低用量耐鹽滑溜水體系研究

李欣欣 朱亞楠

1. 長慶工程設(shè)計(jì)有限公司 陜西 西安 710018

2. 長慶油田分公司第五采油廠 陜西 西安 710200

隨著常規(guī)油氣資源開發(fā)難度的增加及全球油氣資源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，非常規(guī)油氣資源作為接替能源[1]，展現(xiàn)出了獨(dú)特的重要性。目前體積壓力技術(shù)是實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣資源有效動(dòng)用的主要技術(shù)手段，通過在儲(chǔ)層中人為的創(chuàng)造出裂縫，形成縫網(wǎng)，擴(kuò)大油氣滲流通道，改善儲(chǔ)層滲流能力[2-3]?；锼畨毫岩鹤鳛閷?shí)現(xiàn)高效體積壓裂的關(guān)鍵，在施工時(shí)常采用大液量和大排量，這使得施工摩阻劇增，泵壓被大量耗散，因此需要添加減阻劑降低管路摩阻，提高泵送效率[4]。

體積壓裂作業(yè)過程中用水量巨大，為節(jié)約水資源，現(xiàn)場常采用壓裂返排液進(jìn)行配液[5]，但返排液中存在的金屬離子會(huì)導(dǎo)致減阻劑性能下降，因此對(duì)減阻劑自身的耐鹽性能提出了更高的要求。

本文利用CT2-7減阻劑構(gòu)筑低用量耐鹽滑溜水體系，展現(xiàn)出了優(yōu)異的減阻性能、耐溫耐剪切性能，且體系耐鹽性能良好，可以使用返排液直接配液，實(shí)現(xiàn)返排液回用，同時(shí)減阻劑用量少，有望實(shí)現(xiàn)滑溜水壓裂液的低成本化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

材料：CT2-7減阻劑、CT8-5黏土穩(wěn)定劑、CT5-12助排劑、CT10-4殺菌劑，實(shí)驗(yàn)室自制；氯化鈉、無水氯化鈣，分析純，上海麥克林生化科技有限公司。

儀器：工作液減阻評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置，HAMZ-Ⅳ，江蘇省海安縣石油科研儀器有限公司；接觸角測量儀，SDC-350，東菀市晟鼎精密儀器有限公司；高溫流變儀，Hakee Mars Ⅲ，賽默飛世爾科技有限公司；恒溫加熱磁力攪拌器，DF-101S；數(shù)顯電動(dòng)攪拌器，84-1A，上海司樂儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟及方法

1.2.1 滑溜水壓裂液性能評(píng)價(jià)

滑溜水壓裂液性能評(píng)價(jià)參照NB/T 14003.1—2015頁巖氣 壓裂液 第一部分：滑溜水性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法。

1.2.2 滑溜水體系耐溫耐剪切測試

使用Hakee Mars Ⅲ型高溫流變儀（賽默飛世爾科技有限公司）測試滑溜水體系表觀黏度隨時(shí)間的變化，測試系統(tǒng)為圓筒，溫度為120 ℃，剪切速率為170/s，測試時(shí)間為5400 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 滑溜水體系基本物性

滑溜水體系配方為：0.025%CT2-7減阻劑+0.3%CT5-12助排劑+0.5%CT8-5黏土穩(wěn)定劑+0.3%CT10-4殺菌劑。

參照滑溜水性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法對(duì)滑溜水體系進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示。測試結(jié)果證明該滑溜水體系的各項(xiàng)物性均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是，在減阻劑用量為0.025%時(shí)，體系的降阻率為71.43%，證明該體系在低減阻劑用量下就可滿足減阻性能要求，減阻性能優(yōu)異。

表1 滑溜水體系物性參數(shù)表

2.2 滑溜水體系耐鹽性能

滑溜水體系在鹽水溶液中的降阻率如圖1所示，可以看到，NaCl濃度為6×104mg/L時(shí)，鹽的引入增加了減阻劑的締合強(qiáng)度，這使得體系的降阻率有了明顯的提升，由71.43%升至75.78%，但這種“提升”隨著鹽濃度的進(jìn)一步增大而消失，當(dāng)NaCl濃度為9×104mg/L時(shí)，降阻率降為69.16%，不再滿足減阻性能的要求。該體系在二價(jià)鹽水溶液中同樣出現(xiàn)了隨鹽濃度的增大，降阻率提升的現(xiàn)象，當(dāng)CaCl2濃度為5ⅹ102mg/L時(shí)，降阻率由71.43%升至72.90%，當(dāng)CaCl2濃度為7.5×102mg/L時(shí)，降阻率仍有70.52%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該滑溜水體系具有良好的耐鹽性能。

圖1 滑溜水體系在鹽水中的降阻率 a：Na+ b：Ca2+

滑溜水體系在鹽水中的降阻率都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，降阻率增大是因?yàn)辂}的加入使溶液與疏水基團(tuán)間的的極性差異增加，疏水基團(tuán)更趨向于聚集，促進(jìn)了疏水鏈段發(fā)生締合作用；繼續(xù)增大鹽濃度，溶液中金屬離子濃度過高，超過了聚合物本身能夠承受的范圍，陰離子間的靜電斥力被鹽離子屏蔽，導(dǎo)致聚合物鏈?zhǔn)湛s、卷曲，不利于減阻。另外，隨著鹽濃度的增加，降阻率曲線的穩(wěn)定性變差，由相對(duì)平穩(wěn)的直線變?yōu)榇嬖诓▌?dòng)的曲線，這是因?yàn)樵邴}的作用下，聚合物發(fā)生蜷縮，這使得溶液中聚合物鏈的長度存在差異。降阻劑的減阻性能與聚合物鏈段的長度有關(guān)，線性長鏈更利于減阻[6]，所以降阻率出現(xiàn)了波動(dòng)。

2.3 滑溜水體系耐溫耐剪切性能

滑溜水體系在120℃、170s的條件下，其表觀黏度隨時(shí)間的變化如圖2所示，在5400s的測試時(shí)間內(nèi)，該體系的表觀黏度在逐步上升，由最初21.74MPa·s，最高升至65.87MPa·s，具有剪切增稠性。該體系表現(xiàn)出剪切增稠是因?yàn)樵诩魬?yīng)力的作用下，聚合物分子鏈被拉伸，這使得分子內(nèi)締合被破壞，而分子間締合則更易發(fā)生，形成三維動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，宏觀表現(xiàn)為流體表觀黏度的上升。實(shí)驗(yàn)證明，該滑溜水體系表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐剪切、耐溫性能。

圖2 滑溜水體系耐溫耐剪切性能測試

3 結(jié)束語

以CT2-7為減阻劑復(fù)配各助劑構(gòu)筑的滑溜水體系各項(xiàng)性能均滿足國家能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)低用量高效減阻，且該滑溜水體系耐鹽、耐溫耐剪切性能良好，為滑溜水壓裂液的開發(fā)提供了新的方案。