页岩气体积压裂滑溜水的研究及应用

陈鹏飞 刘友权 邓素芬 吴文刚 雷英全 张亚东 黄晨直

（1．中国石油西南油气田公司天然气研究院 2．中国石油西南油气田公司蜀南气矿）（3．中国石油川庆钻探工程公司）

1 四川页岩气储层特征

四川W、C区块页岩气藏龙马溪组石英质量分数为41%～55%，黏土质量分数为15%～40%，与Barnett页岩储层岩性相似，同属于硅质／黏土质页岩，岩石脆性指数较高，具体见表1［1－2］。

2 页岩气体积压裂液体及性能要求

在页岩气藏的开发中，大排量、大液量体积压裂是关键技术。体积压裂建立的复杂裂缝网络，增大了泄流裂缝的表面积，有利于维持产量［3－9］。依据Barnett页岩经验，选择以滑溜水水平井分段压裂为主的体积压裂［10－11］，通过国外资料调研及评价，滑溜水应具有以下性能：

（1）降阻率＞65%；

（2）室内返排率＞50%；

（3）CST比值＜1。

表1 四川页岩气藏与美国页岩气藏对比Table 1 Comparison between the Sichuan shale and America shale

3 滑溜水研究及评价

根据体积压裂工艺要求、页岩储层特点，滑溜水主要由降阻剂、助排剂和防膨剂构成。

3．1 降阻剂的研究及性能评价

聚丙烯酰胺类降阻剂具有降阻性能高，使用浓度低，经济等优点，国外页岩体积压裂中降阻剂主要使用乳液聚丙烯酰胺［9－12］。

线型高分子链的伸展长度正比于它的相对分子质量的大小，即相对分子质量大者其分子链伸展时的长度也大，它的均方根末端距值也大。在诸多因素中，相对分子质量对降阻效果影响是极为明显的［13］（图1），随相对分子质量增加，降阻性能提高。

研发了乳液型聚丙烯酰胺降阻剂CT1－20，并对不同浓度CT1－20的降阻性能进行了评价，从图2可知，CT1－20的质量分数增加时降阻性能提高。CT1－20的质量分数为0．04%时，降阻率50．6%；0．15%CT1－20降阻率65．1%；0．20%CT1－20降阻率69．3%。

图3为降阻剂的速解性能评价。从图3中可知，降阻剂CT1－20在30s内完全溶解，满足页岩气藏体积压裂连续混配的要求。

3．2 助排剂的研究及返排性能评价

Laplace－Young毛细管压力降方程式：Pc＝2σcosθ／R，该方程式表明降低表面张力，增大接触角可以降低毛细管压力，提高液体返排率，降低水锁伤害。研发了适合页岩气藏体积压裂的微乳增能助排剂CT5－13。微乳增能助排剂在降低表面张力、改变接触角、优化地层润湿性的同时改变了压裂液在页岩地层中的气液驱替特性，使工作液均匀连续排出，有效提高岩心的渗透率。

采用储层岩心、压裂支撑剂模拟地层裂缝条件对微乳助排剂返排性能进行了评价，结果见图4。

图4表明，当助排剂质量分数在0～0．5%变化时，返排率先增大后降低。其中助排剂质量分数为0．3%时，返排率68．3%，返排性能最好。

3．3 防膨性能评价

压裂常用防膨剂主要有氯化钾、高分子阳离子聚合物及小分子阳离子类。氯化钾成本高，不能满足连续混配要求，高分子阳离子聚合物类对储层伤害大。研制的小分子阳离子防膨剂加量小，具有同氯化钾及阳离子型聚合物相当的防膨性能。利用毛细管吸收测定仪对N3井岩心的水敏性及小分子阳离子防膨性能进行了评价。

从图5的实验结果可计算出，N3井的CST比值为1．06，介于1～1．5之间，中度水敏，添加0．2%小分子阳离子防膨剂后CST比值小于1。

4 现场应用

根据室内降阻、返排及防膨性能的评价结果，得到了适合四川 W、C区块页岩体积压裂滑溜水配方，即：0．2% （w）CT1－20＋0．3% （w）CT5－13＋0．2%（w）小分子阳离子防膨剂（防膨剂由岩心CST值大小决定是否添加）。由表2可知，研发的体积压裂滑溜水在现场5．5英寸的套管中，排量为8～10 m3／min时，降阻率65．5%～68．3%，W 区块共计压裂施工4井次，压后平均返排率46．19%，C区块共计压裂施工4井次，压后平均返排率27．93%，累计增加测试产量为6．24×104～11．35×104m3／d，施工取得了较好的效果。

表2 现场应用概况Table 2 Field application status

5 结语

（1）根据四川W、C区块页岩储层特点，研发了适合该区块体积压裂的滑溜水，由降阻剂、微乳增能助排剂、防膨剂组成。该配方的室内降阻率65．1%～69．3%，室内返排率68．3%，CST比值＜1，可以满足页岩气藏体积压裂的要求。

（2）现场试验表明，W、C区块页岩气藏采用研发的滑溜水体积压裂可行，在管径5．5英寸的套管中，排量为8～10m3／min，降阻率为65．5%～68．3%，累计增加井口测试产量6．24×104～11．35×104m3／d，压裂施工后 W 区块平均返排率为46．19%，C区块平均返排率27．93%，取得了较好的施工效果。

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