滑溜水压裂液用乳液降阻剂的合成及应用

滑溜水压裂液用乳液降阻剂的合成及应用

滑溜水作为非常规页岩油气储层压裂施工的主要压裂液，具有无固相水不溶物、常规胶体残渣和摩阻低的特点。滑溜水的化学添加剂通常有降阻剂、表面活性剂、黏土稳定剂、破胶剂等。目前滑溜水压裂液用减阻剂存在着溶解困难、现场使用操作不便、对水质要求高、需使用清水进行配置和无法使用返排液配制重复利用等问题。

针对这些问题，研究者采用反向乳液聚合法合成了一种新型共聚物降阻剂。该降阻剂以AM、AMPS、丙烯酸及全氟甲基丙烯酸酯为单体，在反相乳液中发生共聚，以过硫酸铵、亚硫酸氢钠为引发体系。通过在聚合物分子结构中引入全氟甲基丙烯酸酯单体，提高了其在施工注入过程中的耐剪切性；加入AMPS单体，提高了降阻剂的抗温耐盐性能；同时，反相乳液聚合方法提高了溶解性，缩短了溶解时间，使其能够满足现场施工过程中连续混配的配液需求。

降阻剂性能评价

速溶分散性

使用清水配制质量分数0.1%的降阻剂溶液，通过吴茵混调器在转速2500 r/min条件下进行搅拌，随后采用流变仪双狭缝(模具)在剪切速率为170 s-1下进行速溶分散性测试。结果显示，降阻剂溶解后40 s后黏度达到1.8 mPa·s并基本稳定，此时降阻剂已经充分溶解，溶液均一透明。这表明现场进行压裂施工配液时，在配液水中循环即可实现降阻剂的连续混配，操作简单。

图3 降阻剂溶液黏度与溶解时间关系

防膨性

滑溜水的防膨性通过毛细管吸收时间(CST)评价。实验分别评价质量分数0.1%的降阻剂溶液和1%的KCl溶液的防膨效果并进行对比。结果显示，合成降阻剂溶液的CST值明显低于KCl溶液，说明其具有较低的水化分散程度和较强的防膨性。

降阻性

按照质量分数将不同质量分数的降阻剂配置为滑溜水压裂液，使用10 mm管汇，在线速度为10 m/s条件下，分别测试其降阻率。结果显示，滑溜水的降阻率随降阻剂质量分数的提高而增加。降阻剂加量为0.1%时，降阻率最高为74.31%。加量0.12%和0.14%时维持在72%～73%，说明降阻性随着降阻剂的浓度到达一定临界值时即稳定不会继续升高。综合考虑施工成本及储层伤害性，降阻剂加量确定为0.1%。

表4 不同盐含量下滑溜水降阻率 %

岩心伤害性

实验使用人造岩心进行评价。结果显示，液测时，驱替60 PV后，合成降阻剂滑溜水伤害后岩心渗透率为117.2 mD，伤害率为5.18%；气测时，驱替20 PV后，合成降阻剂滑溜水伤害后岩心渗透率为116.7 mD，伤害率为4.27%。而使用某商品乳液滑溜水伤害后的岩心，液测和气测伤害率为35%左右，远高于所合成降阻剂滑溜水。因此，合成降阻剂滑溜水对岩心伤害率均很低，远远低于常规产品。

抗盐性

实验对某页岩气返排液进行离子分析，结果显示地下水主要含Na+和K+，二价Ca2+和Mg2+，阴离子主要为Cl-。实验验证了降阻剂抗盐性，结果显示合成降阻剂滑溜水降阻性能基本不受一价离子和二价离子的影响。

返排液重复利用性

实验分别使用现场返排液和自来水进行配液，降阻剂加量为0.1%，使用10 mm管汇，在线速度为10 m/s条件下，分别测试其降阻率。结果显示，利用返排液配制的滑溜水降阻率最后稳定于72.9%，而使用自来水配制的滑溜水降阻率稳定于73.91%，返排液所配制滑溜水降阻率只是略低于自来水配液，说明返排液对该减阻剂的性能影响较小，因此可以确定该降阻剂可使用返排液配液，且降阻率基本不受影响。

现场应用

该降阻剂滑溜水体系于2020年10月在自211井进行了现场施工，该井完钻井深5745 m，水平段长1485 m，施工井段为4000～5695 m，压裂方式采用连续加砂+段塞式加砂模式，正常压裂段单段液量30 m3/m，加砂强度3.0 t/m，单段加砂180 t，主体施工排量不低于16 m3/min。

现场施工结果表明：1)该降阻剂滑溜水携砂效果良好，可实现连续加砂，现场施工试验了连续加砂+段塞式加砂，施工压力稳定；2)施工最高压力为97 MPa，平均压力为95 MPa，停泵压力为70 MPa，施工排量为16 m3/min，可以计算施工过程中摩阻为25 MPa，改造储层中部深度5301 m，计算得摩阻系数为4.72 MPa/1 000 m，降阻率达到76%，压裂施工要求降阻率≥70%，而常规滑溜水压裂液体系摩阻系数为5～7 MPa/1 000 m。该降阻剂滑溜水摩阻系数明显低于传统滑溜水压裂液，具有低摩阻、高排量、高砂浓度的特点。

结论

采用乳液聚合法合成一种新型滑溜水降阻剂，引入全氟甲基丙烯酸酯单体，提高了耐剪切性；AMPS的加入提高了抗温耐盐性；同时采用反相乳液聚合制备，使降阻剂溶解性得到提高，满足页岩气压裂连续混配施工工艺的需求。合成降阻剂的溶解时间为40 s，CST值小于同条件下的KCl溶液，防膨性良好；加量为0.1%时降阻率最高为74.31%；岩心伤害试验中，液测和气测渗透率恢复率分别为94.82%和95.73%；降阻剂在20 g/L矿化度模拟地层水中亦能保持74.2%的降阻性能，返排液所配液的降阻率仍为73.91%。现场施工中，该降阻剂所配制滑溜水在施工中降阻率达到76%且性能稳定，摩阻系数明显低于传统滑溜水压裂液，具有低摩阻、高排量、高砂浓度的特点。