連續混配壓裂液在山西致密氣中的應用

2016-04-27 07:49:39郭布民周彪陳玲陳磊李夢中海油田服務股份有限公司天津300450

長江大學學報(自科版) 2016年4期

郭布民，周彪，陳玲，陳磊，李夢　(中海油田服務股份有限公司，天津 300450)

連續混配壓裂液在山西致密氣中的應用

郭布民，周彪，陳玲，陳磊，李夢(中海油田服務股份有限公司，天津 300450)

[摘要]山西致密氣壓裂采取先配液后施工措施，傳統配液形式不僅造成施工周期長、配液強度大等問題，而且壓裂液中含有大量水包粉，粉料浪費大，自然溶脹時間長，溶脹速度慢。為去除傳統配液方式的弊端，同時結合山西區塊地形崎嶇、水源尋找困難、施工場地空間狹小等特點，采取配套的速溶瓜膠壓裂體系替代常規瓜膠體系，連續在線配制壓裂液，瓜膠得以充分溶脹，解決了材料浪費、壓裂液變質和環境污染等難點，實現了高效、綠色環保的壓裂施工。

[關鍵詞]致密氣壓裂；速溶瓜膠壓裂液；連續混配；平均黏度

山西地區地形崎嶇，壓裂井遠離基地，且尚未形成系統配液站，目前致密氣水力壓裂施工通常采用先配液后施工措施，無法保證壓裂液即配即用，造成施工效率低下。尤其對大規模水平井連續壓裂施工，因天氣、生產組織、設備性能、外協等諸多因素的影響無法在規定的時間內進行壓裂施工，造成施工被動、壓裂液變質，不僅影響了施工質量，同時造成材料浪費及儲層永久性傷害[1]。采用連續混配工藝在線配制壓裂液，使瓜膠得以充分溶脹，不僅解決了材料浪費、壓裂液變質和環境污染等難點，同時實現了高效、綠色環保的壓裂施工。下面，筆者對連續混配壓裂液在山西致密氣中的應用進行了研究。

1連續混配壓裂液

1.1稠化劑優選

圖1　不同稠化劑時間-黏度上升率的關系

速溶稠化劑在常規瓜爾膠分子結構中引入極性親水基團羥丙基，使生成的羥丙基瓜爾膠的親水性提高，由于增加了分子的分支程度，使其水溶速度加快，黏度提高，熱穩定性增強，防腐貯存性能因此而改善[2]。

連續配液工藝要求稠化劑具有良好的分散性、快速增黏性，在3～5min內完成溶解和增黏，而常規瓜膠起黏慢，一般都在10min以上，難以保證在連續剪切5min后基液表觀黏度達到充分溶脹后表觀黏度的80%以上。考慮山西區塊地層溫度較低，實驗室優選濃度0.25%速溶瓜膠和0.25%常規瓜膠性能進行評價(見圖1)。

0.25%速溶瓜膠在溶解3min后黏度上升到17.4mPa·s，黏度上升率達到81.7%，滿足壓裂施工對基液要求，而常規瓜膠溶解3min后黏度上升到8.9mPa·s，8min后黏度上升率仍低于90%。手動攪拌下，速溶增稠劑在水中快速擴散或分散，黏度快速增加；而常規瓜膠在水中分散較慢，黏度增加緩慢，出現上下濃度不均勻現象；對于交聯性能來說，兩者交聯性均好[3]。從室內試驗結果可知，速溶瓜膠連續混配壓裂液外觀均勻透明，無水包粉現象，3min后室內黏度上升率達81.7%，完全滿足連續混配工藝要求。

1.2耐溫耐剪切性能

圖2　壓裂液46℃黏溫曲線(0.25% XT-9低溫交聯劑)

剪切穩定性是衡量凍膠在井底溫度和高速攪拌及泵送的機械剪切作用下是否容易產生分子鏈斷裂降解減黏的性質。無論哪種方式降解，都將破壞壓裂液的流變性質，使黏度下降，攜砂和造縫能力降低，黏彈性變差。因此，稠化劑的熱穩定性和剪切穩定性可反映壓裂液體系黏度的穩定性。

室內試驗選擇在46℃水浴溫度下，采用0.25%低濃度速溶瓜膠配成壓裂液，1min起黏，2min成膠，挑掛性能良好，170s-1下連續剪切98min，黏度大于151.3mPa·s，表明具有良好的抗剪切性能，滿足行業標準《SY/T 6376-2008 壓裂液通用技術條件》中大于50mPa·s的要求(見圖2)。

1.3破膠性能評價

在速溶低溫壓裂液中分別加入濃度為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%和0.1%的破膠劑，水浴鍋溫度在39℃，進行靜態破膠試驗，分別在1、2、3和4h觀察壓裂液破膠水化情況。

從破膠劑用量優選結果(見表1)表明，隨著破膠劑加量增大，壓裂液體系破膠時間大大縮短，破膠后黏度大幅度下降，殘渣含量逐漸降低[4]。破膠劑含量由0.04%增至0.05%時，破膠時間和破膠后黏度急劇下降，破膠60min后黏度低于5mPa·s，滿足壓裂液行業標準要求。

表1　破膠試驗數據表

表2　添加劑配伍性試驗

1.4配伍性評價

在室溫條件下取清水200ml，依次加入KCl、速溶瓜膠、黏土穩定劑、助排劑、氣井防水鎖劑、殺菌劑和特殊井用的低溫活化劑。每加入一種添加劑，攪拌均勻，停滯幾分鐘觀察其現象，結果見表2。

從表2可知，速溶瓜膠連續混配壓裂液性能穩定，交聯情況良好，與其他添加劑配伍性與溶解性良好，完全滿足連續混配工藝要求。

2現場應用

山西XX區塊A1井構造位置位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，該井壓裂目的層段1754.7～1762.1m，1762.7～1767.5m，有效厚度12.2m，平均有效孔隙度為8.6%，平均含水飽和度為70.4%，平均泥質含量3.2%，設計加砂量40m3，設計液量450m3，為避免施工后罐底殘余液量過大，造成施工成本急劇上升，現場采用連續混配設備完成在線配制作業。

圖3　速溶瓜膠壓裂液連續混配工藝流程圖

連續混配裝置由混配橇和水合罐橇2大部分組成，混合液在混合罐進行水合攪拌后，由排出泵排出至水合罐橇，并繼續接受攪拌，排出泵排出管線上的流量計將排出流量反饋給計算機，計算機啟動液添泵，按比例或按總量加入液體添加劑。水合罐橇的排出口與混砂設備的吸入口相連，實現現配現壓[5]，詳細混配流程見圖3。

在混合罐的高速攪拌下充分溶脹后由排出泵泵出，按比例加入液體添加劑，混合均勻后進入混砂車[6]。確保進入混砂車前液體性能穩定，分別從混配主橇和水合罐橇取樣檢測，結果(見表3和表4)表明，經過混配主橇攪拌均勻后，壓裂液外觀均勻透明，徹底消除了水包粉現象，但5～8min平均出口黏度才能達到了最終黏度的85%，而從混配主橇出來的液體經過水合罐充分水化后，測試結果3～5min平均出口黏度達到了最終黏度的85%，部分達到90%，各項技術指標均滿足連續混配工藝要求。