SRFR低分子滑溜水及膠液體系性能介紹及現(xiàn)場應(yīng)用

1、 東方寶麟科技發(fā)展（北京）有限公司SRFR低分子滑溜水及膠液體系性能介紹及現(xiàn)場應(yīng)用東方寶麟科技發(fā)展（北京）有限公司2014年01月20日一、頁巖氣SRFR液體體系概況頁巖氣開采的核心技術(shù)是水平井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)，美國超過一半的天然氣都是通過壓裂技術(shù)開采獲得。頁巖氣壓裂技術(shù)具有大液量、大排量、大規(guī)模、低砂比、小粒徑支撐劑的特點(diǎn)，需要在高排量下注入大量壓裂液促使目的儲層形成理想的裂縫系統(tǒng)。壓裂液及其性能無論是在頁巖氣開發(fā)還是在常規(guī)油氣開發(fā)的壓裂過程中，都是影響壓裂最終效果的重要因素。根據(jù)頁巖氣井壓裂技術(shù)特點(diǎn)和壓裂液的要求，東方寶麟科技發(fā)展（北京）有限公司在學(xué)習(xí)、吸收國內(nèi)外常規(guī)壓裂液和頁巖氣壓裂液

2、體系的基礎(chǔ)上，通過艱難攻關(guān)、自主創(chuàng)新研發(fā)了“SRFR低分子滑溜水及膠液體系”。該體系經(jīng)過多次配方優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)評價(jià)后，其性能得到了國內(nèi)能源國企的高度認(rèn)可，并在頁巖氣田先導(dǎo)開發(fā)區(qū)塊中應(yīng)用，取得了理想的效果。隨后經(jīng)過公司科研人員的優(yōu)化研究，并結(jié)合重點(diǎn)開發(fā)區(qū)塊儲層的特點(diǎn)完善調(diào)整，“SRFR低分子滑溜水及膠液體系”在國內(nèi)眾多頁巖氣井壓裂施工中廣泛應(yīng)用，尤其是在江漢油田焦石壩頁巖氣井壓裂施工中，壓后產(chǎn)量屢創(chuàng)新高，證明了該液體體系能夠滿足頁巖氣井壓裂施工的需求。二、液體主要性能優(yōu)異“SRFR低分子滑溜水及膠液體系”屬于低分子聚合物壓裂液，是利用分子間締合作用形成超分子聚集體，進(jìn)而發(fā)展成可逆式空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

3、型流體，高效減阻劑及低分子稠化劑為白色粉末狀（高效減阻劑目前研制了乳液型），配制完成后均為透明狀粘稠液體，流動性好，PH值在7-7.4之間，適用儲層溫度-20180之間。該液體體系的主要優(yōu)點(diǎn)為低摩阻、低膨脹、低傷害、易返排、性能穩(wěn)定和溶脹速度快等特性，具有類似清潔壓裂液的特點(diǎn)，粘彈性性好，易于在線配制，適應(yīng)性強(qiáng)，能夠滿足不同儲層油氣井壓裂的需要?！癝RFR低分子滑溜水及膠液體系”與傳統(tǒng)的胍膠體系相比較，主要具有以下兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。1、基本性能優(yōu)點(diǎn)（1）超分子結(jié)構(gòu)性流體具有抗鹽、耐堿的先天特性；（2）攜砂能力強(qiáng)（粘彈性作用），0.5%SRFR濃度的膠液能夠達(dá)到32%的砂比，靜置18小時(shí)后有輕微沉

4、降，而胍膠4個(gè)小時(shí)后全部沉降；（3）無殘?jiān)?、低傷害，SRFR體系對巖心傷害在10%以下，而胍膠為34%左右；（4）剪切稀釋性好，這一特性能夠大幅度降低流動阻力，滑溜水降阻率達(dá)70-78%；（5）抗剪切性能，水基交聯(lián)壓裂液由于其交聯(lián)作用的不可逆性則其有效粘度必然隨剪切時(shí)間增長而不斷下降；而結(jié)構(gòu)性流體由于其結(jié)構(gòu)隨剪切作用而可逆變化，則當(dāng)剪切速率一定時(shí)，其結(jié)構(gòu)將達(dá)到與該剪切速率平衡的狀態(tài)，則其有效粘度不再隨剪切時(shí)間增長而下降，長期保持恒定，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗剪切特性。2、現(xiàn)場應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)（1）性能穩(wěn)定，保存時(shí)間長（最長達(dá)15天）；（2）對配液清水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求低，適應(yīng)性強(qiáng)；（3）粘度可調(diào)，在2100mPas；

5、（4）材料種類3-4種，現(xiàn)場配液簡易，減少了配液時(shí)間占施工時(shí)間的比例；（5）成膠速度快，壓裂施工具有良好的粘彈性；（6）壓裂液抗剪切性好、壓后破膠快、儲層殘雜少；（7）膠液配物性好，不存在潤濕反轉(zhuǎn)；（8）可進(jìn)行在線連續(xù)混配，更加適應(yīng)頁巖氣壓裂施工大液量、連續(xù)施工特點(diǎn)；（9）易返排，連續(xù)穩(wěn)定自噴返排率達(dá)46.8%，可節(jié)省大量排采費(fèi)用；3、主要性能參數(shù)（1）SRFR滑溜水主體配方：0.120.2%高效減阻劑SRFR-1+0.3-0.5%復(fù)合防膨劑SRCS-2+0.1-0.3%復(fù)合增效劑 SRSR-2+0.01-0.02%消泡劑+清水，其中高效減阻劑為固體粉末，復(fù)合防膨劑為液體，復(fù)合增效劑為液體。表

6、1 滑溜水綜合性能滑溜水配方PH值密度g/cm3表面張力mN/m降阻率%防膨率%傷害率%170s-1粘度mPa.s0.2%高效減阻劑SRFR-1+0.35%復(fù)合防膨劑SRCS-2+0.2%復(fù)合增效劑SRSR-2+0.02%消泡劑7.341.004595109-12（2）SRFR膠液主體配方：0.3%-0.5%低分子稠化劑SRFR-CH3+0.2-0.3%流變助劑SRFR-CH2+0.2-0.3%復(fù)合增效劑 SRSR-2+0.05%粘度調(diào)節(jié)劑SRVC-2 +0.02消泡劑+清水。表2 膠液主要性能參數(shù)名稱pH值密度（g/cm3）表面張力（mN/m）降阻率%防膨率（%）傷害率%170s1粘度（mP

7、a.s）0.3%低分子稠化劑SRFR-CH3+0.3%流變助劑SRFR-CH2+0.2%復(fù)合增效劑SRSR-2+ 0.05%粘度調(diào)節(jié)劑SRVC-2+0.02消泡劑7.011.005325.070-7597.7925.5-394、攜砂性能測定將不同濃度的SRFR-1滑溜水和膠液體系進(jìn)行粘度測試和沉砂速率測試。表3 SRFR-1滑溜水體系黏度及攜砂性能評價(jià)SRFR-1/%粘度170s-1/mpa.s沉砂速率mm/s0.05333.30.14.516.70.157.513.30.210.58.90.25155.90.325.53.90.35333.10.4450.74表4 SRFR膠液體系沉砂速率實(shí)

8、驗(yàn)結(jié)果SRFR-1/%粘度170s-1/mpa.s沉砂速率mm/s0.05333.30.14.516.70.157.513.30.210.58.90.25155.90.325.53.90.35333.10.4450.740.5700.42圖1 焦頁1HF井現(xiàn)場膠液靜態(tài)沉砂測試（砂比為20%覆膜砂懸浮22小時(shí)不沉砂）5、壓后返排情況“SRFR低分子滑溜水及膠液體系”表、界面張力相對較低，易于壓后返排。采用0.3%SRSR-2復(fù)合增效劑用現(xiàn)場山泉水、小溪水及自來水配制的滑溜水、膠液均有較好的助排作用，滿足現(xiàn)場施工要求。膠液破膠后返排液一般要求表面張力小于28mN/m，界面張力小于5mN/m，毛細(xì)管

9、粘度低于5mPas。（復(fù)合增效劑與接觸角、表界面張力的關(guān)系 復(fù)合增效劑與返排率的關(guān)系）圖2 復(fù)合增效劑的性能測定經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定，膠液返排液表面張力為28.61mN/m，界面張力為4.91mN/m，低于清水表、界面張力，具有進(jìn)一步回收和重復(fù)循環(huán)利用的基礎(chǔ)。其中采用0.3%SRSR-2復(fù)合增效劑時(shí)接觸角最大，排出率為50%。 （現(xiàn)場滑溜水返排率 現(xiàn)場膠液返排率）圖3 現(xiàn)場返排率性能測定6、穩(wěn)定性能評價(jià)圖4 SRFR滑溜水及膠液在-19的狀態(tài)在-19下冷凍120min后，SRFR體系沒有明顯變化，仍然保持冷凍前的狀態(tài)，流動性很好，沒有出現(xiàn)粘度下降，流動性變差的現(xiàn)象。在夏季酷熱天氣條件下，長時(shí)間放置不

10、會變質(zhì)，不會影響液體性能。7、膠液其他性能（1）流變特性。利用MAS-高溫高壓流變儀進(jìn)行測試。裝好壓裂液并設(shè)定流變儀加熱溫度，用表觀粘度隨時(shí)間變化趨勢確定壓裂液的剪切穩(wěn)定性。以170s1下連續(xù)剪切，直到壓裂液的表觀粘度為50mPa.s時(shí)為止。按照0.3%低分子稠化劑SRFR-CH3+0.3%流變助劑SRFR-CH2+0.2復(fù)合增效劑 SRSR-2+0.05%粘度調(diào)節(jié)劑SRVC-2 +0.02消泡劑+清水的配方配制成膠液，不同溫度下的膠液剪切穩(wěn)定性結(jié)果見下圖。圖5 100剪切流變曲線圖6 120剪切流變曲線圖7 130剪切流變曲線圖8 150剪切流變曲線 以上實(shí)驗(yàn)表明，幾組壓裂液在170s-1下

11、，連續(xù)剪切120min后，粘度在都在50mPas以上，達(dá)到或超過石油行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。（2）流變參數(shù)。SRFR膠液體系與常規(guī)高分子交聯(lián)壓裂液一樣，也顯示出屈服應(yīng)力，實(shí)驗(yàn)室測定其屈服應(yīng)力y為9.4Pa。該體系具有較高的稠度系數(shù)和屈服應(yīng)力及低的流動特征指數(shù)，且升高溫度影響不大。表6 膠液的流變參數(shù)（0.35%低分子稠化劑SRFR-CH3）溫度8090100110120130n0.1250.1030.1080.1050.1130.118K，Pa.Sn38.432.431.831.530.628.3相關(guān)系數(shù)0.96360.9730.9850.9820.9910.977（3）粘彈性參數(shù)。表7 膠液粘彈性

12、參數(shù)數(shù)據(jù)表（0.35%低分子稠化劑SRFR-CH3）表觀粘度 Pa.S 11213056108200儲能模量G3.212.620.126.429.531.6復(fù)數(shù)模量 G*3.2112.720.226.529.731.7測試數(shù)據(jù)表明，SRFR液體體系（0.35%低分子稠化劑SRFR-CH3）的儲能模量與耗能模量之比均大于常用的胍膠壓裂液，即其粘彈性更強(qiáng)。（4）破膠參數(shù)。表8 壓裂液破膠液表面和界面張力（26）壓裂液編號1#2#3#4#5#表面張力mN/m20.5220.1322.8223.6525.14界面張力mN/m0.680.620.530.420.35表9 膠液體系破膠性能實(shí)驗(yàn)裂液配方破膠

13、溫度破膠劑加量ppm破膠液粘度mPa.s表面張力mN/m90配方909002（放置12小時(shí)沒有返膠）22.5120配方1208002（放置12小時(shí)沒有返膠）22.8130配方1306009（放置12小時(shí)沒有返膠）24.2150配方1505009（放置12小時(shí)沒有返膠）24.5在SRFR-1膠液體系中加入破膠劑，在8000r/min下，80測定體系的流變性能，0.05%加量的體系的粘度在70min后粘度下降到2mPas，0.01%加量的體系的粘度在70min后粘度下降到10mPas，基本破膠。而0.005%加量的體系粘度較大，90min粘度保持在15mPas左右。三、現(xiàn)場配制技術(shù)成熟東方寶麟科技

14、發(fā)展（北京）有限公司經(jīng)過長期的現(xiàn)場施工，已經(jīng)具備了成熟的現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)和配置液體技術(shù)。公司現(xiàn)場施工主要技術(shù)人員和施工隊(duì)伍，均具有多年專業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，可以高效負(fù)責(zé)的完成現(xiàn)場施工任務(wù)。在江漢油田的施工中，沒有出現(xiàn)任何配液不達(dá)標(biāo)或者異常情況。1、儲液池和儲液罐配制現(xiàn)場如果在沒有連續(xù)混配車的情況下，可以在儲液池和儲液罐中，采取大排量射流循環(huán)的配制方法，也能滿足給混砂車提供10-14m3/min的施工排量要求。按照SRFR滑溜水及膠液的各添加劑配比，按照以下添加劑加入順序，配制成液體供給混砂車?；锼砑觿┘尤腠樞颍焊咝p阻劑-復(fù)合防膨劑-消泡劑-復(fù)合增效劑。膠液添加劑加入順序：低分子稠化劑-消泡劑-復(fù)合增

15、效劑，在施工過程中再加入粘度調(diào)節(jié)劑和流變助劑。圖9 SRFR滑溜水及膠液現(xiàn)場配制圖圖10 SRFR滑溜水及膠液現(xiàn)場儲液池圖11 膠液階段混砂車上添加粘度調(diào)節(jié)劑和流變助劑2、快速混配車配制膠液基液即可初步懸砂攜砂，2分鐘內(nèi)粘度達(dá)到最高粘度的80%，且沒有魚眼；添加流變助劑交聯(lián)后迅速起粘，粘度達(dá)到100mPas左右，性能良好，這為在線連續(xù)配液以及為無儲配液創(chuàng)造了條件，可以滿足混砂車10-15m3/min的施工排量要求。如果現(xiàn)場有快速混配車，把滑溜水和膠液的添加劑按照液體配方，加入連續(xù)混配車攪拌罐，添加劑加入順序與滑溜水連續(xù)混配相同。加入過程中注意監(jiān)控各添加劑的加入比例和速度，并隨時(shí)檢查，避免出現(xiàn)加

16、入比例不當(dāng)?shù)那闆r。圖12 現(xiàn)場連續(xù)混配車照片四、現(xiàn)場施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)1、施工井?dāng)?shù)統(tǒng)計(jì)根據(jù)2011年到2013年的施工統(tǒng)計(jì)，“SRFR低分子滑溜水及膠液體系”分別在江漢油田4個(gè)區(qū)塊開展頁巖氣水平井壓裂技術(shù)施工28口。（1）江漢油田涪陵大安寨組2口：涪頁3-2HF（陸相介殼灰?guī)r頁巖氣），涪頁4-2HF；（2）江漢油田彭水龍馬溪組3口：彭頁2HF，彭頁3HF，彭頁4HF（海相常壓頁巖氣）；（3）江漢油田元壩千佛崖組1口：元頁1HF井（陸相頁巖油氣井，TVD3850m，閉合壓力93MPa）；（4）江漢油田涪陵焦石壩龍馬溪組22口：焦頁1HF、焦頁1-2HF、焦頁1-3HF、焦頁1-4HF、焦頁2-1HF、

17、焦頁3-2HF、焦頁4-1HF、焦頁6-2HF、焦頁6-3HF、焦頁7-2HF、焦頁7-3HF、焦頁8-2HF、焦頁8-3HF、焦頁9-1HF、焦頁9-2HF、焦頁10-2HF、焦頁11-2HF、焦頁12-1HF、焦頁12-2HF、焦頁12-3HF、焦頁12-4HF、焦頁13-2HF井，累計(jì)施工357段。2、典型單井介紹（1）焦頁9-2HF共22段，目前由于工具原因只壓裂兩段，壓后效果良好，日產(chǎn)量約為15萬方。圖13 焦石壩焦頁9-2HF現(xiàn)場圖片（2）焦頁8-2HF井施工共22段，壓后無阻流量約為156萬方/天，目前配產(chǎn)25萬方/天，是目前焦石壩頁巖氣田產(chǎn)量最高的單井。圖14 焦石壩焦頁8-2

18、HF現(xiàn)場圖片（3）壓裂液量分析。從壓后試氣結(jié)果來看，產(chǎn)量與壓裂施工液量表現(xiàn)出正相關(guān)性，加大液量對形成復(fù)雜裂縫系統(tǒng)有促進(jìn)作用。從焦頁1-3HF、焦頁7-2HF、焦頁6-2HF、焦頁8-2HF井的總液量、平均單段液量與日產(chǎn)量的關(guān)系來看：液量與產(chǎn)量具有一定正相關(guān)關(guān)系，液量越大，產(chǎn)量越高。表10 焦石壩典型井壓裂參數(shù)統(tǒng)計(jì)井號產(chǎn)量（6mm油嘴）總液量（m3）總砂（m3）單段平均液量（m3）單段平均砂量（m3）焦頁1-3HF10659121522.0984.31434.865.6焦頁7-2HF11272221765.2873.91674.267.2焦頁6-2H2773.41822.751.6焦頁8-2HF23665038769.0961.21846.145.83、施工記錄統(tǒng)計(jì)焦石壩區(qū)塊施工的頁巖氣井儲層分為龍馬溪組和五峰組，儲層溫度高、單井施工難度大、周期長，水平段長大部分在1000-1500m之間，分別在國內(nèi)頁巖氣井壓裂施工