減阻劑在頁巖氣壓裂中的應(yīng)用

彭東喆

摘要：使用滑溜水壓裂液有著低粘度以及降摩阻等多種優(yōu)勢所在，能夠進入到較深的地層中，從而構(gòu)造出更加復(fù)雜的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)今油氣藏最為有效的一種降本增效方法，在滑溜水的使用中減阻劑是非常重要的組成部分，可以降低壓裂液與管壁間的摩擦阻力，促使作業(yè)效率得以提升。本文主要針對于表面活性劑與聚丙烯酰胺減阻劑的應(yīng)用機理與效率加以分析，同時闡述了各自在研究開展過程中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：減阻劑;頁巖氣壓裂;聚丙烯酰胺

前言：

頁巖氣是我國非常重要的一種常規(guī)天然氣資源，其有著自生自儲、大面積連續(xù)成藏、低孔以及低滲致密發(fā)育等多種特征，在上個世紀八十年代時，美國最高開始勘探頁巖氣，針對其分布的規(guī)律、資源潛力等進行了全面系統(tǒng)的研究，水力壓裂的出現(xiàn)在頁巖氣革命中發(fā)揮出了重要的作用。

一、表面活性劑類減阻劑

將粘彈性表面活性劑作為主劑的壓裂液，通常將其定義為清潔壓裂液，近些年針對于此類的滑溜水研究在不斷增加。不僅有壓裂造縫的功能，同時其表面的活性劑可以降低界面張力，在一些細小的縫隙內(nèi)部構(gòu)建起微觀的滲流通道，促使采收率得以提升。

王改紅等人在經(jīng)過研究得出，一種可以重復(fù)使用的表面活性劑類減阻劑，主要將十二烷基氧化叔胺表活劑作為主劑，呈現(xiàn)出中性或弱酸性，使用時可以降低壓裂設(shè)備以及井下的管柱腐蝕，同時有效酸蝕碳酸鹽產(chǎn)物，其可以與含鹽1.0×105mg/L之內(nèi)的返排液之間實現(xiàn)在線的混配，水合的時間低于10s，有著比較好的抗鹽能力。

二、PAM類減阻劑

PAM類的減阻劑是在現(xiàn)今頁巖氣滑溜水壓裂液使用中最為廣泛的減阻劑，在廣泛的推廣與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)品的外觀與形態(tài)上進行劃分，可以將PAM減阻劑劃分為干粉狀、反相乳液以及水分散體系等，相對于傳統(tǒng)的滑溜水使用適用性來講，現(xiàn)今對于油氣價格的變化，對于滑溜水的產(chǎn)品提出了更加嚴格的要求，例如高礦化度下的耐鹽性能、水化速率等。

（一）高礦化度PAM減阻劑

隨著現(xiàn)今頁巖氣大面積的進行開發(fā)，所以壓裂返排液得到了重復(fù)的使用，在地形條件下和巖石經(jīng)過接觸，就會出現(xiàn)鹽溶解、離子交換，促使壓裂返排液的礦化度與硬度起到了上升的趨勢。Paktinat等人表示，針對于如何實現(xiàn)就地水資源的循環(huán)再利用是降本增效較為可行的研究方向，現(xiàn)今工作開展中主要的目的為，體現(xiàn)出返排水重復(fù)使用，繼而導(dǎo)致出現(xiàn)水資源礦化度提升，所以減阻劑使用的環(huán)境變得更加嚴苛。經(jīng)過相關(guān)研究表示，現(xiàn)今使用的減阻劑耐用性上限為，一價陽離子含量為7%，二價或三價陽離子的含量為0.5%，在一些高礦化度環(huán)境下，需要提升減阻劑使用量，提升了自身的攜砂能力。針對于可能長期處在低成本的開發(fā)狀態(tài)，增加使用減阻劑的用量，就相當(dāng)于增加作業(yè)施工的成本，這也就需要進一步的提升減阻劑在不提前注入濃度的情況下，可以獲得相同目標(biāo)的泵速與攜砂量[1]。

（二）反相乳液PAM減阻劑

在使用反相乳液類減阻劑的過程中，通常是用油包水乳液在線加入壓裂液中，水滴中通常包裹的是活性聚合物分子，同時將其分散在連續(xù)油相中。當(dāng)滑溜水被泵入水中之后，油包水乳就會反轉(zhuǎn)成為水包油乳液，從而釋放出聚合物，將該過程出稱之為相反轉(zhuǎn)過程。針對于反相乳液減阻劑的使用性能考察，主要有以下內(nèi)容，聚合物與其他壓裂添加劑有著一定的兼容性，例如乳化劑、破膠劑等;在外部極端環(huán)境發(fā)展下的快速相反轉(zhuǎn)與穩(wěn)定性能力，例如高礦化水與超低溫極端環(huán)境;在作業(yè)的條件下，相反轉(zhuǎn)后有效的組分釋放比例及其阻效率[2]。

（三）分散型PAM減阻劑

在壓裂施工現(xiàn)場，高礦化度水質(zhì)的環(huán)境嚴重的阻礙了油包水型減阻劑的快速溶脹水合，如果相反轉(zhuǎn)速度延遲，就會影響減阻效果。反相乳液PAM中有機溶液有三分之一，有機溶液的殘留可能會對地層造成二次污染，同時增加成本。在研究上述的相關(guān)問題時，可以將其與高分子化學(xué)合成理論有機結(jié)合在一起，同時提出了水包水型阻堿劑的應(yīng)用概念。在馮玉軍的研究中，將PAM與其他的水溶性單體使用一種低分子量的水溶性聚合物穩(wěn)定劑，在無機鹽溶液發(fā)生分散聚合可以得到產(chǎn)物的現(xiàn)象，將其有效的定義為“水包水”型丙烯酰胺類聚合物，也將其稱之為分散型聚合物，現(xiàn)今經(jīng)常被應(yīng)用在造紙的絮凝劑與脫水助劑中。

（四）高粘減阻劑（HVFR）

高粘減阻劑應(yīng)用在一些非常規(guī)的油氣藏中，很難有效的平衡攜砂量與儲層傷害之間存在的矛盾，根據(jù)美國環(huán)境保護署的研究結(jié)果顯示，每年應(yīng)用在壓裂施工作業(yè)的水資源消耗中，需要消耗掉大約為700-1400億t。隨著現(xiàn)今美國政府加強對壓裂中水資源消耗管控工作的管理，在近些年的發(fā)展中已經(jīng)有較多的非常規(guī)油氣田，開始在工作開展中使用快速溶于返排水的高粘度減阻劑，將其廣泛的應(yīng)用在壓裂作業(yè)領(lǐng)域中，在該體系的應(yīng)用過程中通常都是高分子量丙烯酰胺類聚合物，在實際使用過程中有著應(yīng)用廣、效率高以及環(huán)境影響小等多種特點。一直到2019年，北美一共有26個頁巖氣區(qū)塊開始使用HVFRS開展壓裂施工作業(yè)，并且在Permian盆地與Andarko盆地，并且占據(jù)了全北美的16%，在使用過程中將其濃度控制在2.5-3.5gpt之間。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，Haynesville以及Utica在研究過程中其降本率與增產(chǎn)效率可以高達70%。與常規(guī)的滑溜水相比較，HVFR的攜砂量比較大，且有著比較高的造縫能力，并不會影響減租性能的發(fā)揮[3]。

結(jié)語：

經(jīng)常使用的滑溜水壓裂用水溶性減阻劑，主要是由生物基多糖、粘彈性表面活性劑與高相對分子質(zhì)量的PAM4大類的高分子化學(xué)劑構(gòu)成，其中瓜爾膠基的衍生物與PAM類減阻劑占據(jù)了主導(dǎo)的作用。針對于現(xiàn)今出現(xiàn)水資源短缺的現(xiàn)狀，需要在開發(fā)大頁巖氣區(qū)塊時，側(cè)重于滑溜水的返排液重復(fù)使用能力以及快速水化速率等進行權(quán)衡與考量。

參考文獻：

[1]張根，陳楊，康榮強. 頁巖氣壓裂對正鉆井施工技術(shù)的探討[J]. 化工管理，2021，（07）：76-77.

[2]岑濤，夏海幫，雷林. 渝東南常壓頁巖氣壓裂關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 油氣藏評價與開發(fā)，2020，10（05）：70-76.

[3]劉艷榮. 基于電力開展頁巖氣壓裂規(guī)模應(yīng)用分析[J]. 中國設(shè)備工程，2020，（12）：68-69.