一種功能型滑溜水體系開發(fā)及應(yīng)用

王改紅，李澤鋒，高燕，張冕，蘭建平，安子軒

（川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，西安710021）

近幾年，隨著頁巖氣藏滑溜水（降阻水）壓裂液的使用增多，致密砂巖油氣藏體積壓裂改造用低摩阻滑溜水（降阻水）的研發(fā)及應(yīng)用也日漸增多，目前國內(nèi)外使用的滑溜水（降阻水）體系主要為低濃度聚丙烯酰胺類、聚氧化乙烯及其改性產(chǎn)品，該類滑溜水體系以其價格便宜、生產(chǎn)工藝成熟、降阻性能好等特點(diǎn)在油氣田應(yīng)用量較大，但在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，也逐步暴露出一些問題，主要體現(xiàn)在對高硬度水及酸性返排液等配液水敏感造成配液不起黏、受水中鈣鎂離子影響極大、乳液型減阻劑長途運(yùn)輸易分層造成施工性能不穩(wěn)定、粉末型減阻劑施工需提前配液造成占時長[1-4]、滑溜水黏度低造成攜砂性能差[5-6]、前置液用滑溜水造復(fù)雜縫，后期用凍膠或高黏液造主裂縫，造成2種工作液現(xiàn)場施工不便捷、交替泵注階段易不配伍、耐溫耐剪切性能差等問題。因此，開發(fā)出一種兼具滑溜水與攜砂液雙重功能的滑溜水體系，降阻效果好的同時，能適用于高硬度水、腐敗質(zhì)返排液等復(fù)雜水質(zhì)，且施工為在線混配，省去了提前配液及連續(xù)混配車，提速提效作用明顯。

1 功能型滑溜水

由于常規(guī)滑溜水的黏度普遍較低，通常約為3mPa·s，較低的黏度在低砂比階段攜砂效果較差，因此在中高砂比泵注階段，現(xiàn)場往往額外配制第二種交聯(lián)高黏液來彌補(bǔ)，這就給施工造成了很大的不便。室內(nèi)通過大量實(shí)驗(yàn)開發(fā)出了一種功能型滑溜水體系，該體系由功能型降阻劑JZ-2及廣譜增黏調(diào)節(jié)劑TJ-5構(gòu)成。

1.1 功能型降阻劑

該體系功能型降阻劑XYJZ-2是1種以耐鹽型非離子表面活性劑為主的液態(tài)復(fù)合材料，通過超分子膠體化學(xué)設(shè)計出特定超長疏水碳鏈結(jié)構(gòu)，使其無論是在淡水還是含鹽量100 000mg/L內(nèi)的鹽水溶液中，均具有良好的水溶性及增稠性。當(dāng)功能型降阻劑濃度低于其臨界膠束濃度時，該增稠劑微觀分子結(jié)構(gòu)以球形、圓柱形膠束形式存在于溶液中，故此時體系黏度較低，可作為低黏度滑溜水使用。表1為不同濃度的功能型降阻劑水溶液黏度，當(dāng)功能型降阻劑濃度為0.5%時，水溶液黏度7.5mPa·s，明顯高于常規(guī)滑溜水黏度。

表1 不同濃度的功能型降阻劑JZ-2水溶液黏度

1.2 廣譜增黏調(diào)節(jié)劑

表面活性劑實(shí)現(xiàn)增稠通常需要添加反離子助劑，該廣譜增黏調(diào)節(jié)劑通過引入甲基改性官能團(tuán)，提供反離子及H+環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)體系低黏滑溜水到高黏攜砂液的轉(zhuǎn)換。圖2為在不同濃度的功能型降阻劑水溶液中加入調(diào)節(jié)劑后體系黏度測試曲線。

由表1及圖1可以看出，在功能型降阻劑水溶液中加入廣譜增黏調(diào)節(jié)劑后，體系黏度迅速增加，且當(dāng)調(diào)節(jié)劑加量為0.3%時，體系黏度最高，從而可以實(shí)現(xiàn)低黏滑溜水到高黏攜砂液的功能轉(zhuǎn)換。

圖1 加入廣譜增黏調(diào)節(jié)劑后體系黏度

1.3 配方確定

長慶區(qū)域氣井井深約為3500～4300m，儲層溫度為90～130℃，對滑溜水的降阻率及高黏攜砂液的耐溫能力進(jìn)行了初步測試，如圖2、圖3所示。

圖2 滑溜水降阻率測試

圖3 不同功能型降阻劑加量下攜砂液耐溫性能測試（加有1%調(diào)節(jié)劑）

由圖2可知，隨著體系黏度的增加，降阻率有升高的趨勢，0.5%功能型降阻劑室溫下降阻率最高為74.24%。因此，確定出滑溜水體系配方為：0.5%功能型降阻劑+（0～0.3%）調(diào)節(jié)劑。由圖3可知，（2.5%～3.0%）功能型降阻劑+1%調(diào)節(jié)劑加量下體系耐溫可達(dá)100.34～130.07℃，壓裂液配方為：（2.5%～3.0%）功能型降阻劑+1.0%調(diào)節(jié)劑。

1.4 性能評價

1.4.1 滑溜水基本性能

室內(nèi)采用現(xiàn)場返排液及鹽水作為配液水，進(jìn)行滑溜水基本性能測試，數(shù)據(jù)如表2所示，滑溜水外觀見圖4。

表2 滑溜水基本性能

圖4 滑溜水外觀

1.4.2 滑溜水降阻性能

采用多功能管路摩阻儀測試了室溫及90℃下該體系滑溜水隨不同注入排量下的降阻率，數(shù)據(jù)見圖5。由圖5可知，隨著注入排量的增加，滑溜水體系的降阻率逐步提升，在鹽水中降阻率室溫最高可達(dá)74.2%，整體降阻效果好，且90℃下仍具有較好的降阻性能。

圖5 不同注入排量下滑溜水降阻率性能測試

1.4.3 滑溜水?dāng)y砂性能

由于現(xiàn)場用滑溜水黏度普遍偏低，因此，其在中高砂比階段攜砂性能受到影響[7]，室內(nèi)測試現(xiàn)場用滑溜水在不同砂比下的沉降速率，結(jié)果見表3。隨著滑溜水體系黏度的增加，懸砂能力逐漸增強(qiáng)，且EFSW-120滑溜水體系在同等砂比下懸砂能力較其他在用滑溜水明顯增強(qiáng)，這主要是由于該滑溜水體系為表面活性劑型，具有更好的黏彈性能，因此，在黏度略低于其他滑溜水時，懸砂時間更長。

表3 EFSW-120壓裂液攜砂性能與其他滑溜水對比

1.4.4 壓裂液耐溫耐剪切性能

該體系同時具有滑溜水與壓裂液雙重功能，因此，在評價滑溜水的基礎(chǔ)上，還需對壓裂液的耐溫耐剪切性能進(jìn)行評價。由圖6數(shù)據(jù)可知，該壓裂液在117℃下剪切120min黏度高于22mPa·s，表明該體系具有良好的抗鹽性、返排液適用性及抗剪切性能。

圖6 EFSW-120壓裂液抗剪切性能

1.4.5 壓裂液破膠性能

據(jù)學(xué)者研究，表面活性劑型壓裂液在遇儲層原油等烴類及地層水稀釋、礦物pH值改變后均可使其破膠[8]。室內(nèi)采用凝析油及山西組儲層巖心粉模擬了儲層條件下該體系的破膠性能，結(jié)果見表4。由表4可知，該體系在90℃下可徹底破膠，破膠液黏度2.1016mPa·s，表明該體系無需添加破膠劑，依靠地層條件可徹底破膠，且破膠液無殘渣，測試黏土防膨率為90.3%，無需額外添加黏土穩(wěn)定劑，效果較好。

表4 EFSW-120壓裂液破膠性能（90℃）

1.4.6 滑溜水耐菌抗腐性能

氣井壓后排液周期長，當(dāng)夏季施工時，高溫天氣下瓜膠等類型返排液存放2～3 d后繁殖大量細(xì)菌，無法回用，EFSW-120功能型降阻劑低濃度的水溶液能夠阻止細(xì)菌的呼吸及糖解作用。因此，該體系具有很強(qiáng)的耐菌抗腐功能，可適用多類型的腐敗質(zhì)返排液。

2 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

該體系2018年在長慶區(qū)域現(xiàn)場應(yīng)用2口井，以慶1-X井為例進(jìn)行應(yīng)用說明。該井采用EFSW-120功能型滑溜水壓裂液改造山1層，射孔段為4344～4363m，施工排量6m3/min，該井泵注施工全程利用瓜膠及聚合物混合返排液654m3，礦化度為26 118mg/L，施工階段前置液及低砂比階段為滑溜水，檢測滑溜水增稠時間10 s，黏度10.5mPa·s，施工至高砂比階段，通過在線調(diào)整混砂車液添泵稠化劑端吸入比例，實(shí)現(xiàn)滑溜水功能向壓裂液功能的轉(zhuǎn)換；檢測壓裂液黏度63mPa·s，施工最高砂比24%，施工順利，排液階段檢測放噴液黏度在1.5678～3.5466mPa·s，測試求產(chǎn)效果與鄰井相當(dāng)，儲層改造效果較好。

3 結(jié)論

1.該體系兼具滑溜水與攜砂液雙重功能，滑溜水降阻率可達(dá)到74.2%，耐鹽100 000mg/L，壓裂液耐溫130℃，施工砂比達(dá)24%。

2.該體系可采用瓜膠、聚合物等各類返排液再配液，體系耐菌抗腐，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

3.該體系在線混配施工，可節(jié)約儲液罐，節(jié)省連續(xù)混配車，經(jīng)濟(jì)效益及提速效果顯著。