适用于低温煤层气储层的清洁压裂液研究

祁丽莎

（中国石油新疆油田勘探开发研究院，新疆克拉玛依　834000）

适用于低温煤层气储层的清洁压裂液研究

祁丽莎

（中国石油新疆油田勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）

煤层较松软，脆性强，压裂时会产生大量的煤粉，且煤层埋深浅，储层温度远远低于砂岩储层，用常规的压裂砂岩储层的压裂液，就会造成压裂液破胶不彻底。因此，为了降低伤害，通过室内实验，研制出一种新型清洁压裂液及对应的破胶剂。清洁压裂液是由阳离子表面活性剂在盐水中缔合形成网状结构的低黏凝胶液，加入破胶剂后，可使体系在1.5 h～3 h失去携砂能力，6 h～8 h内破胶彻底无残渣。该压裂液配制简单，可调节性强，具有剪切稳定性、携砂能力强、低滤失性、低摩阻、对储层伤害小等优势。

煤层气；黏弹性表面活性剂；清洁压裂液；破胶剂；携砂

在我国，煤层气资源十分丰富。对于低孔低渗煤层气井，只有通过水力压裂措施来对储层进行深度改造，从而扩大气井渗流面积，改善渗流通道［1］。压裂液的性能将直接影响到压裂效果的成败，在整个系统工程中占据重要地位，目前煤田常用活性水作为压裂液，但压裂规模有一定的限制且施工排量通常较高，这样，裂缝的纵向延伸不易控制，很难形成长的支撑裂缝，且造成严重的煤粉运移，不利于提高煤层气井单井改造的效果［2-4］。新型的清洁压裂液因具有剪切稳定性、携砂能力强、低伤害性、低滤失性、低摩阻等优势，越来越受到煤田的青睐［5］。

1　室内试验

1.1压裂液配方优选

将水、增稠剂1631、胶束促进剂NaSal、KCl、pH调节剂KOH按一定比例混合，搅拌形成黏弹性胶体。使用六速旋转黏度计测定不同温度下剪切速率为100 s-1时的压裂液黏度，在35℃时剪切60 min后黏度不小于25 mPa·s的黏弹性胶体配方，0.4%1631+0.15% NaSal+1.0%KCl+0.06%KOH复配体系定为适合低温储层的压裂液配方（见表1）。

27℃时使用不同剪切速率进行剪切时的清洁压裂液流变性能（见图1）。0.4%1631+0.15%NaSal+1.0% KCl+0.06%KOH体系随剪切速率增大，黏度降低；随剪切速率降低，黏度增大。清洁压裂液的黏弹性是由VES在溶液中形成的蠕虫状胶束得到的，类似于交联聚合物的空间网架结构，这种缠结结构在剪切作用下会发生拆散，使缠结的胶束团重新转变为单个或较少胶束缠结结构，使黏度有所下降；当剪切消失，结构又自动恢复［6］。在压裂作业中，在从高速流动的井筒进入低速流动的地层时，压裂液能迅速恢复高黏度和携带支撑剂的能力。

1.2携砂性能

传统上认为：压裂液的携砂性能主要取决于液体的黏度、密度以及在管线或裂缝中的流速，液体黏度高，悬浮性好；液体密度大，悬浮能力强；压裂液在管线或裂缝中流速大，携带支撑剂能力强。近年来的研究表明，悬浮能力与表观黏度之间并不存在必然的联系，而是体系的结构起着很大的作用。黏弹性表面活性剂就是结构流体，其流变特性完全可逆，携砂机理是靠体系的稳定结构［7，8］。

图1　27℃时压裂液体系的流变曲线

实验方法：将配制好的压裂液取出250 mL倒入量筒内，置于恒温水浴中，待压裂液体系温度恒定后，用镊子取一粒陶粒或石英砂（粒径20/40目）放入液面下2 cm处，松开镊子，使其自然沉降，测定不同温度条件下陶粒的自由沉降速度，重复测量三次求平均值［12］。根据文献资料及压裂液标准，沉降速度不高于0.48 cm/min ～1.08 cm/min，即达到压裂液所需标准［11］（见表2）。由表2可见，此体系具有较好的携砂能力，均低于行业标准的沉降速度值。所以此压裂液体系满足了现场施工过程中的携砂要求。

表2　体系携砂数据

图2　清洁压裂液与清水摩阻对比图

1.3摩阻性能

压裂液黏度增加，管道摩阻和泵的功率损失也增加。为了有效地利用泵的功率，降低压裂液摩阻是非常必要的。降低压裂液的摩阻主要有两大作用：（1）节省动力，节省设备，提高经济效益；（2）使一些深井原来因压裂液摩阻大、压力高，不能进行压裂施工的，降低摩阻后可以顺利地进行压裂施工［9，10］。

对0.4%1631+0.15%NaSal+1.0%KCl+0.06%KOH压裂液体系与清水摩阻对比图（见图2）。由图2可以看出，此清洁压裂液的降阻点压力为0.925 MPa，流速为2.080 m/s。在高剪切速率下清洁压裂液的黏度变化较大，由于高剪切出现在管路中，这使得清洁压裂液在管路中的摩阻较低。

1.4滤失控制

压裂液在储层内的滤失速度直接影响了压裂液的压裂效率和对储集层的伤害，一般用滤失系数来衡量压裂液的压裂效率和在裂缝内的滤失量。滤失系数越低，说明在压裂过程中其滤失量也越低。因此在同一排量条件下，可以压出较大的裂缝面积，并将滤失伤害降到最低（见图3，表3）。

表3　压裂液滤失性测定数据

图3　压裂液体系静态滤失曲线

本实验选用的沁水盆地郑庄煤样，储层渗透率很低，但压裂时采用清水压裂液滤失量很大，这说明煤层中裂缝发育，因此，采用造缝煤样来模拟压裂液滤失实验，测定压裂液体系0.4%1631+0.15%NaSal+1.0% KCl+0.06%KOH在裂缝性煤岩中的滤失率。从图3可以看出，滤失曲线基本满足直线关系，由于采用的为造缝煤样，所以没有通过原点，说明：在岩心中滤失时，不形成滤饼，体系的滤失主要受黏度控制；由表3可以看出，体系的滤失系数较小，能够满足现场使用的需要。

1.5破胶性能

清洁压裂液遇石油及天然气可以破胶，不需要添加破胶剂。然而研究表明，清洁压裂液遇煤层气不可能破胶。因此，清洁压裂液应用于煤层气井压裂增产必须添加破胶剂。通过大量室内筛选，选择复配的破胶剂0.035%～0.040%草酸+0.335%～0.450%OP-10，可使此体系在1.5 h～3 h失去携砂能力，在6 h～8 h内破胶彻底无残渣，达到了施工要求，可作为此体系的破胶剂（见表4）。

表4　不同加量下的破胶实验数据

2　结论

（1）新型清洁压裂液配方为0.4%1631+0.15%NaSal +1.0%KCl+0.06%KOH。

（2）新型清洁压裂液配制方法简便，通过改变1631的比例调节其黏度，温度适应性强；具有很好的耐剪切性、造缝与携砂能力强、摩阻低、滤失量小等优点。

（3）破胶剂体系为0.035%～0.040%草酸+0.335%～0.450%OP-10，可使压裂液在低温20℃～35℃时，保证1.5 h～3 h的携砂能力，在6 h～8 h内破胶彻底无残渣。温度越高，破胶剂的使用量降低。

（4）此新型清洁压裂液的成功研制，为改造煤层零伤害提供了一条新的途径。

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［5］ 胡忠前，等.国外低伤害压裂液体系研究新进展［J］.海洋石油，2007，27（3）：93-97.

［6］ 徐志国，方波，卢拥军，等.清洁胶束压裂液延缓形成的性能［J］.华东理工大学学报，2003，29（4）∶332-335.

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［9］ 贾振福，钟静霞，牛红彬，等.新型清洁压裂液的实验室合成［J］.钻井液与完井液，2006，23（6）：42-43.

［10］ 杨振周，周广才，卢拥军，等.黏弹性清洁压裂液的作用机理和现场应用［J］.钻井液与完井液，2005，22（1）：48-50.

［11］ 水基压裂液性能评价方法［S］.SY/T 5107-2005.

［12］ 压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法［S］.SY/T 5108-2006.

Research of clean fracturing fluid for low-temperature coal-bed methane reservoir

QI Lisha
（Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay Xinjiang 834000，China）

Coal seam is relatively soft，strong brittleness，fracturing will produce a lot of pulverized coal，and the buried depth of coal seam，reservoir temperature is much lower than the sandstone reservoir，with conventional fracturing sandstone reservoir fracturing fluid，will cause the fracturing fluid gel breaking is not complete.Therefore，in order to reduce damage，through the indoor experiment，developed a new clean fracturing fluid and the corresponding breaker. Clean fracturing fluid is formed by cationic surfactants in the salt water of associating the reticular structure of low viscosity gel，after joining breaker，can make the system in one point five to three hours lose carrying capacity，gel breaking completely six to eight hours with no residue.The fracturing fluid have advantages of preparation simple，strong regulatory，shear stability，strong carrying capacity，low filtration resistance，low friction，small damage to the reservoir and so on.

coalbed methane（CBM）；viscoelastic surfactant；clean fracturing fluid；breaker；sand-carrying

TE357.12

A

1673-5285（2016）05-0042-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.011

2016－04-01

祁丽莎，女（1988-），硕士，2014年获长江大学油气田开发硕士学位，现在新疆油田勘探开发研究院工作，主要从事油田提高采收率方面的科研工作，邮箱：592826441@qq.com。