海相页岩油气藏压裂用减阻剂的研制及应用

吕晓华，刘 正，杨力生，李二晓，王中奇，时海涛

（河南正佳能源环保股份有限公司，河南新郑 451100）

页岩油气储层具有低孔低渗的特点，只有进行储层改造才能获得理想产量。中国页岩油气储量丰富，但地质结构不同，需要采用不同的压裂工艺技术。我国鄂尔多斯盆地、吉林敖东盆地等大多数地区页岩油气藏属于陆相页岩储层，四川盆地及其周缘部分油气藏属于海相沉积与美国储层条件相似[1]。研制的ZLFR317X减阻剂在美国压裂现场成功应用，为我国四川盆地及其周缘部分海相页岩油气藏开发提供借鉴。

1 研制ZLFR 系列阴离子聚丙烯酰胺抗盐减阻剂

ZLFR 是河南正佳能源环保股份有限公司研发生产的阴离子聚丙烯酰胺抗盐减阻剂，适用于海相页岩油气储层压裂减阻应用。在工业化生产过程中，通过控制聚合单体比例、反应过程及筛分工艺等，能够生产水解度15%～30%，相对分子质量（≥2 000×104），粒径（60～150 目）的系列产品，满足不同压裂作业需求。

1.1 ZLFR 阴离子聚丙烯酰胺抗盐减阻剂分子设计

1.1.1 增加聚合物分子质量及溶液黏度 ZLFR 阴离子聚丙烯酰胺抗盐减阻剂从分子设计的角度，赋予微嵌段分子模型聚合，保持线性分子结构，提高溶解性能，每个嵌段中间电荷受环境影响小，相互保持着一定的库伦排斥力，使聚合物保持相对较大的水动力学半径，从而保持较高的分子质量和溶液黏度。其分子结构特征（见图1）。

图1 分子结构特征

1.1.2 提高耐温抗盐性能 通过分子间引入对盐不敏感的磺酸基AMPS-AM 基团，减少二价离子对羧酸根的影响，降低减阻剂对产出水及温度的敏感性，提高耐温抗盐和长期稳定性。其结构特征（见图2）。

图2 结构特征

1.2 ZLFR 阴离子聚丙烯酰胺抗盐减阻剂基本性能评价

ZLFR 阴离子聚丙烯酰胺抗盐减阻剂系列产品有ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250，其基本性能固含量、水解度、相对分子质量、粒径依据国家标准GB/T12005-2004、行业标准SY/T5862-2008、企业标准Q/HNZJ001-2019 进行评价。100 000 mg/L 的API 水质（100 g 蒸馏水中含7.5 gNaCl+2.5 gCaCl2+90 g 蒸馏水）配制1 440 mg/L 测黏度。评价结果（见表1）。

表1 ZLFR 系列减阻剂基本性能评价

1.3 ZLFR 系列减阻剂粒径分布评价

减阻剂的粒径分布直接影响其溶解性能。实验采用Bettersize2000 激光粒度分布仪检测减阻剂ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 粒径分布（见图3）。

图3 ZLFR 系列减阻剂粒径分布

1.4 ZLFR 系列减阻剂减阻性能评价

随着页岩油气储层的开发，大规模体积压裂需要采用低摩阻、速溶减阻剂为主的滑溜水压裂液体系，其核心助剂减阻剂的加入能够有效降低压裂液在管柱中的摩擦损失，减少压裂液在井筒剪切流动中的黏滞力及旋涡的形成，降低能耗损失，提高施工效率[2]。减阻性能主要通过减阻率（DR）进行表征[3]。实验采用自主设计校核安装的环路减阻率测试系统（见图4），主要由供液系统、螺杆泵、循环管路、数字采集系统组成。液罐容积100 L，螺杆泵最大排量100 L/min，管路总长15 m，内径12.7 mm。通过测试管路两端的摩阻压降，利用公式：DR=（△P-△PDR）/△P×100%（△P 为清水摩阻压降，Pa；△PDR 为减阻剂溶液压降，Pa）计算减阻率。

图4 环路减阻率测试系统示意图

减阻率评价结果表明（见图5），ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 减阻率高于79%，表现出好的减阻性能。

图5 ZLFR 系列减阻剂减阻率评价

1.5 ZLFR 系列减阻剂溶解性能评价

溶解性能直接影响减阻剂的减阻率和持续时间。减阻剂溶解实验采用矿化度100 000 mg/L 的API 水质分别配制ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 浓度1 440 mg/L。表2 评价结果表明，溶解3 min 检测黏度均达到稳定最大黏度值的90%以上，溶解5 min 可达到最大稳定黏度，直至溶解30 min 黏度稳定不变，表现出3 min 快速溶解特性，能够满足压裂施工需要。

表2 ZLFR 系列减阻剂溶解性能评价

1.6 ZLFR 系列减阻剂抗剪切性能评价

减阻剂在高泵速注入及流经弯管等会产生剪切降解，抗剪切性能的优劣直接影响减阻效果。ZLFR 系列减阻剂抗剪切实验采用高速搅拌器设定转速6 000 r/min，每剪切3 min 检测黏度，100 000 mg/L 的API 水配制浓度1 440 mg/L。表3 结果表明，ZLFR317X、ZLFR130、ZLFR250 剪切3 min 时黏度保留率均大于90%，剪切20 min 黏度保留率大于70%，表现出较强的抗剪切性能。

表3 ZLFR 系列减阻剂抗剪切性能评价

2 ZLFR317X 阴离子聚丙烯酰胺抗盐减阻剂在美国压裂矿场应用

ZLFR317X 减阻剂2019 年11 月20 日在美国进入压裂作业现场，配制水矿化度100 000 mg/L。作业过程压力平稳，在压力作业过程中，将ZLFR317X 注入浓度从1 000 mg/L 减少到500 mg/L，压力仅小幅上升，在降低平时用量50%的情况下，仍取得良好效果。ZLFR317X 减阻剂表现出较好的抗盐及减阻效果。

3 结论

ZLFR 系列阴离子聚丙烯酰胺减阻剂通过分子结构改性，增加分子质量及溶液黏度，在分子间引入对盐不敏感的磺酸基AMPS-AM 基团提高抗盐性和溶解性能，经过精细筛分得到不同粒径尺寸的减阻剂产品，具有快速溶解，稳定性及减阻性好的显著特性。ZLFR317X在美国压裂现场成功应用，能够为我国四川盆地等海相页岩油气藏压裂作业提供可供选择的减阻剂产品。