煤层气清洁压裂液减阻性能评价

    高杨 江厚顺 霍亚迪 王雨迪 续化蕾

    

    

    

    摘 ?????要：阐述了清洁压裂液的作用机理，影响减阻的因素，介绍了国内外研究与应用情况，总结了清洁压裂液的优缺点。通过对清洁压裂液的增稠、携砂性能进行筛选，提出使用阳离子表面活性剂1831和水杨酸钠复配。实验得出最优浓度配比，确认了压裂液体系，并测减阻率，记录浓度和温度对减阻率的影响结果。

    关 ?键 ?词：清洁压裂液;携砂;黏弹性表面活性剂;煤层气

    中图分类号：TE357.1+2 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）04-0723-05

    Abstract： The action mechanism of cleaning fracturing fluid was introduced as well as the factors influencing the drag reduction. Its research and application situation at home and abroad was discussed， and the advantages and disadvantages of the clean fracturing fluid were summarized. Through a series of experiments， the optimal concentration ratio of clean fracturing fluid was screened， and the drag reduction performance was evaluated.

    Key words： Clean fracturing fluid;Carrying sand;Viscoelastic surfactant;Coalbed methane

    我國继俄罗斯、加拿大之后拥有世界上第三大煤层气储量。近年来，国家高度重视煤层气开发，国家发改委颁发了“煤层气开发利用‘十一五规划”[1，2]。

    我国大部分煤层气属于低压、低渗、低饱和，开采难度相当大，基本上所有的煤层气直井都要靠水力压裂才能正常生产。虽然压裂液的种类很多， 但是对于煤层而言都或多或少地会产生伤害。斯伦贝谢公司于1997年成功研制出黏弹性表面活性剂（ VES） 压裂液，它是由黏弹性表面活性剂和其他添加剂构成[3，4]，由于该压裂液对地层伤害小或无伤害，又称为“清洁压裂液”，因而应用前景十分广阔。

    目前国内研制和应用的清洁压裂液，基本组成为黏弹性表面活性剂、盐溶液和稳定剂。本文通过室内实验对1831阳离子表面活性剂与水扬酸钠（NaSal）复配水溶液的减阻特性进行了研究。

    1 ?黏弹性表面活性剂压裂液研究

    1.1 ?黏弹性表面活性剂及增稠剂筛选

    常见的表面活性剂主要分为五类，具体详见文献[5-9]， 使用的主要实验仪器为六速旋转黏度计。

    1.2 ?阴离子表面活性剂增稠性能评价

    阴离子表面活性剂主要选择了十二烷基硫酸钠（1#）、十二烷基磺酸钠（2#）、十二烷基苯磺酸钠（3#）、油酸钾（4#）、磺化琥珀酸双酯（5#）、烷基苯磺酸钠（6#）、十六醇磷酸酯二钠盐（7#）。对上述选择的7种表面活性剂进行评价，实验结果见表1。

    1.3 ?阳离子表面性剂增稠性能评价

    考虑现场使用成本，在此主要对十八烷基三甲基氯化铵以及新研制的西曲磺胺（XQH）进行了增稠性能研究。

    实验温度为室温。所用无机盐主要采用Sal，剪切速率为170 s-1条件下，测定体系的表观黏度。实验结果见表2。

    从表中可以看出，当1831的含量一定时，体系黏度随着Sal含量的增加而增大。

    为提高复配增黏效果，同时降低药剂成本，室内对十八烷基三甲基氯化铵以及新研制的XQH两个样品，两种阳离子表面活性剂与稠化剂的复配比例及浓度进行了进一步优选，同时加入聚乙二醇用来提高支撑剂的分散性。实验温度为室温，剪切速率为170 s-1条件下测得的实验结果：1831浓度在0.3%左右、Sal浓度在0.15%左右时，压裂液体系黏度较高，能够满足携砂要求。

    根据黏度与携砂性的关系，将黏度在20 mPa·s左右的几组压裂液进行悬砂性能评价。

    1.4 ?非离子表面活性剂增稠性能评价

    非离子表面活性剂主要选择了聚氧乙烯烷基苯酚醚（11#）、聚氧乙烯苯酚醚（12#）、环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物AE1910（13#）、环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物2070（14#）、SP169（15#）、牛脂基二羟乙基氧化胺（16#）、氧化烷基胺聚氧乙烯醚（17#）、十四烷基二羟乙基氧化胺（18#）、十六烷基二羟乙基氧化胺（19#）、十八烷基二羟乙基氧化胺（20#）、十八烷基二甲基氧化铵（21#）等进行了增稠性能评价。温度为室温，剪切速率170 s-1条件下测得实验结果见表3。

    1.5 ?两性表面活性剂增稠性能评价

    两性表面活性剂主要选择了十二烷基氨基丙酸钠（21#）、十八烷基二甲基甜菜碱（22#）、十六烷基三甲基氨基丙烷磺酸盐（23#）;十八烷基二甲基甜菜碱（24#）、十四烷基羟丙基磺基甜菜碱（25#）、十八烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱（26#）、十六烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱（27#）、十六烷基二甲基氧化铵（28#）。十六烷酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱（29#）、十八酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱（30#）、十八酰胺丙基甜菜碱（31#）进行了增稠实验。实验条件：温度室温，剪切速率170 s-1。实验结果可知，21#、22#、24#、25#、26#、27#、28#等7中两性活性剂无增稠效果。29#、30#、31#具有一定的增稠效果，但由于溶解性能差，溶液中含有大量未溶解的膏状物质，无法测得其真实黏度，不适宜作为压裂液试剂使用。