吳安林 李 嘉 張曉虎

（中國(guó)石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司 四川 廣漢 618301）

0 引言

長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣區(qū)塊主要位于四川省宜賓市珙縣，構(gòu)造位置為長(zhǎng)寧背斜構(gòu)造中奧陶頂構(gòu)造南翼，層位為龍馬溪組，主要為黑色頁(yè)巖，改造儲(chǔ)層埋藏深度為4000～4700m，水平段長(zhǎng)度為1000～1900m；測(cè)井解釋平均孔隙度為5.13%、泊松比為0.25、脆性指數(shù)為60.5%、黏土含量為20.7%，實(shí)驗(yàn)分析抗壓強(qiáng)度為261.47MPa；彈性模量為3.65×104MPa，最小水平主應(yīng)力梯度為0.019～0.023MPa／m。為適應(yīng)長(zhǎng)寧區(qū)塊儲(chǔ)層物性，壓裂改造工作液主要有常規(guī)鹽酸、高效降摩阻降阻水、線性膠以及弱交聯(lián)壓裂液。

1 鹽酸預(yù)處理原理及應(yīng)用

頁(yè)巖氣主要存在于裂隙和基質(zhì)組成的雙重介質(zhì)中，基質(zhì)間主要通過泥質(zhì)膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)相連接[1]。鹽酸一方面可以溶解頁(yè)巖膠結(jié)物和礦物，增加頁(yè)巖近井地帶孔隙，同時(shí)溝通微裂縫的連通性；另一方面通過破壞巖石結(jié)構(gòu)和弱化彈性模量、泊松比以及巖石抗壓強(qiáng)度來降低巖石的破裂壓力，降低施工泵壓，減少施工高壓風(fēng)險(xiǎn)。

頁(yè)巖礦物成分主要為硅酸鹽礦物（石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石）和黏土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石以及微晶二氧化硅等）以及快反應(yīng)礦物（方解石、白云石、黃鐵礦）[2-4]；鹽酸與快反應(yīng)礦物發(fā)生以下幾種反應(yīng)，有效溶解快反應(yīng)礦物。

1）鹽酸與白云巖反應(yīng)：

根據(jù)長(zhǎng)寧區(qū)塊頁(yè)巖儲(chǔ)層礦物含量情況，一般主壓裂前采用15%的常規(guī)鹽酸對(duì)頁(yè)巖進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)在酸液中加入由緩蝕劑、助排劑、黏土穩(wěn)定劑、鐵離子穩(wěn)定劑組成的酸液體系。從圖1的施工曲線可以看出，用鹽酸進(jìn)行預(yù)處理，地層破裂壓力降低效果顯著。

2 降阻水體系及應(yīng)用

降阻水壓裂液可以有效降低液體在井筒剪切流動(dòng)中的黏滯性和漩渦的形成，減小降阻水壓裂液流動(dòng)過程中的摩擦阻力，從而降低壓裂施工泵注壓力，為大排量施工提供保障。

圖1 長(zhǎng)寧區(qū)塊鹽酸預(yù)處理施工曲線圖

2.1 常規(guī)降阻水體系

降阻劑主體成分為高分子聚合物，是通過加入殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑、起泡助排劑后的化學(xué)物理作用形成的一種油包水型白色乳狀液。壓裂施工時(shí)一定比例的降阻劑與清水混合后可迅速破乳形成具有一定粘度的降阻水。降阻水即配即注，較大量配液減少了勞動(dòng)強(qiáng)度。降阻水的基本性能如表1所示。

表1 降阻水基本性能表

降阻水降阻率通過大型物模模擬裝置進(jìn)行測(cè)定。其中，流體流量通過渦輪流量傳感器測(cè)定，壓差通過壓差變送器測(cè)定。通過室內(nèi)模擬計(jì)算，降阻劑加量0.1%，降阻率在70%左右。

降阻率計(jì)算式如下[5]75：

式中，DR為降阻率，無量綱；f為直管阻力Fanning摩擦系數(shù)，無量綱； f1為清水在管路中的摩擦系數(shù)，無量綱；f2為降阻水在管路中的摩擦系數(shù)，無量綱；Q為流體流量，m3／s；π為流體流動(dòng)速度，m／s；Δp為直管阻力壓差，Pa；l為測(cè)試管段的長(zhǎng)度，m；ρ為流體密度，kg／m3；D為測(cè)試管內(nèi)徑，m。

2.2 抗鹽降阻水體系

平臺(tái)井體積壓裂施工時(shí)用水量大，要求平臺(tái)井附近有豐富的水資源。除此之外，平臺(tái)井壓裂完后返排液的處理也是一大難題，處理不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。返排液重復(fù)利用于加砂壓裂，既節(jié)約了水資源又減少了對(duì)環(huán)境的破壞。這就要求降阻劑對(duì)水質(zhì)要求低，能適應(yīng)返排液高礦化度以及各種離子對(duì)降阻劑的影響?？果}降阻劑是在常規(guī)降阻劑里面加入金屬離子絡(luò)合物和離子屏蔽劑，使抗鹽降阻水體系達(dá)到施工要求，抗鹽降阻劑由于成本高，目前還沒有大規(guī)模推廣使用[5]76?？果}降阻水基本性能如表2所示。

表2 抗鹽降阻水基本性能表

從室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，如圖2所示，在相同的礦化度下，抗鹽降阻劑降阻率明顯優(yōu)于普通降阻劑，抗鹽降阻劑在不同礦化度下，降阻率始終保持在50%以上。

圖2 不同礦化度下降阻劑的降阻率圖

2.3 降阻水壓裂液在長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣平臺(tái)的應(yīng)用

長(zhǎng)寧區(qū)塊頁(yè)巖氣平臺(tái)井采用大規(guī)模降阻水體積壓裂的壓裂方式：?jiǎn)尉蕉伍L(zhǎng)度為1000～1900 m，分為18～27段，每段使用降阻水壓裂液1800～2000m3，排量為11～14m3／min，砂濃度不超過240kg／m3。平臺(tái)實(shí)施情況如下：① 在長(zhǎng)寧某平臺(tái)6口井124段實(shí)施大液量、大排量降阻水體積壓裂，施工排量區(qū)間為12.5～14.3m3／min，施工壓力區(qū)間為55～73MPa，共計(jì)使用降阻水207906.6m3，部分施工曲線如圖3所示。從該平臺(tái)施工情況看，降阻水的摩阻為5.2～5.5MPa／km，降阻率達(dá)到72%～75%。降阻水的使用，降低了管線摩阻，為保持體積壓裂時(shí)大排量、大液量施工壓力平穩(wěn)提供了有力保障。② 在長(zhǎng)寧某平臺(tái)3口井75段全部使用鄰近平臺(tái)井返排液壓裂施工，返排液各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表3所示，從檢測(cè)結(jié)果看，返排液中礦物成分復(fù)雜、礦化度高，普通降阻水不能滿足施工條件，因此采用了返排液配制抗鹽降阻水。

圖3 長(zhǎng)寧某平臺(tái)1井第5段施工曲線圖

表3 長(zhǎng)寧某平臺(tái)返排液檢測(cè)結(jié)果表

施工采用大液量、大排量降阻水體積壓裂，施工排量區(qū)間為11～14m3／min，施工壓力區(qū)間為70～82MPa，最高砂濃度為240kg／m3。結(jié)果顯示，抗鹽降阻水摩阻為5.5～6.0MPa／km，降阻率達(dá)到68%～70%。另外，抗鹽降阻水使用共計(jì)節(jié)約清水量為141978m3，保護(hù)了當(dāng)?shù)厮Y源，為頁(yè)巖氣開發(fā)環(huán)境保護(hù)減少了壓力，同時(shí)減少了返排液處理費(fèi)用。部分施工曲線如圖4所示。

圖4 長(zhǎng)寧某平臺(tái)3井第7段施工曲線圖

3 線性膠／弱交聯(lián)壓裂液體系

在頁(yè)巖壓裂中，線性膠／弱交聯(lián)壓裂液體系主要用于降阻水加砂壓裂結(jié)束前清洗井筒，保證井筒清潔，確保橋塞泵送順利[6]。傳統(tǒng)的線性膠／弱交聯(lián)壓裂液采用瓜膠體系，但平臺(tái)井頁(yè)巖壓裂屬于工廠化作業(yè)，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，配液罐長(zhǎng)時(shí)間使用得不到清潔罐內(nèi)細(xì)菌滋生易導(dǎo)致瓜膠壓裂液在短時(shí)間內(nèi)降解迅速。目前長(zhǎng)寧區(qū)塊線性膠／弱交聯(lián)壓裂液體系采用低分子聚合物體系，主要組成為低分子稠化劑、黏度增強(qiáng)劑、防膨劑，其性能指標(biāo)如表4所示。

表4 線性膠基本性能表

實(shí)驗(yàn)室結(jié)果證明：低分子聚合物體壓裂液體系具有粘度適中、防膨率高、表面張力低和殘?jiān)偷奶攸c(diǎn)；在溫度為110℃、剪切速率為170s-1的條件下，連續(xù)剪切90min，粘度為42～62mPa·s，從流變曲線分析，低分子弱交聯(lián)液具有較好的粘彈性?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，低分子聚合物體系因具有穩(wěn)定性好、對(duì)細(xì)菌不敏感，殘?jiān)?、?duì)儲(chǔ)層造成二次傷害小等特點(diǎn)，目前正在長(zhǎng)寧區(qū)塊推廣使用。

4 結(jié)論

1）加砂壓裂之前使用鹽酸對(duì)地層進(jìn)行預(yù)處理，能有效溶解近井地帶快反應(yīng)礦物，降低地層破裂壓力，有效降低施工壓力，減少施工風(fēng)險(xiǎn)。

2）常規(guī)降阻劑對(duì)水質(zhì)要求嚴(yán)格，價(jià)格相對(duì)低，要求平臺(tái)井附近有充足的水源供應(yīng)滿足施工要求；抗鹽降阻劑對(duì)水質(zhì)要求低，價(jià)格相對(duì)昂貴，主要用于返排液的重復(fù)利用，節(jié)省了返排液的處理費(fèi)用，同時(shí)減少了環(huán)境保護(hù)壓力。

3）低分子聚合物線性膠／弱交聯(lián)液的使用能有效沖洗井筒中的陶粒，保持井筒清潔，為泵槍作業(yè)順利提供保障。

4）開發(fā)出能同時(shí)兼具普通降阻劑和抗鹽降阻劑性能，加大比例后又可以作為線性膠／弱交聯(lián)液使用的環(huán)境友好型降阻劑是未來加砂壓裂液發(fā)展的趨勢(shì)。

[1]劉洪，陳喬，王森，等.渝東南下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖礦物成分及脆性特征實(shí)驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2013，13（29）：8567-8571.

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