低溫壓裂液在煤層氣井的應用

2012-09-05 07:49:20徐金明胡婭婭

石油化工應用 2012年12期

徐金明，胡婭婭，李佳，袁冬，劉聰，曹鍇，強剛

（中原井下特種作業處，河南濮陽 457164）

山西晉城部分煤層氣井埋深500～700 m，油層溫度20～40℃，屬于淺層低溫氣藏，且儲層具有低孔、低滲，自然產能低的特征，因此需通過壓裂改造以實現開采價值。要求壓裂液不僅具有造縫、攜砂的性能，更重要的是施工結束后壓裂液要盡快破膠水化返排，以減少液體長期滯留地層造成的儲層傷害[1-3]。因此，低溫壓裂液配方的關鍵在于解決低溫破膠水化問題。

1 低溫壓裂液配方

1.1 稠化劑

由于交聯凍膠壓裂液具有攜砂性能好、造縫性能好特點，它在油氣藏壓裂中得到廣泛應用。而對于煤儲層來講，攜砂造縫固然重要，但如何減小傷害也是一個很重要的問題。室內依據石油天然氣行業標準《壓裂用植物膠通用技術要求》SY/T5764-2007對稠化劑進行性能檢測，依據表1評價結果，選擇水不溶物較低的改性瓜膠XD-02作為低溫壓裂液用稠化劑，并確定其加量為0.3%。

表1 稠化劑性能評價

1.2 助排劑的選擇

為使壓裂液壓裂后能盡快地返排，降低對煤層的傷害，需加入助排劑。一般選擇表面張力較低的助排劑，但對于煤層氣井用壓裂液助排劑必須考慮其與煤基質的吸附潤濕[4]。助排劑的加入雖然降低了水的表面張力，但是接觸角變化很大。根據laplace-Young方程[5]可知，毛細管阻力是σ和θ共同作用的結果，所以必須綜合考慮。室溫20℃，分別對不同類型助排劑水溶液進行表面張力和接觸角測試，實驗結果（見表2），最終選擇了毛管阻力較低的DB-80作為低溫壓裂液用助排劑，加量為0.3%。

表2 助排劑水溶液表面張力及與煤芯片接觸角

1.3 破膠劑

對于交聯凍膠壓裂液，如何使其在完成攜砂任務后粘度迅速降低，有利于返排，就需要加入破膠劑。對于煤層來說，煤層水和存在的部分游離氣的粘度一般很低，因此，就要求用于煤層壓裂液破膠后的粘度要低，破膠時間要快。在煤層較低溫度下，能否徹底破膠和快速返排，直接影響著對煤層污染。溫度30℃，室內對不同加量的過硫酸銨進行靜態破膠測試。由表3結果可知，使用過硫酸銨作為破膠劑，可使壓裂液破膠，但所需加量較大、時間較長。為此，室內研制了低溫活化劑，使所需過硫酸銨量降低，時間縮短，以降低對煤層的污染。

表3 靜態破膠實驗測試

1.4 低溫破膠活化劑

過氧化物的分解溫度一般在60℃左右，要想使破膠劑發揮作用，就必須降低其活化能，以使其達到在較低溫度下分解。低溫破膠活化劑的加入，有助于交聯凍膠能較好的壓后徹底破膠及返排。溫度30℃，過硫酸銨加量為0.15%，對不同類型活化劑進行優選。由表4結果，最終選擇HY-02作為低溫壓裂液破膠活化劑，加量為0.1%。

表4 低溫活化劑篩選

2 性能評價

依據室內實驗結果，確立低溫壓裂液配方為：1.5%KCl+0.30%XD-02（稠化劑）+0.3%DB-80（助排劑）+0.1%SJ（殺菌劑）+0.15%TCB-2（交聯劑）+0.15%過硫酸銨+0.1%低溫活化劑HY-02；并在此基礎上進行壓裂液性能評價。

2.1 耐溫耐剪切性能

按配方配制低溫壓裂液，在不加破膠劑條件下，用RT-20旋轉流變儀測其耐溫耐剪切性能。試驗方法：溫度30℃，在恒剪切速率(170 s-1)下，連續剪切120 min，測得其耐溫耐剪切性能（見圖1）。由結果可知，經120 min剪切，粘度仍保持在200 mPa·s以上，能夠滿足壓裂施工過程對壓裂液長時間剪切要求。