安杰，刘涛，范华波，魏波，何梅朋，袁斌

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西 西安 710021；2.中国石油长庆油田分公司第六采油厂，陕西 西安 710200）

鄂尔多斯盆地致密油滑溜水压裂液的研究与应用

安杰1，刘涛2，范华波1，魏波2，何梅朋2，袁斌2

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西 西安 710021；2.中国石油长庆油田分公司第六采油厂，陕西 西安 710200）

北美页岩气等非常规油气资源得到了效益开发，主要的增产手段是滑溜水体积压裂。国内致密油储层改造使用的滑溜水压裂液研究与应用较少，国外产品价格昂贵且技术封锁。鄂尔多斯盆地致密油资源量大，开发前景广阔，其储层条件更复杂，具有低孔、低渗、低压特点，使用常规压裂液改造施工压力高，储层伤害大，改造效果不理想。该盆地黄土塬地貌水资源匮乏，体积压裂备水困难，且大量的返排液增加了环保压力。根据致密油地质特征和工艺需求，合成了梳状分子结构减阻剂DR64，配套优选出高效助排剂和黏土稳定剂，形成了一种适合盆地致密油开发的低成本可回收滑溜水压裂液体系。大量的室内和矿场试验表明，该体系减阻率达到64.1%，有效地减小了高泵压的风险，具有低伤害、携砂性能稳定、低成本可回收重复利用的特点，表现出良好的工艺适应性，为国内非常规油气资源的开发提供了宝贵经验。

致密油；体积压裂；滑溜水压裂液；性能评价；降阻率；低成本；可回收

0　引言

美国是世界上页岩气商业性开发最成功的国家，页岩气产量增长迅速，从1999年的112×108m3到2013年的2 650×108m3，14 a净增了23倍以上［1］。以北美页岩气为代表的非常规油气资源迅速增长，不仅改变了美国能源格局，而且在全球范围内掀起了一场致密油气资源开发热潮［2-3］。致密油气储层具有低孔、低渗特点，常规改造技术难以有效动用，国外主要利用滑溜水压裂液对储层进行大规模的体积改造［3-4］。滑溜水压裂液是目前北美页岩气开发作业中应用最多的压裂液［5］，主要由水、减阻剂、助排剂和黏土稳定剂等组成，造缝能力强，经济成本低，但也存在滤失比较大、携砂能力差的缺点［6］。

在中国，致密油气资源的开采受到越来越高的重视，是下步增储上产的主力接替。鄂尔多斯盆地致密油资源量规模大，分布范围广，具有广阔的开发前景［7］。与国外致密油相比，受陆相沉积环境的影响，该盆地致密油储集层致密、物性差、丰度低［8］，相对高孔、高渗带不发育，储集层主体带平均孔隙度和气测渗透率均远小于国外致密储层［9］。致密储层体积压裂往往带来较高的施工压力，消耗了更多的水马力，而且增加了施工风险。盆地储层喉道细小，孔喉结构复杂，储层压力低，排驱压力高，外来流体易滞留储层影响储层渗流能力，这些对压裂液低伤害、易返排性能的要求更高。与北美不同，鄂尔多斯盆地独特的黄土塬地貌条件，地表水资源匮乏，大规模体积压裂单井往往“千方砂、万方液”，压裂备水困难导致压裂效率较低，同时大量的返排液增加了环保压力，急需具有良好的可回收再利用性能的压裂液［10］。

1　减阻剂降阻机理

减阻剂的降阻机理非常复杂［11］，在湍流流态下，由于流体流动过程中的径向扰动会产生漩涡，漩涡与管壁之间的动量传递，以及大漩涡向小漩涡的转化均伴随着能量耗散，大量的能量被消耗于涡流及其他随机运动之中，宏观表现为摩阻压降损失。减阻剂降阻原理是：1）在流体中注入少量的减阻剂，可以在紊流状态下降低流动阻力。减阻剂靠本身的黏弹性使分子长链顺流向自然拉伸，改变流体微元的作用力大小和方向，使一部分径向力转变为顺流向的轴向力，抑制漩涡的产生及大漩涡向小漩涡的转化，从而减少无用功的消耗，宏观上起到减少摩阻损失的作用。2）黏弹性与漩涡相互作用。湍流漩涡的一部分动能被聚合物分子吸收，以弹性能的形式储存起来，使漩涡消耗的能量减少，从而达到降低摩阻损失的目的［12］。

2　滑溜水压裂液体系配方

2.1减阻剂的研制

开展分子结构设计，以具有多支链结构的聚合物分子作为本体，通过化学反应接枝多种功能性单体，合成了具有梳状分子结构的减阻剂DR64，实现了高效减阻和耐盐的目标。其侧链上的疏水官能团与高分子主链的亲水基团会产生分子间斥力，从而使高分子主链更易舒展，增强减阻性能。其磺酸基团能增强聚合物抗阳离子沉淀的能力，使高分子聚合物抗盐性能提高。

2.2高效助排剂的优选

毛细管力的作用使流体流动阻力增加，导致压裂后压裂液返排困难。如果地层压力不能克服毛细管力，压裂液滤液和残渣吸附在裂缝表面，造成储层孔隙堵塞和压裂液无法返排，就会致使渗透率降低，伤害储层。为了减少压裂液在地层的停留时间，须使用助排剂，降低压裂流体的表面张力。以降低油水相间界面张力、增大与岩心表面接触角两方面为目标，选取不同助排剂进行对比（见表1），优选出具有较佳界面张力与接触角平衡值的新型助排剂ZPJ-6。与常规产品相比，新型助排剂具有较低的界面张力和较高的接触角，毛细管阻力相对减小。

2.3黏土稳定剂的优选

压裂液以小分子水溶性滤液进入孔隙，水溶性介质使储集层黏土矿物膨胀、分散和运移，容易堵塞油层。如果不采取黏土稳定措施，将导致储集层渗透率不可逆转的下降。通过优选对比（见表2），优选的黏土稳定剂NTW-1，与常规稳定剂相比，防膨率好，分子粒径小，易在黏土矿物表层形成保护膜，减少了黏土颗粒晶层间斥力，能有效抑制黏土膨胀。

3　体系性能评价测试

3.1摩阻测试评价

为了更好地评价液体在管路流动时的摩阻特性，更好地反映工程实际情况，选取安XX井对3种类型的压裂液进行现场摩阻测试评价。安XX井未射孔，下入2 000 m φ73 mm油管，用2000型压裂车正循环洗井，分别对0.08%胍胶、国外减阻水压裂液FP12和DR64压裂液体系在2.0～3.5 m3/min排量下进行管路摩阻测试。现场测试表明，DR64减阻率达到64.1%，达到国外同类产品水平，明显优于常规胍胶滑溜水压裂液，很好地满足了压裂液降摩阻特性，可有效降低压裂施工泵注压力。

3.2压裂液的伤害评价

3.2.1压裂液对基质渗透率的伤害

基质的渗透率损害，将会影响压裂改造施工效果。为评价DR64滑溜水压裂液对岩心基质的伤害，选择胍胶压裂液进行人造岩心驱替对比实验，测试岩心基质伤害率。实验结果（见表3）表明：DR64滑溜水压裂液岩心伤害率仅为15.2%，比普通胍胶压裂液体系的岩心伤害率降低了很多。

3.2.2压裂液对裂缝导流能力的伤害

裂缝导流能力是影响油井产量的主要因素之一。由于滤失，在支撑剂充填裂缝中液体被浓缩了许多倍，被浓缩的交联聚合物如果在施工后没有降解，那么将严重地减损支撑充填层的渗透率，因此，测定压裂液对支撑剂裂缝长期导流能力的影响将十分重要。实验选用20～40目陶粒支撑剂，10 kg/m2铺砂浓度，分别加入250 mL 2%的KCl溶液、DR64滑溜水压裂液，以及超低浓度胍胶压裂液，不考虑嵌入情况，采用FCES-100型导流仪测试支撑剂的导流能力，实验结果如图1所示。可以看到，在相同的闭合压力下，使用DR64滑溜水压裂液形成的裂缝导流能力接近于KCl溶液，远高于超低浓度胍胶压裂液。

实验利用扫描电镜，观察不同压裂液体系对支撑剂填充层的堵塞情况，结果如图2、图3所示。在15 kV加速电压下放大70倍，可以清楚地看到，DR64滑溜水压裂液对支撑裂缝堵塞伤害程度明显小于胍胶压裂液，有利于压裂后的长期稳产。

3.3破胶性能评价

该体系在60℃APS过硫酸铵作用下，DR64分子氧化降解，相对分子质量逐渐降低，1 h后可顺利、彻底破胶。透射电镜显示（见图4），降解后的DR64分子粒径中值仅79 nm，远小于常规压裂液体系的56 μm，破胶液清澈。通过破胶测试评价，DR64压裂液体系破胶彻底，常规离心法无法测出残渣含量值，大幅降低了黏性伤害和残胶对裂缝导流能力的影响。

3.4携砂性能测试

大型可视平行板缝内携砂模拟实验表明［13］，DR64滑溜水体系具有一定的支撑剂携带能力，在0.25%的体系下压裂砂浓度可达到300 kg/m3以上，可将支撑剂携带至裂缝的远端，同时铺置相对均匀。

4　低成本回收、重复利用

DR64压裂液能够耐受较高矿化度，其返排液通过沉砂装置简单除砂过滤处理即可重复利用，流程简单易操作。回收液与清水配制的压裂液现场静置悬砂试验表明，回收液重复利用具有较好的携砂性能。DR64滑溜水压裂液体系较国外主流滑溜水压裂液综合成本降低41%，是常规胍胶体系综合成本的一半，其低成本优势显著。

5　现场应用

该压裂液体系在鄂尔多斯盆地致密油安X和合X区块开展先导试验应用31井次，试验数据见表4，成功率100%，均达到了设计要求。

现场应用表明，DR64滑溜水压裂液摩阻明显偏低，较常规胍胶压裂液施工压力降低3～7 MPa，减阻效果较好，降低了施工高泵压的影响，施工砂浓度可以达到300 kg/m3以上，完全满足施工要求。

通过应用DR64滑溜水压裂液，单井日产油量较常规胍胶压裂液平均提高1.7 t，增油效果明显。回收利用返排液6.5×104m3，节约了水资源，有效地减轻了环保压力。

6　结论

1）开展分子结构设计，以具有多支链结构的聚合物分子作为本体，通过反应接枝多种功能性单体，合成了具有梳状分子结构的减阻剂DR64，实现了高效减阻和低伤害的目标。

2）通过室内实验，研发出低伤害、低摩阻、低成本、携砂性能稳定、可重复利用的滑溜水压裂液体，适合鄂尔多斯盆地致密油大排量体积压裂的要求。

3）DR64滑溜水压裂液，价格不到常规胍胶液体的一半，较国外价格降低41%。其返排液通过沉砂装置简单除砂、过滤处理即可重复利用，流程简单易操作，减少了废液对环境的污染，节约了开发成本。

4）现场应用降阻效果好、携砂能力强，完全满足施工要求，取得了显著的增产效果。

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（编辑王淑玉）

Research and application of slippery water fracturing fluid for tight oil in Ordos Basin

AN Jie1，LIU Tao2，FAN Huabo1，WEI Bo2，HE Meipeng2，YUAN Bin2
（1.Research Institute of Oil and Gas Technology，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi′an 710021，China；2.No.6 Oil Production Plant，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi′an 710200，China）

Owing to the slippery water volume-fracturing stimulation，unconventional oil and gas resources such as shale gas have been effectively developed in North America.Few research and application have been carried out by slippery water for tight oil reservoir stimulation in China.Products with similar functions from abroad are costly and their techniques are closed to others.The huge amount of tight oil resources within the Ordos Basin creates a broad development prospect，however，low porosity and low permeability as well as low pressure make the reservoir condition more complicated.Conventional fracturing fluid can be used to improve reservoir quality，but it′ll lead to high pressure in renovation construction and great damage to tight oil reservoir，resulting in non-ideal effects.Furthermore，it is difficult to prepare enough water for volume-fracturing process because of barren water resource due to loess plateau landform.Also，vast flow-back fluid further boosts pressure to environmental protection.Based on geological characteristics and process requirements of tight oil，this paper introduces a low-cost and recyclable slippery fracturing fluid system suitable for the tight oil development in Ordos Basin，which is the synthesizing drag reducer DR64 with comb-like molecular structure.Efficient anti-swelling agents and clay stabilizers are optimized.A large number of indoor and field tests show that the drag reduction rate produced by this system reaches 64.1%，effectively lowering the risk of high pump pressure with lowdamage，stable sand-carrying，low-cost，recyclable and reusable characteristics.This system proves to be a well adaptive technology，offering a valuable experience for domestic development of unconventional oil and gas resources.

tight oil；volume-fracturing；slippery water fracturing fluid；performance evaluation；resistance-reducing rate；low-cost；recyclable

TE328

A

10.6056/dkyqt201604029

2016-01-20；改回日期：2016-04-25。

安杰，男，1986年生，硕士，从事油气田增产增注技术研究与应用工作。E-mail：jivan520@163.com。

引用格式：安杰，刘涛，范华波，等.鄂尔多斯盆地致密油滑溜水压裂液的研究与应用［J］.断块油气田，2016，23（4）：541-544.

AN Jie，LIU Tao，FAN Huabo，et al.Research and application of slippery water fracturing fluid for tight oil in Ordos Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：541-544.