呂曉華，劉 正，楊力生，李二曉，王中奇，時(shí)海濤

（河南正佳能源環(huán)保股份有限公司，河南新鄭 451100）

頁巖油氣儲(chǔ)層具有低孔低滲的特點(diǎn)，只有進(jìn)行儲(chǔ)層改造才能獲得理想產(chǎn)量。中國頁巖油氣儲(chǔ)量豐富，但地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，需要采用不同的壓裂工藝技術(shù)。我國鄂爾多斯盆地、吉林敖東盆地等大多數(shù)地區(qū)頁巖油氣藏屬于陸相頁巖儲(chǔ)層，四川盆地及其周緣部分油氣藏屬于海相沉積與美國儲(chǔ)層條件相似[1]。研制的ZLFR317X減阻劑在美國壓裂現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用，為我國四川盆地及其周緣部分海相頁巖油氣藏開發(fā)提供借鑒。

1 研制ZLFR 系列陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑

ZLFR 是河南正佳能源環(huán)保股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑，適用于海相頁巖油氣儲(chǔ)層壓裂減阻應(yīng)用。在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，通過控制聚合單體比例、反應(yīng)過程及篩分工藝等，能夠生產(chǎn)水解度15%～30%，相對(duì)分子質(zhì)量（≥2 000×104），粒徑（60～150 目）的系列產(chǎn)品，滿足不同壓裂作業(yè)需求。

1.1 ZLFR 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑分子設(shè)計(jì)

1.1.1 增加聚合物分子質(zhì)量及溶液黏度 ZLFR 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑從分子設(shè)計(jì)的角度，賦予微嵌段分子模型聚合，保持線性分子結(jié)構(gòu)，提高溶解性能，每個(gè)嵌段中間電荷受環(huán)境影響小，相互保持著一定的庫倫排斥力，使聚合物保持相對(duì)較大的水動(dòng)力學(xué)半徑，從而保持較高的分子質(zhì)量和溶液黏度。其分子結(jié)構(gòu)特征（見圖1）。

圖1 分子結(jié)構(gòu)特征

1.1.2 提高耐溫抗鹽性能 通過分子間引入對(duì)鹽不敏感的磺酸基AMPS-AM 基團(tuán)，減少二價(jià)離子對(duì)羧酸根的影響，降低減阻劑對(duì)產(chǎn)出水及溫度的敏感性，提高耐溫抗鹽和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其結(jié)構(gòu)特征（見圖2）。

圖2 結(jié)構(gòu)特征

1.2 ZLFR 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑基本性能評(píng)價(jià)

ZLFR 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑系列產(chǎn)品有ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250，其基本性能固含量、水解度、相對(duì)分子質(zhì)量、粒徑依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12005-2004、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5862-2008、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HNZJ001-2019 進(jìn)行評(píng)價(jià)。100 000 mg/L 的API 水質(zhì)（100 g 蒸餾水中含7.5 gNaCl+2.5 gCaCl2+90 g 蒸餾水）配制1 440 mg/L 測(cè)黏度。評(píng)價(jià)結(jié)果（見表1）。

表1 ZLFR 系列減阻劑基本性能評(píng)價(jià)

1.3 ZLFR 系列減阻劑粒徑分布評(píng)價(jià)

減阻劑的粒徑分布直接影響其溶解性能。實(shí)驗(yàn)采用Bettersize2000 激光粒度分布儀檢測(cè)減阻劑ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 粒徑分布（見圖3）。

圖3 ZLFR 系列減阻劑粒徑分布

1.4 ZLFR 系列減阻劑減阻性能評(píng)價(jià)

隨著頁巖油氣儲(chǔ)層的開發(fā)，大規(guī)模體積壓裂需要采用低摩阻、速溶減阻劑為主的滑溜水壓裂液體系，其核心助劑減阻劑的加入能夠有效降低壓裂液在管柱中的摩擦損失，減少壓裂液在井筒剪切流動(dòng)中的黏滯力及旋渦的形成，降低能耗損失，提高施工效率[2]。減阻性能主要通過減阻率（DR）進(jìn)行表征[3]。實(shí)驗(yàn)采用自主設(shè)計(jì)校核安裝的環(huán)路減阻率測(cè)試系統(tǒng)（見圖4），主要由供液系統(tǒng)、螺桿泵、循環(huán)管路、數(shù)字采集系統(tǒng)組成。液罐容積100 L，螺桿泵最大排量100 L/min，管路總長(zhǎng)15 m，內(nèi)徑12.7 mm。通過測(cè)試管路兩端的摩阻壓降，利用公式：DR=（△P-△PDR）/△P×100%（△P 為清水摩阻壓降，Pa；△PDR 為減阻劑溶液壓降，Pa）計(jì)算減阻率。

圖4 環(huán)路減阻率測(cè)試系統(tǒng)示意圖

減阻率評(píng)價(jià)結(jié)果表明（見圖5），ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 減阻率高于79%，表現(xiàn)出好的減阻性能。

圖5 ZLFR 系列減阻劑減阻率評(píng)價(jià)

1.5 ZLFR 系列減阻劑溶解性能評(píng)價(jià)

溶解性能直接影響減阻劑的減阻率和持續(xù)時(shí)間。減阻劑溶解實(shí)驗(yàn)采用礦化度100 000 mg/L 的API 水質(zhì)分別配制ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 濃度1 440 mg/L。表2 評(píng)價(jià)結(jié)果表明，溶解3 min 檢測(cè)黏度均達(dá)到穩(wěn)定最大黏度值的90%以上，溶解5 min 可達(dá)到最大穩(wěn)定黏度，直至溶解30 min 黏度穩(wěn)定不變，表現(xiàn)出3 min 快速溶解特性，能夠滿足壓裂施工需要。

表2 ZLFR 系列減阻劑溶解性能評(píng)價(jià)

1.6 ZLFR 系列減阻劑抗剪切性能評(píng)價(jià)

減阻劑在高泵速注入及流經(jīng)彎管等會(huì)產(chǎn)生剪切降解，抗剪切性能的優(yōu)劣直接影響減阻效果。ZLFR 系列減阻劑抗剪切實(shí)驗(yàn)采用高速攪拌器設(shè)定轉(zhuǎn)速6 000 r/min，每剪切3 min 檢測(cè)黏度，100 000 mg/L 的API 水配制濃度1 440 mg/L。表3 結(jié)果表明，ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 剪切3 min 時(shí)黏度保留率均大于90%，剪切20 min 黏度保留率大于70%，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗剪切性能。

表3 ZLFR 系列減阻劑抗剪切性能評(píng)價(jià)

2 ZLFR317X 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑在美國壓裂礦場(chǎng)應(yīng)用

ZLFR317X 減阻劑2019 年11 月20 日在美國進(jìn)入壓裂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，配制水礦化度100 000 mg/L。作業(yè)過程壓力平穩(wěn)，在壓力作業(yè)過程中，將ZLFR317X 注入濃度從1 000 mg/L 減少到500 mg/L，壓力僅小幅上升，在降低平時(shí)用量50%的情況下，仍取得良好效果。ZLFR317X 減阻劑表現(xiàn)出較好的抗鹽及減阻效果。

3 結(jié)論

ZLFR 系列陰離子聚丙烯酰胺減阻劑通過分子結(jié)構(gòu)改性，增加分子質(zhì)量及溶液黏度，在分子間引入對(duì)鹽不敏感的磺酸基AMPS-AM 基團(tuán)提高抗鹽性和溶解性能，經(jīng)過精細(xì)篩分得到不同粒徑尺寸的減阻劑產(chǎn)品，具有快速溶解，穩(wěn)定性及減阻性好的顯著特性。ZLFR317X在美國壓裂現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用，能夠?yàn)槲覈拇ㄅ璧氐群Ｏ囗搸r油氣藏壓裂作業(yè)提供可供選擇的減阻劑產(chǎn)品。