深层煤岩气高效能变黏压裂液及在极限体积压裂中的推广应用

林波; 陈帅; 严向阳; 陈萌琦; 杜良军; 陈恒; 鲁红升; 孙帅

doi:10.13225/j.cnki.jccs.2024.0881

摘要：极限体积压裂技术是深层煤岩气获得高产工业气流的有效手段,而压裂液是在该技术基础上充分"打碎"煤层、形成饱填砂复杂裂缝网络、实现煤岩增渗—促解吸的关键,充分满足现场工况、施工工艺和煤岩物性特征要求是煤岩气压裂液研究的重点.以高稳定性、速溶、低剂高效能和在线变黏一体化的减阻剂研发为着力点,通过无机盐刺激响应材料引入、开关型反相乳液聚合技术设计、多元共聚条件控制和促解吸剂复配等制备得到开关型乳液减阻剂.结合基础性能表征及评价,厘清了乳液减阻剂重要参数对压裂液性能的影响规律,确定水解度50％～55％、分子量1 800万左右、有效质量分数29％～34％的优化条件,得到预期的煤岩气专用减阻剂SFY-2,稳定性提高至50 d以上,抗低温-15 ℃以下,溶解时间降低至10 s,3 min增黏率达90％以上且增黏能力强,解决了常规乳液减阻剂稳定性和速溶性之间的突出矛盾,也为深层煤岩气极限体积压裂在线一体化施工提供了保障.借助SFY-2优势,契合煤岩气极限体积压裂设计思路构建了高效能变黏压裂液体系,制定变黏控制方案和施工工艺优化,实现充分"打碎"煤岩,造复杂缝网并饱填砂有效支撑的目标.对压裂液性能评价表明:高黏液、中黏液在70 ℃、170 s-1～1 500s-1～100 s-1模拟变剪切后黏度分别保持在35、20 mPa·s左右;高黏液、中黏液、低黏液降阻率分别可达66％、72％、77％以上,得益于压裂液良好的剪切稀释性,高剪切状态下高黏液、中黏液降阻率保持率超过100％;建立了压裂液悬砂性能与黏弹性参数tanδ的对应关系,当SFY-2体积分数超过0.2％(tan δ=0.84)后压裂液沉砂速度明显降低,体积分数达到0.4％(tan δ=0.395)后黏弹性显著,具有良好的携砂性能,利于高强度连续加砂进行缝网饱和支撑,并增大缝网有效改造体积;压裂液破胶后几乎无残渣,表面张力低至26 mN/m以下,破胶液可以有效改善煤岩表面润湿性,将接触角最高增大到108.2°,降低煤岩解吸伤害率最低至13％.该技术已在鄂尔多斯盆地深层煤储层累计施工超350井次(共2 000余段/次),液体性能稳定,施工效率高,实时降阻率可达84.4％,加砂完成率高,增产效果显著,为实现深层煤岩气压裂技术进步及规模效益开发提供了强有力的支撑.