摘要

页岩油气、致密油气等非常规油气藏的储层改造普遍使用滑溜水压裂液进行大规模体积压裂。由于常规滑溜水黏度低（低于5 mPa·s）、滤失量大、支撑剂携带能力弱，施工过程中发生“砂堵”的风险大；另一方面，滑溜水中砂含量难以提高（一般不超过200 kg/m3），为携带足量支撑剂实现对水力裂缝的有效支撑，往往需要注入大量压裂液，形成了“万方水、千方砂”的工艺特点，既增加了压裂成本又消耗了水资源。提高滑溜水的黏度可改善支撑剂携带能力，目前中高黏滑溜水（10~30 mPa·s）主要通过提高减阻剂含量来实现增黏，但减阻剂用量增加将导致滑溜水成本大幅上涨，且更多高分子聚合物被注入地层中，增大了对储层渗透率的伤害。

如何在低减阻剂用量下获得高黏度滑溜水，是目前减阻剂技术研发的重要发展方向。针对常规线型减阻剂配制中高黏滑溜水时增黏能力弱、使用量偏高的问题，在线型减阻剂分子结构中引入了含丙烯酸酯键的交联结构，开发了可降解微交联减阻剂。

实验结果表明，该微交联减阻剂能在30~40 s溶解，减阻率可达70%以上；微交联减阻剂增黏能力较线型减阻剂更强，但添加量超过0.4%（w）后，滑溜水黏度增加趋势变缓；黏度要求10~30 mPa·s时，微交联减阻剂比线型减阻剂的加量（w）下降20%~30%；相比线型减阻剂，微交联减阻剂配制的滑溜水有更高的屈服强度、更长的松弛时间以及更高的弹性模量与黏性模量比值，表明微交联减阻剂配制的滑溜水中弹性特征占比更高；微交联减阻剂配制的滑溜水动态支撑剂运移距离更远、铺砂剖面更好；微交联减阻剂在地层水中能够发生降解，90 ℃下48 h后滑溜水黏度下降率超过80%；微交联减阻剂现场应用效果良好，相比常规减阻剂用量下降20%以上。

1. 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

l 丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、NaOH、乙二胺四乙酸二钠、Tween-80、Span-80、5#白油：工业品，成都方正化工有限公司；

l 偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI）、过硫酸铵（APS）、亚硫酸氢钠（SHS）：分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

l 聚氧乙烯二丙烯酸酯（PEODA）、丙三醇聚氧乙烯三丙烯酸酯（GPEOTA）：实验室自制，结构见图1。

l HAAKE MARS40型旋转流变仪：赛默飞世尔科技公司；

l HAMZ-Ⅱ型多管路流体摩阻仪：成都岩心科技公司；

l 滚子加热炉：青岛同春石油仪器有限公司；

l 平行板裂缝模拟装置：实验室自主研发。

1.2 实验方法

1.2.1 减阻剂的制备

l 将适量AM，AA，AMPS（单体总质量30 phr）溶于30 phr蒸馏水中，用NaOH调节pH=7，再加入0.05 phr的交联剂和乙二胺四乙酸二钠、1 phr的Tween-80，制成水相；

l 将4 phr的Span-80加入35 phr的5#白油中，制成油相；

l 将水相逐步加入油相中，高速搅拌制得乳液后转移至反应釜中，搅拌转速100~150 r/min，通氮气30 min；

l 初始温度10 ℃下，逐步滴加完0.05 phr的引发剂，其中AIBI，APS，SHS的份数比为1.5∶2∶1，继续反应8 h，得减阻剂成品（含交联剂PEODA的减阻剂命名为FR-2，含交联剂GPEOTA的减阻剂命名为FR-3）。

线型减阻剂的制备方法同上（不加交联剂，其他组分及质量份数均相同），命名为FR-1。

1.2.2 溶解性和减阻率测试

参照能源部行业标准NB/T 14003.2—2016中的规定，使用φ10 mm管路，管长4 m，管内流速12 m/s，减阻剂加量0.1%（w）。 

1.2.3 黏度测试

使用HAAKE MARS40型旋转流变仪，DG41双狭缝测试系统，剪切速率170 s-1，测试温度为25 ℃。

1.2.4 黏弹性测试

使用HAAKE MARS40型旋转流变仪，PP60平行板测试系统，缝高1 mm；首先采用应力扫描模式确定试样的线性黏弹区，固定频率1 Hz，应力范围0.01~10 Pa；然后进行频率扫描，应力值取最大线性应力的80%，扫描频率0.01~10 Hz。

1.2.5 支撑剂运移实验

采用平行板裂缝模拟装置，模拟裂缝长4 000 mm，缝高400 mm，缝宽6 mm；测试滑溜水黏度15 mPa·s，40/70目陶粒支撑剂砂质量浓度150 kg/m3，总液量100 L，实验排量800 L/h。

2. 结果与讨论

2.1 溶解性和减阻率

考察了3种减阻剂在自来水中加量均为0.1%（w）时的溶解速度和减阻率，减阻率曲线如图2所示。

由图2可知，加注减阻剂后30~40 s，减阻率就能基本达到稳定，表明减阻剂的溶解时间为30~40 s，能够满足现场连续混配施工需要；且减阻率在测试时间内始终保持在70%以上，符合标准NB/T 14003.2—2016的要求。微交联减阻剂FR-2，FR-3和线型减阻剂FR-1的减阻率曲线保持高度一致，说明微交联结构的引入并不影响减阻剂的溶解和减阻效果，同样能够满足现场连续混配施工要求。

2.2 增黏性能对比

图3为3种减阻剂在自来水中的浓度-黏度曲线。

由图3可知，随着减阻剂添加量的增大，滑溜水黏度增加，两种微交联减阻剂FR-2，FR-3配制的滑溜水黏度均高于线型减阻剂FR-1配制的，这是因为溶液黏度取决于高分子之间的缠结（包括交联）点的数量和强度，微交联减阻剂中引入了强度更高的化学交联，因此增黏能力比线型减阻剂更强。但微交联减阻剂添加量超过0.4%（w）后，黏度增加趋势变缓，这可能是因为在低添加量下，化学交联在缠结点中的占比高、作用更大，因此黏度增加明显；随减阻剂添加量增加，化学交联占比下降、作用逐渐减小，故黏度增加趋势变缓。

由图3还可知，FR-3的增黏能力优于FR-2，这是因为FR-3中交联剂的平均官能团数更多，形成的交联点位更多。按照中高黏滑溜水黏度范围10~30 mPa·s计算，微交联减阻剂比线型减阻剂的加量（w）下降20%~30%，可降低液体成本，减小储层伤害。