陳鵬飛 劉友權 鄧素芬 吳文剛 雷英全 張亞東 黃晨直

（1．中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 2．中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦）（3．中國石油川慶鉆探工程公司）

1 四川頁巖氣儲層特征

四川W、C區(qū)塊頁巖氣藏龍馬溪組石英質量分數為41%～55%，黏土質量分數為15%～40%，與Barnett頁巖儲層巖性相似，同屬于硅質／黏土質頁巖，巖石脆性指數較高，具體見表1［1－2］。

2 頁巖氣體積壓裂液體及性能要求

在頁巖氣藏的開發(fā)中，大排量、大液量體積壓裂是關鍵技術。體積壓裂建立的復雜裂縫網絡，增大了泄流裂縫的表面積，有利于維持產量［3－9］。依據Barnett頁巖經驗，選擇以滑溜水水平井分段壓裂為主的體積壓裂［10－11］，通過國外資料調研及評價，滑溜水應具有以下性能：

（1）降阻率＞65%；

（2）室內返排率＞50%；

（3）CST比值＜1。

表1 四川頁巖氣藏與美國頁巖氣藏對比Table 1 Comparison between the Sichuan shale and America shale

3 滑溜水研究及評價

根據體積壓裂工藝要求、頁巖儲層特點，滑溜水主要由降阻劑、助排劑和防膨劑構成。

3．1 降阻劑的研究及性能評價

聚丙烯酰胺類降阻劑具有降阻性能高，使用濃度低，經濟等優(yōu)點，國外頁巖體積壓裂中降阻劑主要使用乳液聚丙烯酰胺［9－12］。

線型高分子鏈的伸展長度正比于它的相對分子質量的大小，即相對分子質量大者其分子鏈伸展時的長度也大，它的均方根末端距值也大。在諸多因素中，相對分子質量對降阻效果影響是極為明顯的［13］（圖1），隨相對分子質量增加，降阻性能提高。

研發(fā)了乳液型聚丙烯酰胺降阻劑CT1－20，并對不同濃度CT1－20的降阻性能進行了評價，從圖2可知，CT1－20的質量分數增加時降阻性能提高。CT1－20的質量分數為0．04%時，降阻率50．6%；0．15%CT1－20降阻率65．1%；0．20%CT1－20降阻率69．3%。

圖3為降阻劑的速解性能評價。從圖3中可知，降阻劑CT1－20在30s內完全溶解，滿足頁巖氣藏體積壓裂連續(xù)混配的要求。

3．2 助排劑的研究及返排性能評價

Laplace－Young毛細管壓力降方程式：Pc＝2σcosθ／R，該方程式表明降低表面張力，增大接觸角可以降低毛細管壓力，提高液體返排率，降低水鎖傷害。研發(fā)了適合頁巖氣藏體積壓裂的微乳增能助排劑CT5－13。微乳增能助排劑在降低表面張力、改變接觸角、優(yōu)化地層潤濕性的同時改變了壓裂液在頁巖地層中的氣液驅替特性，使工作液均勻連續(xù)排出，有效提高巖心的滲透率。

采用儲層巖心、壓裂支撐劑模擬地層裂縫條件對微乳助排劑返排性能進行了評價，結果見圖4。

圖4表明，當助排劑質量分數在0～0．5%變化時，返排率先增大后降低。其中助排劑質量分數為0．3%時，返排率68．3%，返排性能最好。

3．3 防膨性能評價

壓裂常用防膨劑主要有氯化鉀、高分子陽離子聚合物及小分子陽離子類。氯化鉀成本高，不能滿足連續(xù)混配要求，高分子陽離子聚合物類對儲層傷害大。研制的小分子陽離子防膨劑加量小，具有同氯化鉀及陽離子型聚合物相當的防膨性能。利用毛細管吸收測定儀對N3井巖心的水敏性及小分子陽離子防膨性能進行了評價。

從圖5的實驗結果可計算出，N3井的CST比值為1．06，介于1～1．5之間，中度水敏，添加0．2%小分子陽離子防膨劑后CST比值小于1。

4 現場應用

根據室內降阻、返排及防膨性能的評價結果，得到了適合四川 W、C區(qū)塊頁巖體積壓裂滑溜水配方，即：0．2% （w）CT1－20＋0．3% （w）CT5－13＋0．2%（w）小分子陽離子防膨劑（防膨劑由巖心CST值大小決定是否添加）。由表2可知，研發(fā)的體積壓裂滑溜水在現場5．5英寸的套管中，排量為8～10 m3／min時，降阻率65．5%～68．3%，W 區(qū)塊共計壓裂施工4井次，壓后平均返排率46．19%，C區(qū)塊共計壓裂施工4井次，壓后平均返排率27．93%，累計增加測試產量為6．24×104～11．35×104m3／d，施工取得了較好的效果。

表2 現場應用概況Table 2 Field application status

5 結語

（1）根據四川W、C區(qū)塊頁巖儲層特點，研發(fā)了適合該區(qū)塊體積壓裂的滑溜水，由降阻劑、微乳增能助排劑、防膨劑組成。該配方的室內降阻率65．1%～69．3%，室內返排率68．3%，CST比值＜1，可以滿足頁巖氣藏體積壓裂的要求。

（2）現場試驗表明，W、C區(qū)塊頁巖氣藏采用研發(fā)的滑溜水體積壓裂可行，在管徑5．5英寸的套管中，排量為8～10m3／min，降阻率為65．5%～68．3%，累計增加井口測試產量6．24×104～11．35×104m3／d，壓裂施工后 W 區(qū)塊平均返排率為46．19%，C區(qū)塊平均返排率27．93%，取得了較好的施工效果。

［1］Palisch T T ，Vincent M C ，Handren P J．．Slickwater fracturing¨C food for thought［C］／／SPE Annual Technical Conference and Exhibition，Denver，Colorado，USA：SPE ，2008．

［2］Omkar Jaripatke，Bill Grieser，KK Chong．A completions road map to shale play development¨C a review of successful approach towards shale play stimulation in the last two decades［C］／／SPE Deep Gas Conference and Exhibition ，Manama，Bahrain：SPE，2010．

［3］Reynolds M M．．Development update for an emerging shale gas giant Field－h(huán)orn river basin，british columbia，canada［C］／／SPE Unconventional Gas Conference，Pittsburgh，Pennsylvania，USA：SPE，2010．

［4］Nathan Houston．Fracture－stimulation in the marcellus shale！lessons learned in fluid selection and execution［C］／／SPE Eastern Regional Meeting，Charleston，West Virginia，USA：SPE，2009．

［5］Charles Boyer，John Kieschnick，Roberto Suarez－Rivera，Richard E．Lewis．頁巖氣藏的開采［J］．油田新技術，2006：27－30．

［6］黃玉珍，黃金亮，葛春梅，等．技術進步是推動美國頁巖氣快速發(fā)展的關鍵［J］．天然氣工業(yè)，2009，29（5）：9－10．

［7］李艷春，劉雄明，徐俊芳．改進Barnett頁巖增產效果的綜合裂縫監(jiān)測技術［J］．國外油田工程，2009，25（1）：20－22．

［8］張言，郭振山．頁巖氣藏開發(fā)的專項技術［J］．國外油田工程，2009，25（1）：26－28．

［9］Daniel Arthur J，Brian Bohm ，Mark Layne．Considerations for development of marcellus shale gas［J］．World Oil，2009（6）：65－66．

［10］Mark parker，bily slabaugh．Cas study：optimizing hydraulic fracturing performance in northeastern united states fractured shale formations［C］／／SPE Production and Operations Symposiium，Oklahoma City，Oklahoma，USA：SPE，2003．

［11］肖勇軍，付永強，陳遠林，等．四川頁巖氣體積壓裂改造先導性試驗［J］．天然氣工業(yè)，2012，（增刊1）：32－33．

［12］Fredd C N，Olsen T N．Polymer－free fracturing fluid exhibits improved ceanup for unconventional natural gas well applications［C］／／SPE Eastern Regional Meeting，Charleston，West Virginia，USA：SPE，2004．

［13］沃良華，廖其奠．添加劑分子結構對減阻性能的影響及減阻效果的試驗結果 ［J］．上海機械學院學報，1991，13（1）：9－11．