減阻水減阻率性能影響因素分析

唐 芳

減阻水減阻率性能影響因素分析

唐 芳1,2

（1.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北荊州 434023；2. 中國(guó)石油化工股份有限公司江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院，湖北武漢 430000）

減阻水是頁(yè)巖儲(chǔ)層改造所用的主要液體類型之一，具有成本低、配液工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、有利于造復(fù)雜縫網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。減阻率是減阻水的核心指標(biāo)，分析了影響減阻水減阻率的因素，現(xiàn)場(chǎng)配液用水礦化度、細(xì)菌及懸浮物含量對(duì)減阻率影響較大，同時(shí)減阻水pH值、黏度與減阻率存在正相關(guān)性。為了保證減阻水的減阻性能，需要控制配液用水水質(zhì)指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可通過(guò)測(cè)定pH值和黏度判斷減阻水減阻率是否達(dá)標(biāo)，從而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

頁(yè)巖；減阻水；減阻率；pH值；黏度

水平井大規(guī)模減阻水壓裂是頁(yè)巖氣井獲得工業(yè)氣流的關(guān)鍵技術(shù)之一[1-2]。減阻水作為一種成本低、配制工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、有利于造復(fù)雜縫的液體，在致密氣、頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造中獲得了廣泛應(yīng)用，成為近幾年發(fā)展最為迅速的壓裂液體系之一[3]。減阻水壓裂具有用液量大（單井用液量超過(guò)3×104m3）、施工周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，同時(shí)因泵注排量大，多采取連續(xù)混配輔助緩沖儲(chǔ)液罐的方式進(jìn)行供液。減阻率是其核心性能指標(biāo)之一，優(yōu)良的減阻性能可大幅度降低沿程摩阻[4]，減少壓裂所需水馬力，確保加砂具有足夠的壓力窗口。通常要求減阻率大于60%，對(duì)于深井減阻率要求則更高。減阻率測(cè)試過(guò)程較為復(fù)雜，儀器占地面積大，試驗(yàn)操作環(huán)境要求高，同時(shí)測(cè)試用液量較大（需配制數(shù)百升至數(shù)立方米）、測(cè)試周期長(zhǎng)、程序復(fù)雜且對(duì)操作人員要求高。因此利用減阻水的其他性能，控制頁(yè)巖壓裂減阻水質(zhì)量，確保現(xiàn)場(chǎng)條件下所配液體的減阻率符合要求，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

1 減阻率性能影響因素分析

1.1 減阻率測(cè)試條件

減阻率室內(nèi)測(cè)定多用大型環(huán)路減阻率測(cè)試儀進(jìn)行（圖1），基于相似模擬的原則，在流動(dòng)速率、剪切速率、雷諾數(shù)等相近的條件下進(jìn)行測(cè)試[5]。試驗(yàn)所用的添加劑及用水均來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)，其中減阻劑TM-02、表面活性劑SA-1、防膨劑SC-12均為工業(yè)品，配液用水為淺層地表水（二價(jià)離子質(zhì)量濃度為234.2 mg/L）。測(cè)試條件為：流速10 m/s，管徑10 mm。

圖1 減阻率測(cè)試儀及測(cè)試原理

1.2 減阻劑使用含量對(duì)減阻率的影響

作為應(yīng)用最為廣泛的長(zhǎng)鏈類減阻劑的典型代表[6]，TM-02減阻機(jī)理為受黏彈性控制的湍流抑制減阻。測(cè)試了不同含量條件下TM-02體系的減阻性能，如圖2所示，隨著減阻劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，減阻率呈現(xiàn)先升后降的特點(diǎn)[7]，其最佳使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%。同時(shí)隨著剪切速率和剪切時(shí)間的增加，減阻率均有不同程度的下降[8]。

圖2 TM-02減阻率隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線

1.3 配液用水質(zhì)對(duì)減阻性能的影響

1.3.1 礦化度

影響減阻性能的因素較多，除了配方本身的性能，現(xiàn)場(chǎng)配液水水質(zhì)是主要影響因素。較高的礦化度，特別是二價(jià)離子含量，會(huì)改變減阻劑分子周圍的電荷分布，使減阻劑溶脹以及溶脹后的分子形態(tài)發(fā)生變化，改變減阻水黏度，降低減阻效果。從圖3可以看出，當(dāng)?shù)V化度超過(guò)2 000 mg/L，TM-02減阻率出現(xiàn)明顯下降。

1.3.2 懸浮物含量

水中懸浮物含量高，除了會(huì)堵塞水力裂縫，造成儲(chǔ)層傷害，還會(huì)使減阻劑分子吸附于表面積較大的懸浮物顆粒表面，造成有效濃度降低，導(dǎo)致減阻水性狀發(fā)生改變。室內(nèi)用不同懸浮物質(zhì)量濃度的水配制減阻水，測(cè)試減阻率，結(jié)果如圖4所示，表明隨著懸浮物質(zhì)量濃度的增加，減阻率呈現(xiàn)逐步下降的特征。

圖3 礦化度對(duì)TM-02減阻性能影響

圖4 懸浮物質(zhì)量濃度對(duì)TM-02減阻性能影響

1.3.3 細(xì)菌

細(xì)菌也是影響減阻性能的因素之一。細(xì)菌繁殖過(guò)快產(chǎn)生大量沉淀和絮狀物，造成儲(chǔ)層傷害，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致減阻性能發(fā)生很大改變。從圖5可以看出，含菌水（SRB 9 500個(gè)/mL、TGB 3 500個(gè)/ mL、FB 25×104個(gè)/mL）減阻率為50%，用淺層地表水配制的減阻水減阻率為65%，由于細(xì)菌存在導(dǎo)致減阻水減阻率下降。

1.4 減阻水pH值對(duì)減阻率的影響

pH值是影響減阻水性能的重要因素之一。pH過(guò)低會(huì)導(dǎo)致減阻水分子發(fā)生蜷曲，無(wú)法充分舒展，降低減阻性能；pH值過(guò)高會(huì)使減阻劑分子發(fā)生團(tuán)聚，同樣不利于減阻性能的提升。室內(nèi)對(duì)不同pH條件下TM-02減阻水的減阻性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出，pH值為5.5~8.5時(shí)，減阻率基本不受影響。

圖5 細(xì)菌對(duì)TM-02減阻性能影響

圖6 pH值對(duì)TM-02減阻性能影響

1.5 減阻水黏度對(duì)減阻率的影響

減阻劑分子的溶脹及舒展?fàn)顟B(tài)，直接決定著減阻率的高低，同時(shí)也與黏度密切相關(guān)。試驗(yàn)表明減阻率的高低與減阻水黏度具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，減阻水黏度不在合理范圍內(nèi)，其減阻性能一般都有較大幅度的下降。從圖7可以看出，在減阻劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%時(shí)，無(wú)論是pH、懸浮物、細(xì)菌、礦化度等因素導(dǎo)致黏度發(fā)生變化，TM-02的減阻性能與黏度呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系，即黏度越高，減阻率越高，因此現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)控制減阻水的黏度以保證減阻水的減阻率。

2 減阻率性能現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析表明減阻水受減阻劑使用含量、配液用水水質(zhì)影響，同時(shí)還有一些現(xiàn)場(chǎng)因素如氣溫、配液設(shè)備、人員等等，影響減阻性能的因素較多?，F(xiàn)場(chǎng)不具備測(cè)試減阻率的儀器條件，如何進(jìn)行減阻水測(cè)試和減阻率控制，考慮成本、時(shí)效性等，需要找到一種適用于現(xiàn)場(chǎng)條件的快速確定減阻率的方法。通過(guò)室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在固定使用含量條件下，pH、黏度與減阻率具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖7 TM-02的黏度與減阻率對(duì)應(yīng)關(guān)系

為了進(jìn)一步驗(yàn)證其相關(guān)性，在某頁(yè)巖氣區(qū)塊開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，壓裂施工之前測(cè)定了所用減阻水的pH值及黏度，在施工過(guò)程中利用壓裂施工參數(shù)計(jì)算減阻水的施工摩阻，與清水摩阻對(duì)比后，計(jì)算減阻水減阻率，結(jié)果見(jiàn)表1。從現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果可以看出，黏度和pH保持在合理范圍內(nèi)，減阻率即可達(dá)到施工要求。因此在現(xiàn)場(chǎng)施工之前，可通過(guò)監(jiān)測(cè)減阻水pH值、黏度來(lái)控制減阻水配液質(zhì)量，以確保頁(yè)巖氣壓裂效果。

表1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)減阻水黏度、pH值與減阻率

3 結(jié)論

（1）減阻水性能影響因素較多，確定減阻水最佳使用含量后，配液用水水質(zhì)對(duì)減阻性能影響較大，為了保證減阻率，配液用水礦化度應(yīng)控制在2 000 mg/L以內(nèi)，并控制水中細(xì)菌和懸浮物含量。

（2）配液用水水質(zhì)會(huì)造成減阻水pH值變化，黏度降低，室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試均表明減阻水pH值、黏度與減阻性能呈正相關(guān)性，減阻水pH為5.5~8.5，黏度在6 mPa·s以上時(shí)，減阻率基本不受影響?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中可通過(guò)測(cè)定減阻水pH值及黏度來(lái)判斷減阻水減阻性能，以確保配液質(zhì)量及施工效果。

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我國(guó)2015年能源消費(fèi)增幅為近20年最低

7月7日，2016年《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》在北京發(fā)布?！赌觇b》顯示，中國(guó)2015年的能源消費(fèi)增長(zhǎng)為1.5%，創(chuàng)近20年來(lái)的最低增幅。盡管如此，這也是中國(guó)連續(xù)第15年成為全球最大的能源增長(zhǎng)市場(chǎng)。

放眼全球，2015年一次能源消費(fèi)量增長(zhǎng)僅為1%，與2014年1.1%的增幅接近，但遠(yuǎn)低于1.9%的10年期平均增幅。受困于中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩和全球經(jīng)濟(jì)乏力，全球能源消費(fèi)增長(zhǎng)步入低速增長(zhǎng)時(shí)代。雖然我國(guó)面臨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩的挑戰(zhàn)，但仍是全球最大的能源消費(fèi)國(guó)、生產(chǎn)國(guó)和凈進(jìn)口國(guó)，在全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型進(jìn)程中扮演著至關(guān)重要的角色。

石油仍是全球的主要燃料，占全球一次能源消費(fèi)的32.9%，其市場(chǎng)份額出現(xiàn)1999年以來(lái)的首次增長(zhǎng)。2015年，所有化石燃料的價(jià)格均有下滑。原油價(jià)格（以美元計(jì)算）出現(xiàn)有記錄以來(lái)最大的年跌幅，并創(chuàng)下1986年以來(lái)的最大百分比跌幅。

《年鑒》指出，全球煉油能力僅增長(zhǎng)45×104bbl/d，為23年來(lái)的最小增幅。亞洲的煉油產(chǎn)能出現(xiàn)了1988年以來(lái)的首次下滑。

天然氣方面，全球天然氣占一次能源消費(fèi)的23.8%，全球天然氣消費(fèi)增長(zhǎng)1.7%，與2014年0.6%的微弱增長(zhǎng)相比增速提升明顯，但仍低于近10年2.3%的平均水平。全球天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)2.2%，超過(guò)消費(fèi)量的增長(zhǎng)，但低于2.4%的10年期平均水平。北美、非洲和亞太地區(qū)的增長(zhǎng)均高于平均水平。

煤炭的市場(chǎng)份額在繼續(xù)下降?！赌觇b》顯示，煤炭保持全球第二大燃料的位置，在一次能源中的消費(fèi)占比為29.2%，但卻是2015年唯一占比下降的燃料。

摘編自《中國(guó)海洋石油報(bào)》2016年7月13 日

渤海油田首個(gè)區(qū)域一體化項(xiàng)目投產(chǎn)

8月15日獲悉，渤中28/34油田群綜合調(diào)整項(xiàng)目最后一口開(kāi)發(fā)井A35井投入生產(chǎn)，這標(biāo)志著渤海石油管理局自主完成的首個(gè)區(qū)域性綜合調(diào)整項(xiàng)目開(kāi)發(fā)井全面投產(chǎn)。該油田群新建的6座平臺(tái)全部達(dá)到ODP配產(chǎn)，日產(chǎn)油量提升近一倍。

渤中28/34油田群地質(zhì)油藏條件復(fù)雜，儲(chǔ)量動(dòng)用程度低，但有巨大開(kāi)發(fā)潛力。為此，渤海石油研究院自主創(chuàng)新，開(kāi)展了系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)，先后解決了斷塊圈閉充注能力定量評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層精細(xì)刻畫等難題，保障了渤中28/34油田群綜合調(diào)整項(xiàng)目的成功實(shí)施。

摘編自《中國(guó)海洋石油總公司網(wǎng)站》2016年8月22 日

Influence Factors of Drag Reducing Rate for Slick Water

TANG Fang1,2
（1.Yangtze Unviversity, Jingzhou Hubei 434023, China; 2. Research Institute of Petroleum Engineering, SINOPEC Jianghan Oil Company, Wuhan Hubei 430035, China）

Slick water is one of the main fluids used in stimulation of shale gas reservoirs. It has the advantages of low cost and simple procession， while being beneficial to create complex network. Drag reducing rate （DR） is the key index of slick water， the paper analyzes influence factors of DR， and reveals that salinity， bacteria and suspension are the key to slick water propert， pH and dynamic viscosity are associated with DR. In order to ensure the properties of slik water, we need to control the water quality indexes. On well site we could test the pH value and viscosity to estimate drag reduction efficiency， which determines we can make a decision to start the treatment.

Shale reservoir; slickwater; drag reducing rate; pH; viscosity

TE357.1

A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.03.049

1008-2336（2016）03-0049-04

2016-04-06；改回日期：2016-06-28

唐芳，女，1985年生，工程師，主要從事油田開(kāi)發(fā)方面工作。E-mail：tfang713@163.com。