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

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連續(xù)混配壓裂液在山西致密氣中的應(yīng)用

郭布民，周彪，陳玲，陳磊，李夢(mèng)(中海油田服務(wù)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(tǒng)配液形式不僅造成施工周期長(zhǎng)、配液強(qiáng)度大等問題，而且壓裂液中含有大量水包粉，粉料浪費(fèi)大，自然溶脹時(shí)間長(zhǎng)，溶脹速度慢。為去除傳統(tǒng)配液方式的弊端，同時(shí)結(jié)合山西區(qū)塊地形崎嶇、水源尋找困難、施工場(chǎng)地空間狹小等特點(diǎn)，采取配套的速溶瓜膠壓裂體系替代常規(guī)瓜膠體系，連續(xù)在線配制壓裂液，瓜膠得以充分溶脹，解決了材料浪費(fèi)、壓裂液變質(zhì)和環(huán)境污染等難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效、綠色環(huán)保的壓裂施工。

[關(guān)鍵詞]致密氣壓裂；速溶瓜膠壓裂液；連續(xù)混配；平均黏度

山西地區(qū)地形崎嶇，壓裂井遠(yuǎn)離基地，且尚未形成系統(tǒng)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(duì)大規(guī)模水平井連續(xù)壓裂施工，因天氣、生產(chǎn)組織、設(shè)備性能、外協(xié)等諸多因素的影響無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行壓裂施工，造成施工被動(dòng)、壓裂液變質(zhì)，不僅影響了施工質(zhì)量，同時(shí)造成材料浪費(fèi)及儲(chǔ)層永久性傷害[1]。采用連續(xù)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(fèi)、壓裂液變質(zhì)和環(huán)境污染等難點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效、綠色環(huán)保的壓裂施工。下面，筆者對(duì)連續(xù)混配壓裂液在山西致密氣中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1連續(xù)混配壓裂液

1.1稠化劑優(yōu)選

圖1　不同稠化劑時(shí)間-黏度上升率的關(guān)系

速溶稠化劑在常規(guī)瓜爾膠分子結(jié)構(gòu)中引入極性親水基團(tuán)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(wěn)定性增強(qiáng)，防腐貯存性能因此而改善[2]。

連續(xù)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(nèi)完成溶解和增黏，而常規(guī)瓜膠起黏慢，一般都在10min以上，難以保證在連續(xù)剪切5min后基液表觀黏度達(dá)到充分溶脹后表觀黏度的80%以上?？紤]山西區(qū)塊地層溫度較低，實(shí)驗(yàn)室優(yōu)選濃度0.25%速溶瓜膠和0.25%常規(guī)瓜膠性能進(jìn)行評(píng)價(jià)(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(dá)到81.7%，滿足壓裂施工對(duì)基液要求，而常規(guī)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(dòng)攪拌下，速溶增稠劑在水中快速擴(kuò)散或分散，黏度快速增加；而常規(guī)瓜膠在水中分散較慢，黏度增加緩慢，出現(xiàn)上下濃度不均勻現(xiàn)象；對(duì)于交聯(lián)性能來說，兩者交聯(lián)性均好[3]。從室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果可知，速溶瓜膠連續(xù)混配壓裂液外觀均勻透明，無水包粉現(xiàn)象，3min后室內(nèi)黏度上升率達(dá)81.7%，完全滿足連續(xù)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(lián)劑)

剪切穩(wěn)定性是衡量?jī)瞿z在井底溫度和高速攪拌及泵送的機(jī)械剪切作用下是否容易產(chǎn)生分子鏈斷裂降解減黏的性質(zhì)。無論哪種方式降解，都將破壞壓裂液的流變性質(zhì)，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(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性可反映壓裂液體系黏度的穩(wěn)定性。

室內(nèi)試驗(yàn)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(xù)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 6376-2008 壓裂液通用技術(shù)條件》中大于50mPa·s的要求(見圖2)。

1.3破膠性能評(píng)價(jià)

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(jìn)行靜態(tài)破膠試驗(yàn)，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?jī)?yōu)選結(jié)果(見表1)表明，隨著破膠劑加量增大，壓裂液體系破膠時(shí)間大大縮短，破膠后黏度大幅度下降，殘?jiān)恐饾u降低[4]。破膠劑含量由0.04%增至0.05%時(shí)，破膠時(shí)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1　破膠試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表2　添加劑配伍性試驗(yàn)

1.4配伍性評(píng)價(jià)

在室溫條件下取清水200ml，依次加入KCl、速溶瓜膠、黏土穩(wěn)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(xiàn)象，結(jié)果見表2。

從表2可知，速溶瓜膠連續(xù)混配壓裂液性能穩(wěn)定，交聯(lián)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(xù)混配工藝要求。

2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

山西XX區(qū)塊A1井構(gòu)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(zhì)含量3.2%，設(shè)計(jì)加砂量40m3，設(shè)計(jì)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(xiàn)場(chǎng)采用連續(xù)混配設(shè)備完成在線配制作業(yè)。

圖3　速溶瓜膠壓裂液連續(xù)混配工藝流程圖

連續(xù)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(jìn)行水合攪拌后，由排出泵排出至水合罐橇，并繼續(xù)接受攪拌，排出泵排出管線上的流量計(jì)將排出流量反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)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(shè)備的吸入口相連，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)配現(xiàn)壓[5]，詳細(xì)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(jìn)入混砂車[6]。確保進(jìn)入混砂車前液體性能穩(wěn)定，分別從混配主橇和水合罐橇取樣檢測(cè)，結(jié)果(見表3和表4)表明，經(jīng)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(xiàn)象，但5～8min平均出口黏度才能達(dá)到了最終黏度的85%，而從混配主橇出來的液體經(jīng)過水合罐充分水化后，測(cè)試結(jié)果3～5min平均出口黏度達(dá)到了最終黏度的85%，部分達(dá)到90%，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足連續(xù)混配工藝要求。

表3　混配主橇取樣性能檢測(cè)

表4　水合罐橇取樣性能檢測(cè)

3結(jié)論

1)速溶稠化劑具有良好的分散性，快速增黏性，在3～5min內(nèi)完成溶解和增黏，而常規(guī)瓜膠起黏慢，一般都在10min以上，難以保證在連續(xù)剪切5min后基液表觀黏度達(dá)到充分溶脹后表觀黏度的80%以上。

2)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)混配壓裂液外觀均勻透明，徹底消除了水包粉現(xiàn)象，充分水化后平均出口黏度測(cè)試結(jié)果3min出口黏度達(dá)到了最終黏度的85%，10min后最終黏度可達(dá)90%以上，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足連續(xù)混配工藝要求。

3)連續(xù)混配工藝在山西致密氣得以成功的推廣，改變了傳統(tǒng)配液模式，節(jié)約了施工成本，縮短整體施工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

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[編輯]辛長(zhǎng)靜

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)04-0030-03

[中圖分類號(hào)]TE357.12

[作者簡(jiǎn)介]郭布民(1982-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事非常規(guī)儲(chǔ)層增產(chǎn)技術(shù)方面的研究工作；E-mail：guobm@cosl.com.cn。

[基金項(xiàng)目]中海石油(中國(guó))有限公司項(xiàng)目(CNOOC-KJ 125 ZDXM 07 LTD 04 SH 2011)。

[收稿日期]2015-10-29

[引著格式]郭布民，周彪，陳玲，等.連續(xù)混配壓裂液在山西致密氣中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(4)：30～32.