成溶脹線性體，達(dá)到增稠降黏的效果；交聯(lián)劑與稠化劑分子間支鏈反應(yīng)形成連接，每個(gè)聚合物分子都存在多處連接，從而交聯(lián)后體系呈凍膠狀，降低支撐劑沉降速度，減少體系在儲層中的濾失；破膠劑具有氧化性，通將稠化劑的聚合物大分子氧化分解成小分子碎片，從而降低液體黏度，使壓裂液攜砂后，在關(guān)井時(shí)間內(nèi)破膠并順利返排，不影響儲層開發(fā)。

助排劑、黏土穩(wěn)定劑的作用為提高壓裂液體系性能、降低儲層傷害、增加返排能力。為降低添加劑種類，研發(fā)了具有助排性能、黏土穩(wěn)定性能、降阻性能、增黏性能的復(fù)配稠化劑單劑YTC，采用超分子聚集的中低分子量、窄分布的線性聚合物分子結(jié)構(gòu)，同時(shí)加入抗鹽單體，在低加量下具有提高黏度、降低表界面張力、提高降阻率的特點(diǎn)。研發(fā)了中性交聯(lián)的交聯(lián)劑ZJL，在PH6-8條件下交聯(lián)強(qiáng)度最高，滿足體系攜砂性能。破膠劑采用聚合物破膠劑HPJ，延遲破膠，防止提前破膠導(dǎo)致攜砂能力減弱。經(jīng)過研發(fā)，體系添加劑調(diào)整為3種，大大減少了添加劑種類，配方組成為：YTC稠化劑+ZJL交聯(lián)劑+HPJ破膠劑。

2.1.2多功能稠化劑?；吼ざ仁窃u價(jià)壓裂液體系性能的重要參數(shù)，滑溜水黏度小于20 mPa·s，線性膠黏度為20～30 mPa·s，配制凍膠的基液黏度大于30 mPa·s。在體積壓裂工藝中，通常采用降阻劑配制滑溜水，低砂比大液量攜砂。若采用高砂比，需準(zhǔn)備胍膠壓裂液體系，極大地增加了準(zhǔn)備時(shí)間，降低了施工效率。

YTC稠化劑根據(jù)加量不同，低加量下可形成滑溜水，中加量下形成線性膠，高加量下加入交聯(lián)劑可形成凍膠，一劑多能，通過調(diào)節(jié)加量實(shí)現(xiàn)液體性能的在線實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，大幅度提高了施工效率。

2.1.3速溶能力。連續(xù)混配工藝通常采用粉劑類型稠化劑，溶解時(shí)間為3～5 min，在緩沖液罐內(nèi)溶脹至黏度的80%以上。YTC稠化劑為降低溶解時(shí)間，采用乳液的方式，可保證30 s內(nèi)迅速溶解，并且具有更高的增黏比，可與交聯(lián)劑、破膠劑同時(shí)添加而不降低性能。因此，無須緩沖液罐，提高了連續(xù)混配能力。

2.1.4耐鹽性能。海水基壓裂液采用海水配制，海水礦化度普遍為30 000～40 000 mg/L，YTC稠化劑采用反向原子轉(zhuǎn)移自由基，增加抗鹽單體，實(shí)現(xiàn)可控聚合，屏蔽陽離子作用，從而提高耐鹽性能。采用渤海海水進(jìn)行配液，礦化度34 000 mg/L，選擇YTC加量1.5%，170 s-1剪切2 h后黏度為106.4 mPa·s，耐溫耐鹽性能滿足要求，如圖1所示。

2.1.5綜合性能。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及海上油田儲層特征需求，配方優(yōu)化如下：（0.1%～1.5%）YTC稠化劑+（0.3%～0.5%）ZJL交聯(lián)劑+（0.2%～0.4%）HPJ破膠劑。性能如表1所示。

2.2配套工藝技術(shù)

高效壓裂液體系具有30 s內(nèi)速溶的特點(diǎn)，可與交聯(lián)劑、破膠劑同時(shí)加入混砂撬，因此無須連續(xù)混配撬和緩沖液罐，采用混砂撬上自帶液添泵或液添撬即可滿足連續(xù)混配要求。

高效壓裂液體系添加劑有3種，采用三備一的原則，液添撬一般含有4個(gè)精密泵體，同時(shí)可配備液添泵，在需要增加其他添加劑的情況下滿足配液要求。可以看出，配套工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：①配液程序簡單，僅采用多泵撬體；②設(shè)備占地較小，適用海上平臺條件；③液體功能快速切換，無須倒罐；④通過調(diào)整泵排量即可實(shí)時(shí)調(diào)整配方；⑤適用于復(fù)雜壓裂工藝。

3結(jié)語

目前，海上平臺壓裂多采用海水基植物膠壓裂液體系+連續(xù)混配施工工藝，體系配方為：0.35%速溶抗鹽植物膠+0.3%抗鹽高效助排劑+0.5%抗鹽黏土穩(wěn)定劑+ 0.4%離子穩(wěn)定劑+0.3%抗鹽破乳劑+0.3%強(qiáng)交聯(lián)抗鹽交聯(lián)劑+0.1%破膠劑，應(yīng)用效果良好。

通過研究形成了高效海水基壓裂液體系配方，減少添加劑類型，體系由稠化劑、交聯(lián)劑、破膠劑組成，配方為（0.1%～1.5%）YTC稠化劑+（0.3%～0.5%）ZJL交聯(lián)劑+（0.2%～0.4%）HPJ破膠劑，性能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，速溶時(shí)間小于30 s，耐鹽大于40 000 mg/L，適用溫度60℃，可通過添加劑加量的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)壓裂液體系功能的改變。配套工藝簡化了施工流程，無須連續(xù)混配撬及緩沖液罐，采用多泵撬體同時(shí)將添加劑泵注至混砂撬，節(jié)省平臺空間，降低占地面積，可有效增加海上平臺壓裂規(guī)模及施工效率。

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