徐棟，王玉斌，白坤森，朱衛(wèi)平，劉川慶，李 兵，何朋勃

(1.中石油煤層氣有限責(zé)任公司工程技術(shù)研究院，陜西 西安 710082；2.中聯(lián)煤層氣國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司，北京 100089)

我國(guó)鄂爾多斯盆地煤系非常規(guī)天然氣儲(chǔ)量豐富，分布范圍廣泛，煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣“同盆共存”，開采潛力巨大[1-4]。目前煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣采用不同的壓裂改造工藝以及相配套的壓裂液體系。煤層氣以活性水壓裂液體系為主，成本低，防膨性能和助排性能較好[5-6]，但壓裂液造縫效率和攜砂性能較差，加砂難度大。頁(yè)巖氣以滑溜水壓裂液體系為主，減阻性能較好，適配于體積壓裂工藝技術(shù)，通過提高排量來(lái)提高壓裂液的攜砂性能。致密砂巖氣以胍膠壓裂液體系為主，壓裂液造縫效率和攜砂性能較好，但成本較高，且壓裂液配制工序復(fù)雜，限制了壓裂施工規(guī)模。上述各類壓裂液體系普遍存在應(yīng)用靈活性差、性能單一的問題。隨著水力裂縫擴(kuò)展規(guī)律研究的深入，傳統(tǒng)單一性能壓裂液造縫的思路已發(fā)生變化，通過靈活精細(xì)調(diào)控壓裂液黏度，對(duì)裂縫擴(kuò)展形態(tài)、空間展布規(guī)律、起裂壓力等施加不同的影響，已成為壓裂工藝技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)[7-11]。頁(yè)巖氣開發(fā)了滑溜水+膠液的組合壓裂液模式，施工時(shí)通過切換壓裂液來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整液體性能的目的，但這種模式滑溜水和膠液需要提前分開配液，增加了施工操作難度，并且配制的膠液黏度施工時(shí)也無(wú)法調(diào)整。周仲建等[12]報(bào)道了一種滑溜水和線性膠混合的復(fù)合壓裂液，兼具滑溜水和線性膠的性能，但配方和工藝較為復(fù)雜。賈金亞[13]、劉寬[14]、孟磊[15]等報(bào)道了一種一體化稠化劑，兼具減阻和增黏性能，但稠化劑為粉劑，不便于連續(xù)混配施工。孫亞東[16]、趙玉東[17]、何大鵬[18]、張曉虎[19]等報(bào)道了一種乳液稠化劑，兼具減阻和增黏性能，可以在線連續(xù)混配施工，在頁(yè)巖氣應(yīng)用試驗(yàn)成效顯著。一體化壓裂液現(xiàn)有研究大多基于頁(yè)巖氣應(yīng)用試驗(yàn)，論述了功能上的一體化。筆者基于壓裂液的性能分析，一方面論述了一體化壓裂液功能上的一體化，系統(tǒng)研究一體化壓裂液體系的增黏、減阻、懸砂、防膨等性能，另一方面論述應(yīng)用上的一體化，壓裂液可集煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣應(yīng)用性于一體，比較適用于煤系“三氣”地區(qū)應(yīng)用需求，最后將一體化壓裂液在鄂爾多斯盆地東緣煤系非常規(guī)天然氣開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)，檢驗(yàn)其效果，以推廣應(yīng)用。

1 一體化壓裂液作用機(jī)理

一體化壓裂液稠化劑分子為高分子長(zhǎng)鏈聚合物，分子鏈結(jié)構(gòu)上含側(cè)基官能團(tuán)，側(cè)基官能團(tuán)的引入不僅增強(qiáng)了鏈段間的相互作用，促進(jìn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定[20]，還賦予了聚合物分子鏈具有更多功能性的可能。稠化劑乳液制備過程中適度調(diào)控聚合物分子鏈的親疏水性，結(jié)合添加的表面活性劑，提升了聚合物的分散溶解性能，實(shí)現(xiàn)了一體化壓裂液連續(xù)混配施工。

1.1 減阻機(jī)理

高排量施工時(shí)，由于管道內(nèi)壁摩擦阻力高，流體產(chǎn)生湍流運(yùn)動(dòng)，大量漩渦的產(chǎn)生加劇了能量損耗，增大了流體流動(dòng)阻力。一體化稠化劑的高分子柔性長(zhǎng)鏈在水中充分舒展，一方面在管道近壁流動(dòng)區(qū)域內(nèi)拉伸產(chǎn)生應(yīng)力，一定程度上抵消渦流作用力，抑制湍流脈動(dòng)，減少漩渦再生，起到減阻效果，另一方面，柔性聚合物具有較好的黏彈性，易于吸收管道近壁處的動(dòng)能，轉(zhuǎn)化為彈性能，形成近壁彈性緩沖層，賦予流體一定的緩沖作用[21-23]。作用效果如圖1 所示。

圖1 清水與一體化稠化劑溶液的湍流分布Fig.1 Turbulence distribution of clean water and integrated thickener solution

1.2 增黏機(jī)理

一體化稠化劑在水中可以通過非結(jié)構(gòu)黏度和結(jié)構(gòu)黏度協(xié)同作用，獲取較好的增黏性能[24]。一方面，一體化稠化劑高分子聚合物分子鏈在水中充分舒展，增大了流體力學(xué)尺寸，提高了非結(jié)構(gòu)黏度。另一方面，一體化稠化劑通過分子間締合作用以及范德華力作用，形成彈性空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及鏈間纏結(jié)，貢獻(xiàn)了結(jié)構(gòu)黏度[25-26]。增黏機(jī)理如圖2 所示。

2 實(shí)驗(yàn)樣品及實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品與儀器

改性聚合物乳液類一體化稠化劑YTC-1、YTC-2、YTN-1，實(shí)驗(yàn)室自制；有機(jī)季銨鹽類黏土穩(wěn)定劑CQ-F2、SG-F；氟碳表面活性劑類助排劑SG-P、SH-P；核糖多苷類和氟碳類解水鎖劑CQ-J1、SH-J；破膠劑為過硫酸銨；以上為工業(yè)級(jí)，均為現(xiàn)場(chǎng)取樣。

RS300 型哈克流變儀(德國(guó)哈克公司)；ZNN-D6A 型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(青島海通達(dá)專用儀器有限公司)；管路摩阻測(cè)試裝置(自制)；K100 型全自動(dòng)表面張力儀(德國(guó)克呂氏公司)；D2025W 型數(shù)顯電動(dòng)攪拌器(上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司)；離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)；恒溫水浴鍋(深圳市唯品精密儀器有限公司)等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

1)壓裂液配制

在清水中加入一定比例的一體化稠化劑、助劑和破膠劑，攪拌均勻即制得一體化壓裂液體系。壓裂液體系具體配方組分和加量不固定，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)。

2)增黏性能評(píng)價(jià)

參照SY/T 5107-2016《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，實(shí)驗(yàn)選用3 種一體化稠化劑，每種稠化劑配制2 組一體化壓裂液(配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為0.1%～2.0%一體化稠化劑)，使用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)分別在25、60℃水浴條件下測(cè)定一體化稠化劑的黏度。

3)減阻性能評(píng)價(jià)

參照SY/T 5107-2016《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，實(shí)驗(yàn)選用3 種一體化稠化劑配制壓裂液(配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為0.03%或0.04%一體化稠化劑)，使用管路摩阻測(cè)試裝置測(cè)定不同流速條件下一體化稠化劑的減阻性能。

4)靜態(tài)懸砂性能評(píng)價(jià)

參照SY/T 5185-2016《礫石充填防砂水基攜砂液性能評(píng)價(jià)方法》，配制1 組不同含量的一體化壓裂液(配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為0.5%～2.0%一體化稠化劑)和胍膠壓裂液(配方：清水+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%羥丙基胍膠+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%交聯(lián)劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%調(diào)節(jié)劑)，實(shí)驗(yàn)溫度為60℃，石英砂目數(shù)為20～40 目(0.425～0.850 mm)，通過攪拌將10 g 石英砂均勻分散于100 mL壓裂液中，迅速倒入100 mL 的量筒中，記錄不同時(shí)間下石英砂的沉降情況。

5)耐溫抗剪切性能評(píng)價(jià)

參照SY/T 5107-2016《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，使用哈克流變儀測(cè)定一體化壓裂液(配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為1.0%一體化稠化劑)在儲(chǔ)層溫度60℃條件下的流變性能曲線。

6)破膠性能評(píng)價(jià)

參照SY/T 5107-2016《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，壓裂液配方為清水+體積分?jǐn)?shù)為0.5%或1.0%一體化稠化劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%～0.1%破膠劑，破膠劑選用現(xiàn)場(chǎng)常用的過硫酸銨，在區(qū)塊儲(chǔ)層溫度60℃水浴條件下，記錄一體化壓裂液在不同時(shí)間下的破膠情況，并用毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)定破膠液的黏度。

7)添加劑配伍性能評(píng)價(jià)

在現(xiàn)場(chǎng)選取常用的6 種添加劑，種類有黏土穩(wěn)定劑、助排劑、解水鎖劑，每種一體化稠化劑配制6 組不同含量添加劑的壓裂液(配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為0.5%一體化稠化劑+體積分?jǐn)?shù)為0～0.5%添加劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%破膠劑)，對(duì)比添加劑加入前后壓裂液的黏度以及破膠性能有無(wú)明顯變化。

8)防膨性能評(píng)價(jià)

參照SY/T 5971-2016《油氣田壓裂酸化及注水用黏土穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》，配制不同含量黏土穩(wěn)定劑的一體化壓裂液(配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為0.5%或1.0%一體化稠化劑+體積分?jǐn)?shù)為0～0.5%黏土穩(wěn)定劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%破膠劑)，采用離心法測(cè)定破膠液的防膨率。

9)表面張力評(píng)價(jià)

配制不同含量助排劑的一體化壓裂液(配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為0.5%或1.0%一體化稠化劑+體積分?jǐn)?shù)為0～0.3% 助排劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06% 破膠劑)，使用表面張力儀測(cè)定破膠液的表面張力。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 增黏性能

增黏性能是評(píng)價(jià)一體化壓裂液的關(guān)鍵指標(biāo)，黏度越大，表明壓裂液的攜砂性能和造縫效率越好。3 種一體化稠化劑的黏度與體積分?jǐn)?shù)關(guān)系曲線如圖3 所示。由圖3a 可知，一體化壓裂液的黏度隨著稠化劑的含量增加而增大，黏度易調(diào)節(jié)控制，高含量加量下黏度超過200 mPa·s，黏度變化區(qū)間范圍寬，表明壓裂液可以提高黏度滿足目前致密砂巖氣高黏液體造長(zhǎng)縫的需求，也可以降低黏度滿足頁(yè)巖氣、煤層氣體積壓裂的需求，具備線性膠、交聯(lián)液黏度的功能，可以在線變黏滿足壓裂新工藝發(fā)展需求。3 種稠化劑中，YTN-1 和YTC-2增黏性能較好，YTC-1 增黏性能稍差。對(duì)比圖3b 可知，YTC-2 耐溫性能相比YTC-1、YTN-1 差。結(jié)合25℃和60℃下黏度，以常用黏度區(qū)間20～30、100～150 mPa·s做分析對(duì)比，相同黏度下YTC-1 的體積分?jǐn)?shù)是YTN-1的1.3～1.5 倍，是YTC-2 的1.1～1.5 倍，需要強(qiáng)調(diào)的是YTC-2 耐溫性較差，60℃下體積分?jǐn)?shù)未有明顯優(yōu)勢(shì)。在藥劑價(jià)格上，YTN-1 是YTC-1 的1.7 倍，YTC-2 是YTC-1 的1.6 倍，YTC-2 的成本也未有明顯優(yōu)勢(shì)。綜合成本考慮，YTC-1 的經(jīng)濟(jì)性最好，因此，現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)選YTC-1 為主用一體化稠化劑，YTN-1 為備選一體化稠化劑。

圖3 不同溫度下一體化稠化劑黏度與體積分?jǐn)?shù)變化關(guān)系Fig.3 Changes of viscosity with volume fraction of integrated thickener at different temperatures

3.2 減阻性能

減阻率是一體化壓裂液滿足大排量施工要求的關(guān)鍵指標(biāo)，減阻率越高，壓裂施工時(shí)摩阻越低，施工壓力降低效果越好。減阻率通常與減阻劑含量密切正相關(guān)，優(yōu)秀的減阻劑要求更低的含量和更高的減阻率，這代表著更高的性價(jià)比。3 種一體化稠化劑的減阻性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。結(jié)果表明，體積分?jǐn)?shù)為0.03%的加量下，YTN-1 減阻性能最好，隨著流速的增大，壓裂液的減阻率提高，考慮到Y(jié)TC-1 成本較低，體積分?jǐn)?shù)為0.04%YTC-1 減阻性能具有優(yōu)勢(shì)。綜上，0.04%YTC-1、0.03%YTN-1抗剪切性良好，高流速下減阻率最高可達(dá)70%以上，具備滑溜水的功能性，可以滿足頁(yè)巖氣、煤層氣低成本大排量施工的需求，而YTC-2 在性能上和經(jīng)濟(jì)上不具備優(yōu)勢(shì)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)不再開展。

圖4 一體化稠化劑的減阻效果對(duì)比Fig.4 Drag reduction effect comparison of integrated thickener

3.3 靜態(tài)懸砂性能

靜態(tài)懸砂性可表征壓裂液的攜砂性能，支撐劑的沉降時(shí)間越長(zhǎng)，說明壓裂液的攜砂性能越好，有利于將支撐劑攜帶至裂縫遠(yuǎn)端，施工中也更容易提高砂比。同等含量下，YTN-1 的靜態(tài)懸砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于YTC-1，考慮到Y(jié)TC-1 為優(yōu)選的主用一體化稠化劑，進(jìn)一步開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。不同含量條件下YTC-1 一體化稠化劑的靜態(tài)懸砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。圖5 為實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。結(jié)果表明，一體化壓裂液攜砂性能較強(qiáng)，當(dāng)稠化劑YTC-1 體積分?jǐn)?shù)超過1.0%時(shí)，一體化壓裂液的靜態(tài)懸砂性能較好。對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)胍膠壓裂液，高含量的一體化壓裂液明顯具有攜砂性能優(yōu)勢(shì)，極具應(yīng)用潛力。

圖5 不同壓裂液體系的靜態(tài)懸砂實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Fig.5 Phenomena of static sand suspension experiment in different fracturing fluid systems

表1 一體化壓裂液和胍膠壓裂液靜態(tài)懸砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of static sand suspension experiment of integrated fracturing fluid and guar gum fracturing fluid

3.4 耐溫抗剪切性能

稠化劑在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中會(huì)受到高壓管線、壓裂管柱、射孔孔眼、裂縫縫隙的剪切作用。稠化劑分子鏈?zhǔn)芗羟凶饔昧σ约皽囟葓?chǎng)的影響，會(huì)發(fā)生不同程度卷曲甚至破壞，影響壓裂液的攜砂性能，因此，需要考察一體化壓裂液的耐溫抗剪切性能。結(jié)合靜態(tài)懸砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取體積分?jǐn)?shù)為1.0%的一體化稠化劑，考察其耐溫抗剪切性能。體積分?jǐn)?shù)為1.0%的一體化稠化劑YTC-1 和YTN-1 在儲(chǔ)層溫度60 ℃條件下的流變性能曲線分別如圖6 所示。結(jié)果表明，一體化稠化劑YTC-1、YTN-1 黏度波動(dòng)平穩(wěn)，均具備較好的耐溫抗剪切性能，在溫度60℃剪切下黏度在100 mPa·s 左右，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。其中，YTN-1 在170 S-1剪切速率下黏度要高于100 S-1剪切速率下的YTC-1，表明YTN-1 的剪切速率更高且60℃下黏度基本無(wú)降低趨勢(shì)，表現(xiàn)出更好的耐溫抗剪切性能。

圖6 1.0%YTC-1 和1.0%YTN-1 的流變性能曲線Fig.6 Rheological property curves of 1.0% YTC-1 and 1.0% YTN-1

3.5 破膠性能

壓裂液需要在施工完成后快速破膠、快速返排，以最大化地降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害。一體化壓裂液能否在儲(chǔ)層溫度條件下徹底破膠，是能否滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的重要性能指標(biāo)之一。一體化壓裂液的破膠性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。結(jié)果表明，一體化稠化劑YTC-1、YTN-1 均可使用常用破膠劑過硫酸銨破膠，可以通過調(diào)整破膠劑含量調(diào)控破膠速度，破膠徹底，滿足SY/T 7627-2021《水基壓裂液技術(shù)要求》中破膠液黏度小于等于5 mPa·s 的指標(biāo)要求。YTC-1 比YTN-1 更易破膠，表現(xiàn)出較好的破膠性能。

表2 一體化壓裂液破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of gel breaking experiment of integrated fracturing fluid

3.6 添加劑配伍性能

除一體化稠化劑外，一體化壓裂液體系中還可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，加入額外的添加劑以滿足其他性能要求，例如常用的黏土穩(wěn)定劑、助排劑等。不同添加劑對(duì)壓裂液的黏度影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。結(jié)果表明，除黏土穩(wěn)定劑在高含量添加下會(huì)明顯降低壓裂液黏度外，其余現(xiàn)場(chǎng)添加劑均未影響一體化壓裂液的黏度。此外，加入各類添加劑后，一體化壓裂液的破膠時(shí)間等性能無(wú)明顯變化，破膠液中無(wú)雜質(zhì)或絮體生成，表明一體化稠化劑與添加劑的配伍性良好。

表3 一體化壓裂液添加劑配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of compatibility experiment of integrated fracturing fluid additives

3.7 防膨性能

破膠液的防膨率越高，對(duì)儲(chǔ)層中黏土類礦物水化膨脹的抑制性越好，從而降低黏土類礦物分散運(yùn)移對(duì)儲(chǔ)層孔隙的堵塞傷害。添加不同含量黏土穩(wěn)定劑時(shí)一體化壓裂液的防膨率見表4。結(jié)果表明，一體化稠化劑具備防膨性能，YTN-1 優(yōu)于YTC-1。這是因?yàn)槌砘瘎┓肿泳酆线^程中添加了小陽(yáng)離子單體，一體化稠化劑在破膠后分子鏈斷裂，含陽(yáng)離子單體的小分子鏈段具有正電性，通過靜電吸引作用，可吸附插入黏土礦物晶層之間，抑制黏土礦物的水化膨脹。加入黏土穩(wěn)定劑可起到協(xié)同作用進(jìn)一步提高防膨率，綜合考慮成本和性能因素，現(xiàn)場(chǎng)黏土穩(wěn)定劑體積分?jǐn)?shù)為0.1%～0.3%。

表4 一體化壓裂液防膨率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of anti-swelling rate experiment of integrated fracturing fluid

3.8 表面張力

破膠液的表面張力越低，返排過程中毛細(xì)管阻力越小，熱力學(xué)水鎖效應(yīng)越弱，壓裂液的返排效果越好。在不同含量助排劑下一體化壓裂液的表面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。結(jié)果表明，一體化壓裂液體系中加入體積分?jǐn)?shù)為0.1% 的助排劑即可滿足表面張力不大于28 mN/m 的要求，隨著助排劑用量增大，表面張力略有降低。綜合考慮成本因素，現(xiàn)場(chǎng)助排劑體積分?jǐn)?shù)為0.1%。

表5 一體化壓裂液表面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of surface tension experiment of integrated fracturing fluid

4 現(xiàn)場(chǎng)典型井應(yīng)用試驗(yàn)效果

4.1 煤層氣井

鄂爾多斯盆地東緣保德B1 煤層氣區(qū)塊，煤層平均埋深891～1 050 m，煤層厚度較大，平均10.5～13.0 m，煤層滲透性較好，平均(5.93～6.96)×10-3μm2。大寧-吉縣B2 煤層氣區(qū)塊，煤層埋深886～1 537 m，煤層厚度較小，平均在3.5～6.0 m，煤層滲透率極低，平均在(0.04～0.12)×10-3μm2。

B1、B2 區(qū)塊前期采用活性水壓裂液體系，設(shè)計(jì)排量7～9 m3/min，前置液比例40%～50%，總液量517～1 471 m3，總砂量6.8～45.0 m3，平均砂比1.2%～8.5%。前期采用活性水壓裂液，施工時(shí)加砂困難，用液量大，超出設(shè)計(jì)液量井占比62.9%，平均超出液量126 m3，未達(dá)到設(shè)計(jì)砂量井占比25.4%，平均少加砂9.9 m3，壓裂改造規(guī)模受到限制。應(yīng)用一體化壓裂液后，推動(dòng)了壓裂工藝改進(jìn)，突破了壓裂改造規(guī)模，壓裂液為減阻配方(活性水或清水+體積分?jǐn)?shù)為0.03%～0.05% 一體化稠化劑YTC-1)，施工排量提高至15～16 m3/min，總液量1 086～1 434 m3，砂量提高至74～104 m3，平均砂比提高至9.1%～12.7%。一體化壓裂液的應(yīng)用不僅擴(kuò)大了壓裂改造規(guī)模，還提高了施工成功率，未達(dá)到設(shè)計(jì)砂量井占比降低至8.7%，并且前置液比例降低至20%～25%，實(shí)現(xiàn)了控液多砂?；钚运c一體化壓裂液具體施工參數(shù)對(duì)比見表6。

表6 煤層氣井活性水壓裂液與一體化壓裂液施工參數(shù)對(duì)比Table 6 Comparison of construction parameters of active hydraulic fracturing fluid with integrated fracturing fluid for coalbed methane wells

B1 區(qū)塊前期整體開發(fā)效益較好，單井日均產(chǎn)氣量在761～2 611 m3。B2 區(qū)塊前期整體開發(fā)效益較差，單井日均產(chǎn)氣量在449～596 m3，區(qū)域內(nèi)單井日產(chǎn)氣量均未突破1 000 m3，長(zhǎng)期處于低產(chǎn)低效開發(fā)瓶頸。一體化壓裂液在B1、B2 區(qū)塊累計(jì)應(yīng)用50 余口井，目前已投產(chǎn)井初步展現(xiàn)出較好的產(chǎn)氣效果，其中B1 區(qū)塊平均見氣時(shí)間較前期活性水壓裂液體系縮短近三分之一，單井日均產(chǎn)氣量平均提高1.4 倍，而B2 區(qū)塊突破了低產(chǎn)低效開發(fā)瓶頸，成效明顯，單井日均產(chǎn)氣量均突破1 000 m3，平均較前期活性水壓裂液體系提高2.5 倍，最高日產(chǎn)氣量目前已達(dá)2 586 m3?；钚运c一體化壓裂液生產(chǎn)效果對(duì)比見表7。

表7 煤層氣井活性水壓裂液與一體化壓裂液生產(chǎn)效果對(duì)比Table 7 Comparison of production effect of active hydraulic fracturing fluid with integrated fracturing fluid for coalbed methane wells

4.2 致密砂巖氣井與頁(yè)巖氣井

致密砂巖氣井、頁(yè)巖氣井一體化壓裂液體系靈活采用高黏、變黏配方，高黏配方現(xiàn)場(chǎng)攜砂性能優(yōu)秀，加砂強(qiáng)度優(yōu)于前期胍膠壓裂液體系，變黏配方充分協(xié)同低黏擴(kuò)縫、高黏造縫攜砂優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)復(fù)雜有效縫網(wǎng)形成，保證改造體積大和填充率高。

鄂爾多斯盆地東緣大寧-吉縣致密砂巖氣區(qū)塊，砂巖埋深平均在2 114～2 466 m，砂巖厚度平均為3.9 m，滲透率平均在(0.1～0.4)×10-3μm2，隨著勘探開發(fā)的深入，Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層占比逐年降低，Ⅲ類儲(chǔ)層占比增大，原有的壓裂工藝和胍膠壓裂液體系在Ⅲ類儲(chǔ)層表現(xiàn)出不適應(yīng)性，水平井平均日產(chǎn)氣量?jī)H2.47 萬(wàn)m3。一體化壓裂液體系配方設(shè)計(jì)上較為靈活，便于應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜情況。以某致密砂巖氣井DJ-1 井為例，DJ-1 井水平段長(zhǎng)862 m，砂巖鉆遇率34.45%，儲(chǔ)層鉆遇率低，砂體不連續(xù)，儲(chǔ)層整體品質(zhì)較差，壓裂改造難度大，該井共設(shè)計(jì)7 級(jí)壓裂，結(jié)合各級(jí)儲(chǔ)層物性特征，選用一體化壓裂液，設(shè)計(jì)了高黏+變黏體系配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為0.05%和0.8%～1.0%一體化稠化劑YTC-1+體積分?jǐn)?shù)為0.1% 黏土穩(wěn)定劑+體積分?jǐn)?shù)為0.1% 助排劑，現(xiàn)場(chǎng)取得了良好的應(yīng)用效果，壓裂后日產(chǎn)氣量達(dá)3.52 萬(wàn)m3。

鄂爾多斯盆地東緣大寧-吉縣頁(yè)巖氣區(qū)塊，為海陸過渡相頁(yè)巖，頁(yè)巖埋深平均在2 080～2 550 m，滲透率超低，平均在(0.000 58～0.005 30)×10-3μm2，前期試驗(yàn)井壓裂液體系為滑溜水壓裂液，區(qū)塊水平井日產(chǎn)氣量0.96～6.70 萬(wàn)m3，平均日產(chǎn)氣量2.98 萬(wàn)m3。以某頁(yè)巖氣井DH-1 井為例，DH-1 井水平段長(zhǎng)1 729 m，鉆遇儲(chǔ)層以炭質(zhì)泥頁(yè)巖為主，儲(chǔ)層物性、含氣性均較差，該井共設(shè)計(jì)12 級(jí)壓裂，采用頁(yè)巖氣體積壓裂思路，設(shè)計(jì)變黏配方：清水+體積分?jǐn)?shù)為0.05% 和0.5%～0.8% 一體化稠化劑YTC-1+體積分?jǐn)?shù)為0.1%黏土穩(wěn)定劑+體積分?jǐn)?shù)為0.1%助排劑，壓裂后日產(chǎn)氣量取得了同類井新高。2 口使用一體化壓裂液井與區(qū)塊其他井生產(chǎn)效果對(duì)比見表8。

表8 2 口典型試驗(yàn)井與區(qū)塊其他井生產(chǎn)效果對(duì)比Table 8 Comparison of production effect of two typical test wells and block wells

4.3 深層煤層氣井

鄂爾多斯盆地東緣大寧-吉縣深層煤層氣區(qū)塊，煤層埋深平均為2 232～2 505 m，煤層厚度平均為4～12 m，煤層埋深大，地層壓力高，滲透率極低，平均在(0.03～0.05)×10-3μm2。前期采用常規(guī)壓裂工藝，壓裂液體系為活性水+滑溜液，改造效果差，日產(chǎn)氣量在1 805～10 435 m3。

深層煤層氣井一體化壓裂液體系采用變黏配方，累計(jì)試驗(yàn)了大規(guī)模、超大規(guī)模壓裂工藝6 口井，初見成效，其中，定向井單井日產(chǎn)氣提高2～3 倍，水平井單井日產(chǎn)氣提高9 倍。以吉深-X 井為例，煤層埋深2 448 m，煤層厚度8.1 m，水平段長(zhǎng)1 000 m，煤層鉆遇率94.8%，該井共設(shè)計(jì)11 級(jí)壓裂，采用超大規(guī)模壓裂工藝，設(shè)計(jì)變黏配方：清水+體積分?jǐn)?shù)0.05% 和0.4%～0.6% 一體化稠化劑YTC-1+體積分?jǐn)?shù)0.1% 黏土穩(wěn)定劑+體積分?jǐn)?shù)0.1% 助排劑，單級(jí)液量2 631～3 540 m3，砂量312～421 m3，排量16～18 m3/min，壓裂后見氣速度快，日產(chǎn)氣量超9 萬(wàn)m3，取得了深層煤層氣領(lǐng)域的重大突破。深層煤層氣井一體化壓裂液生產(chǎn)效果對(duì)比見表9。

表9 深層煤層氣井一體化壓裂液生產(chǎn)效果對(duì)比Table 9 Comparison of production effect of integrated fracturing fluid in deep coalbed methane wells

5 結(jié)論

a.一體化壓裂液體系具有較好的減阻率和增黏性能，減阻率大于70%，黏度調(diào)整區(qū)間3～200 mPa·s，與黏土穩(wěn)定劑、助排劑等各類添加劑配伍性良好，耐溫抗剪切性能優(yōu)異，防膨率大于70%，表面張力小于28 mN/m，能夠滿足各類氣層壓裂改造工藝對(duì)造縫、減阻、防膨、攜砂、快速返排等性能的不同要求。一體化壓裂液配方可概括為：主劑(一體化稠化劑)+助劑(助排劑、黏土穩(wěn)定劑等)+破膠劑，配方設(shè)計(jì)比較靈活，可根據(jù)不同儲(chǔ)層的物性要求以及壓裂工藝要求進(jìn)行性能調(diào)整，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。

b.一體化壓裂液是一種集功能性和應(yīng)用性一體化的壓裂液體系，功能上集滑溜水、線性膠、交聯(lián)液壓裂液體系功能性為一體，應(yīng)用上可用于煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣，比較適用于煤系“三氣”地區(qū)“三氣合采”的一體化開發(fā)思路?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，一體化壓裂液體系性能靈活可調(diào)，在煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣井均取得了較好的應(yīng)用效果，適用性較為廣泛，對(duì)推動(dòng)各種壓裂工藝試驗(yàn)起到了重要作用，特別是在中淺層和深層煤層氣領(lǐng)域，大規(guī)模壓裂工藝試驗(yàn)取得了突破。

c.一體化壓裂液體系解決了傳統(tǒng)壓裂液體系應(yīng)用靈活性差、性能不可調(diào)問題，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，可繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用試驗(yàn)。同時(shí)，將繼續(xù)開展研究新型多功能、低傷害、低成本、高抗鹽、可回收利用的一體化壓裂液體系，以進(jìn)一步推動(dòng)非常規(guī)氣藏效益開發(fā)，解決現(xiàn)場(chǎng)返排液回收利用難題。