适合低渗储层的清洁高效压裂液技术研究

适合低渗储层的清洁高效压裂液技术研究

高春华

中石化东北油气分公司有效储层改造技术攻关项目团队 吉林 长春 130062

摘要：近年来我国国内油气新增储量很大一部分为低渗、特低渗透非常规油气资源，而通过压裂技术实现这些异常复杂对象储层的有效改造是提高这类油气藏开发效果的重要方式。而压裂液在压裂工作中起着至关重要作用,其性能将直接影响压裂施工成败和增产效果。随着改造井数、层数、段数越来越多，储层改造呈现大排量、高泵压、大规模、工厂化作业的特点，上述变化对压裂液与储层、新工艺的适应性以及成本投入提出新的要求，特别是虽然绿色环保的严格要求，发展适合低渗储层的清洁高效压裂液技术刻不容缓。基于此，本文从低伤害、低成本、高效环保的方面就适合于低渗储层的压裂液技术

关键词：低渗储层；清洁高效；压裂液技术

引言

随着国内各油气田各类复杂油气藏的逐步开发，改造对象也从常规储层到非常规储层，储层物性由高渗透到低渗透、超低渗，甚至为纳达西级致密储层；油藏类型由常规油气藏到致密气、致密油、页岩气、煤层气等；并伴有低压、异常高压、水敏、高温等特性，这些都导致改造对象异常复杂。对于压裂液来说，满足低伤害、低成本、高效环保等技术指标仍是压裂液技术的发展方向，大规模、工厂化作业对压裂液的快速配制的要求以及大量残液如何高效返排降低伤害等，都将影响压裂新工艺的实施和压后效果的取得。为保障新工艺的有效实施，这些问题都亟待攻关解决。需要加强压裂液研发与油藏和工艺的结合，持续深化攻关研究，实现提高单井产量、降低施工成本和环境友好的目标。

1积极推动压裂液主体体系多元化发展，实现压裂液成本可控

压裂液的分类和命名目前没有统一的标准。按照稠化剂类型进行命名，可分为植物胶 类压裂液、合成聚合物压裂液、表面活性剂压裂液、纤维素压裂液等。其中瓜尔胶压裂液是应用最多的压裂液体系，应用份额占 90%以上，近年来，在应用瓜尔胶压裂液中出现了压裂液成本飙升和无法控制的问题，分析发现导致此问题的主要原因是压裂液主体技术单一且瓜尔胶供应受制于人。为此，应从源头上形成合理供需关系，打破稠化剂依赖进口的局面，避免对瓜尔胶的过度依赖。

香豆胶作为我国的稠化剂，在香豆种子中，提取出来的天然植物胶，结构是半乳甘露聚糖，1%浓度的增黏能力具有很大的差异性，对于香豆胶原粉水不溶物含量，在7%～15%范围内，其拥有良好的水溶性，摩阻也比较低，压裂液耐温是170°C。二十世纪八十年代香豆胶就开始了室内研究与现场试验并获得成功，但受种植规模、加工水平、市场需求及其价格的影响，没有形成良好的产业链，影响了产业发展。借助植物胶加工和香豆胶综合开发利用技术的进步，联动种植、加工、科研、应用等形成产业链，可以提升香豆胶压裂液性能和规模化应用水平。性能和应用情况表明香豆胶是一种很有发展前途的植物胶，而且我国许多省份拥有适宜香豆子的耕种土地和种植经验，可作为瓜尔胶的替代产品之一。

纤维素压裂液在中国石油大港油田和玉门油田早有应用，因纤维素溶解缓慢、难交联成足够黏度冻胶、耐盐性差、增稠能力有限、残留物对地层伤害大等缺点，纤维素作为压裂液的研究和应用就此中断。中石油勘探院廊坊分院开发一种酸性纤维素压裂液，有效解决了早期纤维素压裂液存在的问题，易配制、破胶彻底无残渣、可满足温度低于 130℃储层压裂需求。对于国内各油田来说，大多储层集中在 60～120℃温度范围内，尽管该体系也存在对含盐度大的水质较为敏感的缺陷，但形成的纤维素压裂液可在较大范围内一定条件下代替瓜尔胶压裂液。我国纤维素资源丰富，应加快纤维素压裂液开发及现场试验，充分利用本国资源，逐步摆脱对国外产品依赖的局面。

尽管合成聚合物压裂液是一个方兴未艾的研究领域，但通过几十年发展实践证明，短 期内很难真正成为瓜尔胶的替代品，且随着人们环保、节能意识的加强，天然聚合物将更 受亲赖。

2提高压裂液对高矿化度水的适应性，保障大规模及工厂化作业的实施

水平井工厂化作业目的是要提高施工效率、缩短施工周期、降低作业成本。压裂快速备水是实现工厂化作业关键环节之一。中国水资源缺乏与大规模作业大量用水形成深刻矛盾，而且现行压裂液体系大多对水质敏感，高矿化度水对稠化剂溶解分散、交联 pH 环境的形成产生影响，限制了非淡水的使用。过去一直是水质指标满足压裂液要求来发展压裂液技术，现场也是寻找合适水源满足配液需求，或对高矿化度水中离子进行螯合屏蔽处理，但成本高且效果有限。因成本和需求原因，先前的理念很难满足大规模及工厂化作业的需求。提高压裂液对高矿化度水的适应性，如高矿化度地层水、油层采出污水、海水等的使用，实现就地取材扩大适用水源，降低用水成本、缩短备水周期，保障大规模及工厂化作业的实施。

黄原胶是各行业中最典型和最重要的抗盐增稠剂。依靠分子间力形成结构流体，黄原胶非交联基液弹性与瓜尔胶交联冻胶相近，在一定温度范围（120℃）内，非交联的黄原胶基液具有良好的携砂性能。非交联黄原胶与其它交联体系相比配方单一、影响性能因素少，此特点是实现压裂液回收再利用的重要优势。黄原胶不交联作为压裂液使用滤失较大；温度低于 80℃时降解困难，会对地层带来较大伤害。为此，以国内主要相关科研单位正在开展低温破胶和应用技术攻关研究。

在储层改造仍然依靠水力压裂工艺技术的背景下，本文认为提高压裂液对高矿化度水 的适应性有着非常重要的现实意义，尽管一些无水压裂液技术研究已提上日程，但在不能 回收再利用的情况下，目前还没有发现一种比水更丰富、更廉价的替代流体。

3简化压裂液配方，减少添加剂相互影响，实现在线连续混配

针对连续混配的需要，已经提出浓缩或速溶干粉压裂液研发的需求。分析认为稠化剂溶胀快慢可能会影响液体注入的摩阻和形成的冻胶流变性能。对于滑溜水压裂液稠化剂快速释放增黏，有利于降低摩阻；而对于线性胶或交联冻胶，稠化剂用量较大，充分溶胀后基液黏度较高，可能导致注入摩阻增加。

目前常用的瓜尔胶冻胶压裂液体系添加剂种类繁多、组成复杂，而且添加剂之间相互影响，比如 pH 调节剂提供的必要的碱性交联环境，不利于瓜尔胶的溶胀，在配制过程中就存在添加剂添加的先后顺序问题，而连续混配是快速在线配制，没有足够的时间来区分添加的顺序。因此，简化压裂液配方、减少添加剂间的相互影响，对于实现大规模在线连续混配尤为重要。这些需求更加凸显出研究类似黄原胶非交联超分子结构压裂液的必要性。

4液体技术与工艺技术相结合，用工艺技术弥补液体性能的不足

若要压裂液冻胶耐高温，通常使用高浓度稠化剂，随之而来的是现场配液难、交联反应快摩阻高的问题，制约着超高温压裂液的实际有效应用。耐高温与稠化剂高用量、交联快与高摩阻等内在的矛盾相互制约，短期内很难根本解决。因此，建议液体技术与工艺技术相结合，用工艺技术弥补液体性能的不足。比如可以考虑减阻水携带耐高温纤维，代替超高温压裂液进行应用。减阻水摩阻低，可以实现大排量，通过大排量弥补液体滤失和纤维暂堵降低滤失实现造缝；利用纤维强悬浮性实现地层高温下携砂功能。这一想法仅是抛砖引玉，以拓宽压裂液技术攻关思路。

参考文献：

[1]张磊.清洁压裂液研究进展与应用现状[J].精细石油化工进展，2012,13（8）：12-15

[2]刘艳艳.水力压裂技术研究现状及发展趋势[J].钻井液与完井液,2017,14(03):106-108.