唐海雄 （中海石油 （中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳518067）

劉衛(wèi)紅 （長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢430100）

韋紅術(shù) （中海石油 （中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳518067）

許明標(biāo)，王俊祥 （長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢430100）

王榮耀，張玉亭 （中海油研究總院，北京100027）

深水救援井是指在深水鉆井過程中當(dāng)油氣井發(fā)生井噴或著火事故時，在事故井附近的安全區(qū)域所打的一口與事故井連通的定向井[1]。其基本原理是通過救援井井眼軌跡與事故井井眼軌跡在地層的某個層位會合，將高密度的鉆井液或水泥漿通過救援井輸入事故井，以達(dá)到油氣井滅火或控制井噴的目的[2]。如果救援井與事故井不能成功交會時，則需要采用壓裂的方式來達(dá)到救援井與事故井的連通，此時壓裂所用的壓裂液即為連通壓裂液。深水救援井連通壓裂液因深水環(huán)境的特殊性以及壓裂目的的特殊性，其配方設(shè)計與用于增產(chǎn)作業(yè)的壓裂液有一定的區(qū)別。筆者針對深水救援井連通壓裂液的特點，室內(nèi)設(shè)計了一種壓裂液體系，并對其性能進(jìn)行了研究。

1 深水救援井連通壓裂液性能設(shè)計要求及配方設(shè)計

在深水條件下進(jìn)行壓裂作業(yè)時，由于水深的原因，表面施工壓力有可能超過地面施工設(shè)備和井口元件的額定壓力，為了解決這一問題，往往采用加重壓裂液進(jìn)行壓裂作業(yè)[3～5]。與用于增產(chǎn)作業(yè)的壓裂液體系相比，救援井壓裂液的主要功能是壓裂地層，產(chǎn)生裂縫，從而將救援井與事故井進(jìn)行連通。因此對救援井壓裂液的性能要求中，往往不需要考慮儲層保護(hù)的問題。同時，救援井壓裂液的主要目的是造縫，當(dāng)所造裂縫與事故井連通后，后續(xù)泵入的將是用于控制事故井的壓井液或者封堵事故井的水泥漿。救援井壓裂液的功能與增產(chǎn)作業(yè)用的壓裂液體系中的前置液功能類似，一般不需攜砂或者很少攜砂，體系所用增稠劑一般用線性膠，不需要交聯(lián)增稠處理，也不需要破膠返排處理。因此在深水環(huán)境下，對救援井的壓裂液設(shè)計主要考慮的性能如下：

1）加重性能 為了降低地面設(shè)備的壓力負(fù)荷，一般采用NaBr鹽水基液進(jìn)行加重[6，7]，其密度最高可達(dá)1.5g/cm3。

2）增稠性能 為了防止壓裂液滲漏，從而影響壓裂液的有效造縫，同時也為了降低摩阻，壓裂液體系中應(yīng)加入線性膠增稠。

3）耐剪切性能 壓裂液在高壓下注入地層的過程中會受到泵及管路中的剪切作用，因此要求壓裂液有一定的耐剪切性能。

4）低溫下流變穩(wěn)定性 在深水作業(yè)中壓裂液的溫度可接近泥線溫度，因此要求壓裂液在低溫下具有較好的流變穩(wěn)定性。

5）高溫穩(wěn)定性 在井底及地層高溫條件下要求壓裂液具有一定的抗高溫穩(wěn)定性。

6）降阻性能 為了盡可能地降低地面設(shè)備的壓力負(fù)荷，提高壓裂效率，壓裂液在管路中流動時應(yīng)具有較低的摩阻。

針對以上性能要求，通過實驗室的篩選研究，選取了改性生物聚合物VIS作為體系的稠化劑，并采用NaBr鹽水加重；為防止細(xì)菌的滋生，體系中加入了一定量的SWQ作為殺菌劑；為了保持井壁穩(wěn)定，體系中加入了一定量的KCl作為黏土穩(wěn)定劑；同時為了降低摩阻，體系中加入了少量的聚丙烯酰胺PAM。通過大量的室內(nèi)研究，最終確定體系的配方為：淡水＋0.4%VIS－2＋0.4%SWQ＋3%KCl＋0.05%PAM＋98%NaBr（配方百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

2 壓裂液性能評價

2.1 壓裂液體系的加重性能

為了適應(yīng)不同水深及地層的需要，對壓裂液的加重性能進(jìn)行了研究，考慮到壓裂液在地層中的停留時間較短，因此選擇熱滾條件為140℃×2h，流變測定溫度為60℃，試驗結(jié)果見表1。

表1 壓裂液體系加重性能評價

從表1可以看出，隨著NaBr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系的密度逐漸增大，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到98%時，體系的最高密度可達(dá)1.50g/cm3，而NaBr的加入對體系的流變性能影響不大。

2.2 壓裂液體系的耐溫性能

壓裂液注入地層后，可能會受到地層的高溫作用而降解，從而影響體系的流變性能，壓裂施工的作業(yè)時間一般不超過2h，即使受到高溫作用也是短暫的。室內(nèi)考察了不同溫度下、熱滾2h后對體系性能的影響，試驗結(jié)果見表2。從表2可以看出，壓裂液體系在高溫時仍能表現(xiàn)出較好的流變性，說明壓裂液體系具有一定的耐溫性能。

表2 壓裂液體系的耐溫性能

2.3 壓裂液體系的低溫流變性能

在深水作業(yè)中，由于泥線溫度較低，壓裂液在泥線附近會受到低溫的作用。室內(nèi)對不同溫度下，壓裂液體系熱滾2h后的流變性能進(jìn)行了測試，試驗結(jié)果見表3。從表3可以看出，在溫度低至4℃時，雖然體系的黏度有較大幅度的增加，但是體系的總體黏度并不是很高，考慮到剪切作用對黏度的影響，體系的黏度在泥線處的升幅還會降低。所以，泥線低溫并不會對體系的流變性產(chǎn)生很大的影響。

表3 溫度對壓裂液體系流變性的影響

2.4 壓裂液體系的耐剪切性能

壓裂液在注入地層的過程中，在泵和管道中會受到剪切作用。室內(nèi)在剪切速率為511s－1的條件下，模擬了不同的剪切時間對體系黏度的影響，試驗結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，體系在511s－1的剪切速率下，經(jīng)過1h后，其黏度保留率仍有70%以上，說明體系具有較好的耐剪切性能。

圖1 壓裂液體系耐剪切性能評價

2.5 壓裂液體系降阻性能評價

一般在壓裂過程中，壓裂液黏度增加，管道摩阻和泵的功率損失也增加，為了有效地利用泵的效率，降低壓裂液摩阻是非常必要的。

水基壓裂液常用降阻劑有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等水溶性合成聚合物。植物膠及其衍生物和各種纖維素衍生物也可以降低摩阻。降阻劑降阻的原理是抑制紊流。當(dāng)以高速度往小管線內(nèi)泵送流體時，低黏度流體趨向于達(dá)到高度紊流，這種紊流會轉(zhuǎn)變成高的摩擦阻力。在高速泵送的流體中加入少量高分子降阻劑時，高分子聚合物鏈以及它對水分子的內(nèi)在親和力使流體分子有序化，能減輕和減少液流中的漩渦和渦流，因而起到紊流抑制作用，降低泵送阻力。

在深水救援井壓裂液的基本配方中，含有一定量的天然植物膠，在一定濃度范圍內(nèi)，植物膠可以起到降摩阻的作用，但濃度過高則會增加摩阻。而在降摩阻的聚合物中，合成聚丙烯酰胺 （PAM）的降阻性能最好。試驗采用摩阻環(huán)路裝置，對基液的降阻性能以及含有不同PAM加量的壓裂體系的降阻性能進(jìn)行了評價，試驗結(jié)果見表4。

從表4可以看出，基液與清水相比，其降阻率可達(dá)28.9%，而在體系中加入一定量的PAM后，其降阻率可以進(jìn)一步提高，但是加入過量的PAM，由于對體系黏度的影響，降阻率反而下降。故選擇在體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%的PAM可以進(jìn)一步降低摩阻。

表4 不同種類基液對清水的降阻率

3 結(jié)論

1）深水救援井連通壓裂作業(yè)時，表面施工壓力有可能超過地面施工設(shè)備和井口元件的額定壓力，為了解決這一問題，往往采用加重壓裂液進(jìn)行壓裂作業(yè)。

2）確定了適合深水救援井連通壓裂液的基本配方：淡水＋0.4%VIS＋0.4%SWQ＋3%KCl＋0.05%PAM＋98%NaBr（配方百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

3）室內(nèi)研究表明，該壓裂液體系具有較好的加重性能，能夠適合不同地層的需要，體系耐溫可達(dá)140℃，并具有較好的耐剪切性能及降阻性能，能夠滿足深水救援井連通壓裂液的需要。

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