摘要：針對碳酸鹽巖體積加砂壓裂的難點，以減阻劑速溶、高效增黏和在線變黏一體化為出發(fā)點，將小分子改性生物單體與丙烯酰胺、水解度控制單體、微電荷單體等接枝共聚，引入相關(guān)功能助劑，制備出有效含量高、功能復(fù)合的一體化生物復(fù)合乳液，構(gòu)建高減阻強(qiáng)攜砂壓裂液體系并制定針對性的用液方案、工藝優(yōu)化，實現(xiàn)碳酸鹽儲層控縫高、造復(fù)雜縫網(wǎng)、控黏增砂、充分改造的目標(biāo)。該乳液有效含量、水解度、分子量分別控制在30%左右、40%～50%、1200～1300萬，微電荷單體2.0%和小分子生物單體0.6%時性能最優(yōu)，溶解時間低于20 s，3 min增黏率達(dá)90%以上，CAC1，CAC2分別為1.79 g/L、3.89 g/L；對壓裂液綜合性能評價表明：低黏液、中黏液、高黏液降阻率分別可達(dá)75%、70%、60%以上，降阻率保持率96%以上；高黏液、中黏液在110 ℃、170 s?1 剪切 90 min后黏度分別保持在45～50 mPa·s、20～25 mPa·s；中黏液（0.4%）黏彈性表征Tanδ<0.4就具有良好的攜砂性能，支撐劑沉降速率低至0.1 cm·s?1；壓裂液破膠液黏度低于3 mm2/s，表面張力27 mN/m以下，殘渣含量低至20 mg/L以下。該技術(shù)在鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖井進(jìn)行體積加砂壓裂先導(dǎo)實驗及規(guī)?；瘧?yīng)用超過30井次，液體性能穩(wěn)定，加砂完成率95%以上，取得了良好的增產(chǎn)效果，為致密碳酸鹽巖開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。

碳酸鹽巖儲層的高效開發(fā)一直是國內(nèi)各大油田面臨的主要難點之一。長期以來，碳酸鹽巖開發(fā)均以酸化技術(shù)為主，但由于這類儲層具有埋藏深、致密、低孔、低滲、低壓力系數(shù)等特點，常規(guī)酸化技術(shù)存在有效作用距離短、酸蝕裂縫導(dǎo)流能力難保持、殘酸返排困難等難題，大大制約了儲層措施增產(chǎn)效果及采收率的提高。隨著壓裂設(shè)備和工藝的不斷進(jìn)步，各大油田陸續(xù)開展了碳酸鹽巖體積加砂壓裂技術(shù)研究及應(yīng)用，也逐步認(rèn)識到該技術(shù)在復(fù)雜縫網(wǎng)改造、長期裂縫導(dǎo)流能力上提升的明顯優(yōu)勢：碳酸鹽巖儲層進(jìn)行“體積壓裂”改造時，可使天然裂縫不斷擴(kuò)張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑移，形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而增加改造體積，提高產(chǎn)量及采收率。

然而碳酸鹽巖體積加砂壓裂技術(shù)現(xiàn)場實施也存在施工壓力高、裂縫起裂和延伸復(fù)雜、縫高易失控、裂縫寬度受限、加砂困難等亟待解決的難題。通過合理的縫網(wǎng)壓裂設(shè)計思路指導(dǎo)，結(jié)合性能優(yōu)良的壓裂液體系和高效的施工工藝，有望解決以上提到的多數(shù)施工難題。鑒于此，以小分子生物改性和多種非共價鍵交聯(lián)技術(shù)為核心，研發(fā)了低臨界締合濃度、速溶、高效增黏的一體化生物復(fù)合乳液，并賦予其可實時調(diào)控、一體化、連續(xù)的施工特性，構(gòu)建高減阻強(qiáng)攜砂壓裂液體系并制定高、中、低變黏用液方案和組合粒徑加砂工藝，實現(xiàn)碳酸鹽儲層“控縫高”、“造復(fù)雜縫網(wǎng)”、“控黏增砂”、“充分改造”的目標(biāo)，有效提高壓裂施工成功率，增大儲層改造體積，進(jìn)而提高措施增產(chǎn)效果。

1.技術(shù)思路

1.1一體化生物復(fù)合乳液及壓裂液技術(shù)原理

利用反相乳液聚合技術(shù)的特殊優(yōu)勢，將小分子改性生物單體與丙烯酰胺、水解度控制單體、微電荷單體和特殊功能單體接枝共聚，并引入相關(guān)功能助劑，攻克乳液減阻劑有效含量低和功能單一的難題，制備成一體化生物復(fù)合乳液。該乳液在水中通過小分子生物膠黏彈特性與多種非共價鍵交聯(lián)技術(shù)的結(jié)合，形成多重物理交聯(lián)的結(jié)構(gòu)流體，即使在低黏度下也具有較好的黏彈性，攜砂性能優(yōu)良；同時，這種流體在高速剪切時分開，剪切速率降低或消失時又迅速恢復(fù)，表現(xiàn)出高減阻特性，實現(xiàn)了壓裂液兼顧高減阻、強(qiáng)攜砂性能的技術(shù)突破，以此構(gòu)建高減阻強(qiáng)攜砂壓裂液體系。

1.2碳酸鹽巖體積加砂壓裂改造思路

1.2.1“先造縫、后成網(wǎng)”+“控黏增砂”的縫網(wǎng)壓裂理念

從使用不同黏度壓裂液改造得到的模擬縫網(wǎng)形態(tài)分析，通過壓裂液“控黏”措施，可以有效控制壓裂改造形成縫網(wǎng)的狀態(tài)：低黏液利于縫網(wǎng)復(fù)雜化，高黏液僅在主縫縫寬上作用明顯，無法促進(jìn)細(xì)小、復(fù)雜微縫形成；而中黏液可兼顧主縫和復(fù)雜微縫延伸，更重要的是，中黏液還兼顧良好的減阻和攜砂性能。

因此，針對碳酸鹽巖儲層致密、高楊氏模量、縫寬窄的特點，提出“先造縫、后成網(wǎng)”的逆向設(shè)計思路：首先利用高黏液充分造縫，再靠低黏液的深穿透能力造復(fù)雜縫網(wǎng)，最后借助中黏液低黏高彈性優(yōu)勢連續(xù)加砂，實現(xiàn)縫網(wǎng)延伸和有效充填，在“控黏”的基礎(chǔ)上保證“增砂”，增加儲層改造體積，實現(xiàn)復(fù)雜縫網(wǎng)全支撐，提高支撐縫網(wǎng)導(dǎo)流能力。

1.2.2變黏用液及加砂控制方案

碳酸鹽巖體積加砂壓裂難題不能僅靠酸來解決，需要通過工藝參數(shù)設(shè)計（排量和降濾措施）、液體性能調(diào)控（變黏方案）和支撐劑優(yōu)化（組合粒徑加砂）來綜合解決。契合碳酸鹽巖縫網(wǎng)壓裂理念，充分發(fā)揮高減阻強(qiáng)攜砂壓裂液體系的特點和優(yōu)勢，設(shè)計壓裂用液和加砂程序如圖1所示。

圖1碳酸鹽巖體積加砂壓裂用液及加砂程序示意圖

造縫階段設(shè)計：高黏液（≥60 mPa·s）較大排量造長主裂縫溝通遠(yuǎn)井端，增加主縫寬度，利于支撐劑進(jìn)入和裂縫擴(kuò)展。

成網(wǎng)階段設(shè)計：高黏液（≥60 mPa·s）、低黏液（≤12 mPa·s）脈沖變黏，控制段塞長度、砂濃度，利用低黏液深穿透造復(fù)雜裂縫，階梯粉砂段塞打磨、充填天然裂縫。

支撐階段設(shè)計：中黏液（≥30 mPa·s）小砂比逐步提高，連續(xù)加入支撐劑，使復(fù)雜縫網(wǎng)持續(xù)延伸，微縫、次級裂縫再到主縫充填，形成飽填砂復(fù)雜縫網(wǎng)。