一種多用途混配壓裂液性能評價及應用

李克智

（中國石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006）

21 世紀以來，世界油氣開發迅速進入低滲、特低滲領域，我國發現的致密油氣藏儲量占發現量的50%以上，低滲油氣田產建規模占總規模的70%，其中鄂爾多斯盆地占一半以上。致密油氣藏的開發成為油氣田開發的主戰場[1-6]。對于此類油氣藏，壓裂建產或增產是其效益開發的主要手段。壓裂措施作業時，受常規壓裂液特性的影響，常常出現施工周期長、排液速度慢、返排率不高、破膠液殘渣高（對地層造成傷害）、返排液處理難度大（環境保護壓力大、拉運處理成本高等）等問題。本文研究的多用途混配壓裂液具有溶解速度快、可在線混配、低黏高黏無級切換、耐剪切、強攜砂、易破膠等特性，且破膠后對巖心傷害率低，能廣泛應用于低滲、超低滲儲層壓裂改造，能滿足大型壓裂連續混配對壓裂液性能的要求。

1 實驗用品

1.1 實驗材料

壓裂用乳液稠化劑SSFC-L（工業級，鄭州三山石油技術有限公司）；過硫酸銨（工業級，河南騰軒化工產品有限公司）。

1.2 實驗儀器

HAAKE RheoStress 6000 流變儀（德國）；YP-3002電子天平（精度0.001 g）（海寧市海昌逢枝五金衡器商行）；ZNN-D6 六速旋轉黏度計（青島百瑞達石油機械有限公司）；JYW-200A 全自動表界面張力儀（承德鼎盛試驗機檢測設備有限公司）；JJ-1 電動攪拌器（金壇區西城新瑞儀器廠）；恒溫水浴鍋、攪拌棒、燒杯、量筒、移液管等。

2 多用途混配壓裂液性能評價

2.1 乳液黏度釋放率

為了能夠滿足現場連續混配的壓裂施工要求，SSFC-L 不但要有較好的流動性，便于準確計量，還需具有迅速水化增黏的特性，所以需對其黏度釋放率進行評價。

稱量4.0 g SSFC-L，準備500 mL 水，調節攪拌器轉速，在（10 000±500）r/min 的高速攪拌下加入SSFCL，記錄所配制壓裂液不同時間的黏度（表1）。

表1 SSFC-L 黏度釋放率

表1 實驗結果顯示，0.8%的SSFC-L 30 s 的黏度釋放率在80.00%以上，說明該乳液稠化劑分子鏈能在水中迅速伸展起黏，適用于大型連續混配壓裂施工。

2.2 降阻性能評價

配制0.08%的SSFC-L 溶液，按照NB/T 14003.1—2015《頁巖氣 壓裂液 第1 部分：滑溜水性能指標及評價方法》[7]評價其降阻率。采用管路摩阻測試系統測試了其在不同剪切速率下清水及低黏壓裂液通過管路時的摩阻，求出不同剪切速率下低黏壓裂液的降阻率[8-9]，見圖1。

圖1 0.08%的SSFC-L 溶液摩阻曲線

由圖1 可以看出，低黏壓裂液在不同剪切速率條件下，隨著剪切速率的增大，液體摩阻呈現下降趨勢，但較之于清水摩阻上升幅度要小很多。SSFC-L 通過其分子聚集形成高次膠束網絡結構，它與湍流渦的相互作用改變湍流結構進而實現減阻。溶液中形成的高次膠束網絡結構的彈性還可還原由于湍流導致的能量耗散，減少了能量損失，最終表現為湍流減阻現象。加入0.08%的SSFC-L 的低黏壓裂液在剪切速率為7 000 s-1時，降阻率達到70%以上。

2.3 黏度與濃度

多功能壓裂用乳液稠化劑SSFC-L 是一種乳白色或淡黃色乳狀液體，其在水中能迅速水化增黏，水溶時間≤30 s。將SSFC-L 用清水配制成不同濃度（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%和1.0%）的壓裂液液，在室溫下用ZNN-D6 六速旋轉黏度計分別測試其在剪切速率170 s-1下的表觀黏度，結果見圖2。

圖2 不同濃度的SSFC-L 的黏度變化曲線

由圖2 可以看出，用SSFC-L 配制的壓裂液溶液的黏度隨其濃度的增加而增加。通過調節SSFC-L 的濃度，能夠實現滑溜水與攜砂液的無級轉化，低黏時可作為滑溜水（≤9.00 mPa·s），高黏時可作為攜砂液（0.8%黏度可達102.00 mPa·s）。

2.4 耐溫耐剪切性能

根據SY/T 5107—2016《水基壓裂液性能評價方法》[10]，采用HAAKE RheoStress 6000 流變儀評價壓裂液的流變性能，按100 ℃、1.0%的SSFC-L 配制高黏壓裂液的配方進行檢測。首先初始溫度控制在25 ℃開始實驗，剪切速率170 s-1，并以3 ℃/min 的升溫速率加熱壓裂液至實驗溫度100 ℃，繼續在該剪切速率和溫度下剪切120 min，測試其黏度變化情況（圖3）。

圖3 1.0%的SSFC-L 在100 ℃下的黏溫曲線

由圖3 可以看出，配制的高黏壓裂液經過高溫剪切初期黏度隨剪切時間呈下降趨勢。當剪切溫度穩定后，壓裂液的黏度變化逐漸平穩。在100 ℃、170 s-1下，持續剪切120 min，黏度基本穩定在56.50 mPa·s 左右。這表明該體系耐溫耐剪切性能穩定，能滿足現場施工要求。

2.5 攜砂性能

按1.0%的SSFC-L 配制400 mL 高黏壓裂液，邊攪拌邊加入100 mL 石英砂（砂比40%），配制成攜砂液。分別讀取初始狀態和靜置30 min 的砂高，壓裂液攜砂性能見表2、圖4、圖5。

圖4 壓裂液攜砂初始性能

圖5 壓裂液攜砂30 min 性能

表2 壓裂液攜砂性能

由表2 數據可以看出，該配方壓裂液攜砂幾乎沒有沉降，攜砂性能滿足標準要求。

2.6 破膠性能

該體系可用過硫酸銨破膠，破膠時間短，破膠后的破膠液無固相物，殘渣低。按1.0%的SSFC-L 配制高黏壓裂液，分別加入0.03%、0.04%、0.08%過硫酸銨，在90 ℃下破膠，壓裂液破膠情況見表3。

表3 壓裂液破膠情況

根據表3 實驗結果可知，該體系破膠效果好，過硫酸銨加量僅0.03%破膠時間60 min，破膠液黏度就降至1.38 mPa·s，遠低于行業標準要求（≤5.00 mPa·s）。

3 多用途混配壓裂液的現場應用

大牛地工區D12-P96 井的山22層在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部。該井完鉆井深為垂深：2 673.76 m，斜深：4 000.00 m，完鉆層位山22，采用二級井身結構139.7 mm 套管固井完井，水平段長1 200 m。該井設計壓裂16 段，采用連續油管帶底封分段壓裂工具組合、多用途混配壓裂液為主要壓裂液體系、以40/70 目石英砂作為水力噴砂射孔、30/50 目石英砂+30/50 目陶粒組合為支撐劑、設計施工排量6～8 m3/min（施工車組正式施工按照7 m3/min，施工壓力60.0 MPa，水馬力22 000 hhp 準備壓裂車組）。

多用途混配壓裂液的現場施工模式是通過液添泵連續在線混配注入混砂車，該井共16 段，注入壓裂液及酸共計8 837.1 m3，其中，低黏壓裂液1 244.0 m3，高黏壓裂液7 176.0 m3；加入支撐劑778.8 m3，其中，40/70目石英砂19.0 m3，30/50 目石英砂235.0 m3，30/50 目陶粒524.8 m3。排量2～7 m3/min，壓力22.9～63.7 MPa，最高施工壓力63.7 MPa，破裂壓力31.3～57.7 MPa，停泵壓力16.5～22.1 MPa。

該井在冬季施工，室外溫度低至-15 ℃，施工過程中，液體攜砂性能穩定，最高砂比達38%，施工過程中低黏壓裂液與高黏壓裂液切換，壓力比較平穩，降阻率在75%以上，可實現滑溜水膠液一體化，能滿足大型壓裂現場施工應用。

4 結論

（1）乳液稠化劑SSFC-L 具有溶解速度快、可在線混配、低黏高黏無級切換、耐剪切、強攜砂、易破膠等特性，且破膠后對巖心傷害率低，能廣泛應用于低滲、超低滲儲層壓裂改造，能滿足大型壓裂連續混配對壓裂液性能的要求。

（2）通過現場施工，調整SSFC-L 的加量，實現施工過程中低黏壓裂液與高黏壓裂液切換，降阻率在75%以上。作為高黏壓裂液時，攜砂性能穩定，最高砂比達38%，可實現滑溜水膠液一體化，能滿足大型壓裂現場施工應用。

（3）該體系在鄂爾多斯大牛地氣田現場冬季施工，性能穩定，增產效果明顯。