中石油压裂液技术现状与未来发展

第36卷第1期2014年1月石油钻采工艺OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYVol.36No.1Jan.2014基金项目：中国石油天然气股份有限公司课题“特低、超低渗油藏高效改造关键技术”（编号：2011B-1202）；国家科技重大专项“低渗特低渗油气储层高效改造技术”（编号：2011ZX05013-003）。作者简介：程兴生，1968年生。1990年毕业于江汉石油学院应用化学专业，现从事压裂酸化液体技术研究与现场服务工作，高级工程师。电话：[phone]。E-mail：[e-mail]。文章编号：1000–7393（2014）01–0001–05　　　doi:10.13639/j.odpt.2014.01.001中石油压裂液技术现状与未来发展程兴生　卢拥军　管保山　王丽伟　翟　文　明　华（中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化技术服务中心，河北廊坊　065007）引用格式：程兴生，卢拥军，管保山，等.中石油压裂液技术现状与未来发展思考［J］.石油钻采工艺，2014，36（1）：1-5.摘要：近年来，随着压裂液技术的发展与完善，胍尔胶、合成聚合物、表面活性剂等各种压裂液技术基本成熟并在特定储层或工艺需求的情况下得到应用。阐述了中石油压裂液技术发展及应用现状，认为压裂液主体技术多元化、对高矿度水的适应性以及实现回收再利用是未来一段时期满足压裂液技术需求和控制成本的决定因素；满足低伤害、低成本、高效环保等技术指标仍是未来压裂液发展方向，并对稠化剂速溶及连续混配的技术条件提出新见解；对高温压裂液技术提出新思路；建议尽快建立非常规储层压裂液及其伤害评价方法，以规范和指导压裂液技术发展。关键词：压裂液技术；黄原胶；纤维素；速溶；评价方法中图分类号：TE357.12　　　文献标识码：ACurrentsituationandfuturedevelopmentofCNPCfracturingfluidtechnologyCHENGXingsheng,LUYongjun,GUANBaoshan,WANGLiwei,ZHAIWen,MINGHua（FracturingandAcidizingTechnologyServiceCenter,LangfangBranchofResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,CNPC,Langfang065007,China）Abstract: In recent years, with the development and improvement of fracturing fluid technology, the technology of fracturing fluid technologies,suchasguargum,Syntheticpolymer,andsurfactantarebasicallysophisticatedandappliedinspecialreservoirbedorconditions in which the process requires. This paper elaborates the technical development and application of CNPC fracturing fluid and believes that the main technologies diversification of fracturing fluid, their adaptability to highly mineralized water and recycling are de-terminants to meet needs for fracturing fluid technology and control costs over a period of time. The technical indicators of low damage, low-cost, high efficiency and environmental protection are future development direction of the fracturing fluid. It gives insights about thetechnicalconditionsoffastdissolutionandcontinuousmixingofthickeningagent,andthenewideasaboutthetechnologyofhightemperature fracturing fluid. It also appeals to establish the unconventional reservoir fracturing fluid and its damage evaluation methods as soon as possible to standardize and guide the development of fracturing fluid technology.Keywords:fracturing fluid technology; xanthan gum; cellulose; fast dissolution; evaluation methods伴随着北美页岩气革命，储层改造技术正在引领全球非常规油气勘探开发的重大变革，已经成为与物探、钻井并列的三大关键工程技术。中石油60%~70%新增储量为低渗特低渗透非常规油气资源，低渗特低渗透、深层高温、非常规和海洋石油等“难新”领域待开发利用。改造对象从常规储层到非常规储层，储层物性由高渗透到低渗透、超低渗，甚至为纳达西级致密储层；油藏类型由常规油气藏到致密气、致密油、页岩气、煤层气等；并伴有低压、异常高压、水敏、高温等特性，储层改造对象异常复杂。随着改造井数、层数、段数越来越多，储层改造呈现大排量、高泵压、大规模、工厂化作业的特点［1］。上石油钻采工艺　2014年1月（第36卷）第1期2述变化对压裂液与储层、新工艺的适应性以及成本投入提出新的要求，有必要对中石油压裂液技术现状进行梳理，对未来发展进行思考和规划。1　技术与应用现状压裂液的分类和命名目前没有统一的标准。按照稠化剂类型进行命名，可分为植物胶类压裂液、合成聚合物压裂液、表面活性剂压裂液、纤维素压裂液等。文中以稠化剂分类为主线，结合特色压裂液技术，介绍中石油压裂液技术及应用现状。1.1　胍尔胶压裂液［2-5］胍尔胶压裂液是由胍尔胶原粉或其衍生物与硼或锆等交联形成的冻胶。胍尔胶原粉水不溶物质量含量较高（18%~25%），改性后的胍尔胶不溶物质量含量2%~12%。原粉1%浓度增黏能力187~351mPa·s，冻胶破胶后残渣含量高，质量分数为7%~10%。原粉在大庆油田高渗浅层有应用。胍尔胶衍生物包括羟丙基胍尔胶（HPG）、超级胍尔胶（SHPG）、羧甲基胍尔胶（CMG）、羧甲基羟丙基胍尔胶（CMHPG）等，其中SHPG为高取代度、精制的羟丙基胍尔胶，水不溶物低，形成的压裂液破胶后残渣少，由于成本较高，仅在塔里木、华北、大庆、西南等油气田有少量应用。羟丙基胍尔胶压裂液：通常温度小于90℃采用HPG-无机硼交联体系，温度大于90℃采用HPG-有机硼体系，最高耐温为160℃，是中石油应用最多的压裂液体系。通过研制开发使用新型高效交联剂，形成的超低浓度HPG压裂液，显著降低了HPG使用浓度，可使0.15%HPG交联，突破美国压裂液0.18%交联下限，稠化剂相对浓度降低35%~45%，残渣减少38%~53%。2012年在长庆、大庆、青海、华北、冀东等油田实施近1600口井，较常规体系总计节约使用胍尔胶1000余吨，直接效益近亿元。羧甲基羟丙基胍尔胶（羧甲基胍尔胶）压裂液：在碱性条件下，CMHPG与有机锆形成压裂液，具有温度广谱（50~180℃）、低稠化剂用量（比常规胍尔胶低50%）、低摩阻（比常规胍尔胶低30%~40%）、残渣和残胶伤害低（比常规胍尔胶降低55%）、高悬砂能力等优点，性能达到国际先进水平。在长庆、吉林、冀东、大庆等油气田进行应用，大幅度提高了增产有效期。酸性压裂液体系具有适用于碱敏性地层、有效抑制黏土膨胀的特性，且能够适用于CO2增能和泡沫体系。酸性交联CMHPG压裂液（实现耐温150℃）在大庆、吉林、新疆、吐哈等油田碱敏性储层得到应用。低分子可回收压裂液：胍尔胶降解后分子量降低，为常规胍尔胶的1/20~1/10，水不溶物、破胶液分子量对地层伤害均有所降低。低分子胍尔胶与硼交联后，形成暂时的水凝胶网络，作业过程中依靠地层的酸性对压裂液进行中和降低其pH值而破胶返排。可回收压裂液在长庆、四川等油田累计应用365口井，回收利用返排液8565m3，应用井返排液利用率达到97%。浓缩压裂液：为满足连续混配准确计量需要，将胍尔胶粉悬浮在柴油或对环境更友好的矿物油中，形成浓缩液体稠化剂。大庆油田和吉林油田通过技术引进，开展了浓缩压裂液现场应用试验。同时，吉林油田的连续混配装置实现了粉剂的准确计量，形成采用粉剂进行实时混配技术。总体来说，胍尔胶压裂液应用最为广泛，应用份额占90%以上，基本满足中石油常规压裂需求。但不同体系对配液水中无机盐离子存在不同程度的敏感，影响压裂液性能；另外，胍尔胶压裂液耐温很难突破180℃。1.2　香豆胶压裂液［6-8］香豆胶为国产稠化剂，是从香豆种子中提取的天然植物胶，其结构为半乳甘露聚糖。1%浓度增黏能力差异较大（156~321mPa·s），香豆胶原粉水不溶物含量为7%~15%，具有较好的水溶性，摩阻低，形成的压裂液耐温170℃。2012年香豆胶压裂液在长庆油田18个区块完成110口井施工，最大加砂60m3，平均砂比35%，返排率72.6%。香豆胶技术性能与胍尔胶相当，但受种子质量、加工水平及成本压力等因素的限制，目前使用的香豆胶压裂液稠化剂用量较高、耐温有限，性能没有达到业内已经形成的技术水平。1.3　合成聚合物压裂液［9］合成聚合物压裂液主要包括交联型和缔合型两大类。在胍尔胶疯狂涨价的大背景下，合成聚合物压裂液技术得到长足发展，各油田都开展了各类聚合物压裂液现场试验。中石油勘探院廊坊分院研制开发的清洁交联压裂液技术，最高耐温达210℃。该技术在吉林油田应用240井506层，各项技术指标基本与胍尔胶压裂液持平，60℃配方成本为265元/m3，较同期胍尔胶压裂液降低60%；在华北油田进行了2口井储层温度超过200℃高温应用试验。西南石油大学罗平亚院士开发的超分子缔合压裂液技术，已在不同地层进行现场应用385井次。聚合物压裂液基本无残渣，与植物胶压裂液相比固相伤害低，但聚合物压裂液对水质及破胶剂敏3程兴生等：中石油压裂液技术现状与未来发展感，存在配液难、支撑剂不易混入和交联控制难、施工摩阻高等问题。1.4　表面活性剂压裂液［10］表面活性剂压裂液具有无残渣、易破胶、伤害低、弹性大及携砂性能好的特点，在中石油各油田均有应用，终因成本高尚未获得大范围推广。长庆油田开发的阴离子表面活性剂压裂液最高耐温135℃，在致密气试验区推广应用65口井，表现出良好的储层适应性。新疆油田使用的弹性表面活性剂压裂液，适用温度25~80℃，现场应用150余井次。中石油勘探院廊坊分院开发的双生阳离子表面活性剂压裂液在煤层压裂中进行了多口井实验性应用。1.5　油基压裂液油基压裂液主要用于水基压裂液易造成伤害的强水敏储层。与水基压裂液相比，油基压裂液成本高、使用难，而且易燃，施工存在安全风险，现场仅新疆油田有少量应用。采用石西轻质原油、磷酸酯及铝酸盐形成油基压裂液冻胶，适用温度25~90℃，170s–1下剪切1~2h，保留黏度≥50mPa·s，闪点≥60℃，降阻率40%~60%。在莫北油田应用最大井深3500m，平均砂比18%，最高砂比30%。另外，采用稠油与稀油按比例混合加入减阻