呂曉華，劉 正，楊力生，李二曉，王中奇，時海濤

（河南正佳能源環(huán)保股份有限公司，河南新鄭 451100）

頁巖油氣儲層具有低孔低滲的特點，只有進行儲層改造才能獲得理想產(chǎn)量。中國頁巖油氣儲量豐富，但地質(zhì)結構不同，需要采用不同的壓裂工藝技術。我國鄂爾多斯盆地、吉林敖東盆地等大多數(shù)地區(qū)頁巖油氣藏屬于陸相頁巖儲層，四川盆地及其周緣部分油氣藏屬于海相沉積與美國儲層條件相似[1]。研制的ZLFR317X減阻劑在美國壓裂現(xiàn)場成功應用，為我國四川盆地及其周緣部分海相頁巖油氣藏開發(fā)提供借鑒。

1 研制ZLFR 系列陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑

ZLFR 是河南正佳能源環(huán)保股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑，適用于海相頁巖油氣儲層壓裂減阻應用。在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，通過控制聚合單體比例、反應過程及篩分工藝等，能夠生產(chǎn)水解度15%～30%，相對分子質(zhì)量（≥2 000×104），粒徑（60～150 目）的系列產(chǎn)品，滿足不同壓裂作業(yè)需求。

1.1 ZLFR 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑分子設計

1.1.1 增加聚合物分子質(zhì)量及溶液黏度 ZLFR 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑從分子設計的角度，賦予微嵌段分子模型聚合，保持線性分子結構，提高溶解性能，每個嵌段中間電荷受環(huán)境影響小，相互保持著一定的庫倫排斥力，使聚合物保持相對較大的水動力學半徑，從而保持較高的分子質(zhì)量和溶液黏度。其分子結構特征（見圖1）。

圖1 分子結構特征

1.1.2 提高耐溫抗鹽性能 通過分子間引入對鹽不敏感的磺酸基AMPS-AM 基團，減少二價離子對羧酸根的影響，降低減阻劑對產(chǎn)出水及溫度的敏感性，提高耐溫抗鹽和長期穩(wěn)定性。其結構特征（見圖2）。

圖2 結構特征

1.2 ZLFR 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑基本性能評價

ZLFR 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑系列產(chǎn)品有ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250，其基本性能固含量、水解度、相對分子質(zhì)量、粒徑依據(jù)國家標準GB/T12005-2004、行業(yè)標準SY/T5862-2008、企業(yè)標準Q/HNZJ001-2019 進行評價。100 000 mg/L 的API 水質(zhì)（100 g 蒸餾水中含7.5 gNaCl+2.5 gCaCl2+90 g 蒸餾水）配制1 440 mg/L 測黏度。評價結果（見表1）。

表1 ZLFR 系列減阻劑基本性能評價

1.3 ZLFR 系列減阻劑粒徑分布評價

減阻劑的粒徑分布直接影響其溶解性能。實驗采用Bettersize2000 激光粒度分布儀檢測減阻劑ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 粒徑分布（見圖3）。

圖3 ZLFR 系列減阻劑粒徑分布

1.4 ZLFR 系列減阻劑減阻性能評價

隨著頁巖油氣儲層的開發(fā)，大規(guī)模體積壓裂需要采用低摩阻、速溶減阻劑為主的滑溜水壓裂液體系，其核心助劑減阻劑的加入能夠有效降低壓裂液在管柱中的摩擦損失，減少壓裂液在井筒剪切流動中的黏滯力及旋渦的形成，降低能耗損失，提高施工效率[2]。減阻性能主要通過減阻率（DR）進行表征[3]。實驗采用自主設計校核安裝的環(huán)路減阻率測試系統(tǒng)（見圖4），主要由供液系統(tǒng)、螺桿泵、循環(huán)管路、數(shù)字采集系統(tǒng)組成。液罐容積100 L，螺桿泵最大排量100 L/min，管路總長15 m，內(nèi)徑12.7 mm。通過測試管路兩端的摩阻壓降，利用公式：DR=（△P-△PDR）/△P×100%（△P 為清水摩阻壓降，Pa；△PDR 為減阻劑溶液壓降，Pa）計算減阻率。

圖4 環(huán)路減阻率測試系統(tǒng)示意圖

減阻率評價結果表明（見圖5），ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 減阻率高于79%，表現(xiàn)出好的減阻性能。

圖5 ZLFR 系列減阻劑減阻率評價

1.5 ZLFR 系列減阻劑溶解性能評價

溶解性能直接影響減阻劑的減阻率和持續(xù)時間。減阻劑溶解實驗采用礦化度100 000 mg/L 的API 水質(zhì)分別配制ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 濃度1 440 mg/L。表2 評價結果表明，溶解3 min 檢測黏度均達到穩(wěn)定最大黏度值的90%以上，溶解5 min 可達到最大穩(wěn)定黏度，直至溶解30 min 黏度穩(wěn)定不變，表現(xiàn)出3 min 快速溶解特性，能夠滿足壓裂施工需要。

表2 ZLFR 系列減阻劑溶解性能評價

1.6 ZLFR 系列減阻劑抗剪切性能評價

減阻劑在高泵速注入及流經(jīng)彎管等會產(chǎn)生剪切降解，抗剪切性能的優(yōu)劣直接影響減阻效果。ZLFR 系列減阻劑抗剪切實驗采用高速攪拌器設定轉(zhuǎn)速6 000 r/min，每剪切3 min 檢測黏度，100 000 mg/L 的API 水配制濃度1 440 mg/L。表3 結果表明，ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 剪切3 min 時黏度保留率均大于90%，剪切20 min 黏度保留率大于70%，表現(xiàn)出較強的抗剪切性能。

表3 ZLFR 系列減阻劑抗剪切性能評價

2 ZLFR317X 陰離子聚丙烯酰胺抗鹽減阻劑在美國壓裂礦場應用

ZLFR317X 減阻劑2019 年11 月20 日在美國進入壓裂作業(yè)現(xiàn)場，配制水礦化度100 000 mg/L。作業(yè)過程壓力平穩(wěn)，在壓力作業(yè)過程中，將ZLFR317X 注入濃度從1 000 mg/L 減少到500 mg/L，壓力僅小幅上升，在降低平時用量50%的情況下，仍取得良好效果。ZLFR317X 減阻劑表現(xiàn)出較好的抗鹽及減阻效果。

3 結論

ZLFR 系列陰離子聚丙烯酰胺減阻劑通過分子結構改性，增加分子質(zhì)量及溶液黏度，在分子間引入對鹽不敏感的磺酸基AMPS-AM 基團提高抗鹽性和溶解性能，經(jīng)過精細篩分得到不同粒徑尺寸的減阻劑產(chǎn)品，具有快速溶解，穩(wěn)定性及減阻性好的顯著特性。ZLFR317X在美國壓裂現(xiàn)場成功應用，能夠為我國四川盆地等海相頁巖油氣藏壓裂作業(yè)提供可供選擇的減阻劑產(chǎn)品。