低温压裂液在煤层气井的应用

徐金明，胡娅娅，李 佳，袁 冬，刘 聪，曹 锴，强 刚

（中原井下特种作业处，河南濮阳 457164）

山西晋城部分煤层气井埋深500～700 m，油层温度20～40℃，属于浅层低温气藏，且储层具有低孔、低渗，自然产能低的特征，因此需通过压裂改造以实现开采价值。要求压裂液不仅具有造缝、携砂的性能，更重要的是施工结束后压裂液要尽快破胶水化返排，以减少液体长期滞留地层造成的储层伤害[1-3]。因此，低温压裂液配方的关键在于解决低温破胶水化问题。

1 低温压裂液配方

1.1 稠化剂

由于交联冻胶压裂液具有携砂性能好、造缝性能好特点，它在油气藏压裂中得到广泛应用。而对于煤储层来讲，携砂造缝固然重要，但如何减小伤害也是一个很重要的问题。室内依据石油天然气行业标准《压裂用植物胶通用技术要求》SY/T5764-2007对稠化剂进行性能检测，依据表1评价结果，选择水不溶物较低的改性瓜胶XD-02作为低温压裂液用稠化剂，并确定其加量为0.3%。

表1 稠化剂性能评价

1.2 助排剂的选择

为使压裂液压裂后能尽快地返排，降低对煤层的伤害，需加入助排剂。一般选择表面张力较低的助排剂，但对于煤层气井用压裂液助排剂必须考虑其与煤基质的吸附润湿[4]。助排剂的加入虽然降低了水的表面张力，但是接触角变化很大。根据laplace-Young方程[5]可知，毛细管阻力是σ和θ共同作用的结果，所以必须综合考虑。室温20℃，分别对不同类型助排剂水溶液进行表面张力和接触角测试，实验结果（见表2），最终选择了毛管阻力较低的DB-80作为低温压裂液用助排剂，加量为0.3%。

表2 助排剂水溶液表面张力及与煤芯片接触角

1.3 破胶剂

对于交联冻胶压裂液，如何使其在完成携砂任务后粘度迅速降低，有利于返排，就需要加入破胶剂。对于煤层来说，煤层水和存在的部分游离气的粘度一般很低，因此，就要求用于煤层压裂液破胶后的粘度要低，破胶时间要快。在煤层较低温度下，能否彻底破胶和快速返排，直接影响着对煤层污染。温度30℃，室内对不同加量的过硫酸铵进行静态破胶测试。由表3结果可知，使用过硫酸铵作为破胶剂，可使压裂液破胶，但所需加量较大、时间较长。为此，室内研制了低温活化剂，使所需过硫酸铵量降低，时间缩短，以降低对煤层的污染。

表3 静态破胶实验测试

1.4 低温破胶活化剂

过氧化物的分解温度一般在60℃左右，要想使破胶剂发挥作用，就必须降低其活化能，以使其达到在较低温度下分解。低温破胶活化剂的加入，有助于交联冻胶能较好的压后彻底破胶及返排。温度30℃，过硫酸铵加量为0.15%，对不同类型活化剂进行优选。由表4结果，最终选择HY-02作为低温压裂液破胶活化剂，加量为0.1%。

表4 低温活化剂筛选

2 性能评价

依据室内实验结果，确立低温压裂液配方为：1.5%KCl+0.30%XD-02（稠化剂）+0.3%DB-80（助排剂）+0.1%SJ（杀菌剂）+0.15%TCB-2（交联剂）+0.15%过硫酸铵+0.1%低温活化剂HY-02；并在此基础上进行压裂液性能评价。

2.1 耐温耐剪切性能

按配方配制低温压裂液，在不加破胶剂条件下，用RT-20旋转流变仪测其耐温耐剪切性能。试验方法：温度30℃，在恒剪切速率(170 s-1)下，连续剪切120 min，测得其耐温耐剪切性能（见图1）。由结果可知，经120 min剪切，粘度仍保持在200 mPa·s以上，能够满足压裂施工过程对压裂液长时间剪切要求。

2.2 破胶性能

压裂施工实施后，压裂液需较快、彻底的返排，否则影响压后效果。温度30℃，室内依据低温压裂液配方对压裂液进行动态破胶性能试验（见图2），由结果可知，在经历120 min剪切后，压裂液粘度降至5 mPa·s左右，可满足现场破胶要求。

2.3 滤失性能及残渣

依据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 6376-2008对低温压裂液进行静态滤失性能评价及残渣含量测定，结果（见表5）。由结果可知，所测性能均满足标准要求。

表5 滤失性能及残渣含量测定

3 现场应用

低温压裂液体系于2011年至今在山西煤层气井现场应用十多井次，表6是部分井施工及压后效果情况。从压裂施工数据及压后效果来看，低温压裂液均满足了工艺设计要求，返排液粘度较低，压裂后产气量较大，达到了改造的预期效果。

4 结论及建议

（1）针对山西煤层气井储层低温、低孔、低渗地质特征，室内优选了低残渣稠化剂、交联剂、助排剂、破胶剂、破胶激活剂等添加剂，形成了低伤害、低温易破胶的压裂液体系。

表6 低温压裂液现场部分井施工情况

（2）室内评价结果发现此低温压裂液体系具有优良的耐温耐剪切性能、破胶彻底、低滤失、低残渣特点。

（3）经山西煤层气井十多井次的现场应用证明此低温压裂液体系携砂能力强、破胶彻底，取得良好的施工效果。

［1］任占春，孙惠毅，秦利平.羟丙基瓜胶压裂液超低温破胶系统研究［J］.油田化学，1995，12（3）：234-236

［2］吴锦平.低温压裂液破胶技术对浅气层增产技术改造［J］钻采工艺，2000，23（5）：79-81

［3］陶涛，林鑫，方绪祥，等.煤层气井压裂伤害机理及低伤害压裂液研究［J］.重启科技学院学报（自然科学版），2011，13（2）：21-23.

［4］梁利，丛连铸，卢拥军，等.煤层气井用压裂液研究及应用［J］.钻井液与完井液，2001，18（2）：11-14.