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，引入相關功能助劑，制備出有效含量高、功能復合的一體化生物復合乳液，構建高減阻強攜砂壓裂液體系并制定針對性的用液方案、工藝優化，實現碳酸鹽儲層控縫高、造復雜縫網、控黏增砂、充分改造的目標。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，溶解時間低于20 s，3 min增黏率達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。該技術在鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖井進行體積加砂壓裂先導實驗及規模化應用超過30井次，液體性能穩定，加砂完成率95%以上，取得了良好的增產效果，為致密碳酸鹽巖開發提供了強有力的技術手段。

碳酸鹽巖儲層的高效開發一直是國內各大油田面臨的主要難點之一。長期以來，碳酸鹽巖開發均以酸化技術為主，但由于這類儲層具有埋藏深、致密、低孔、低滲、低壓力系數等特點，常規酸化技術存在有效作用距離短、酸蝕裂縫導流能力難保持、殘酸返排困難等難題，大大制約了儲層措施增產效果及采收率的提高。隨著壓裂設備和工藝的不斷進步，各大油田陸續開展了碳酸鹽巖體積加砂壓裂技術研究及應用，也逐步認識到該技術在復雜縫網改造、長期裂縫導流能力上提升的明顯優勢：碳酸鹽巖儲層進行“體積壓裂”改造時，可使天然裂縫不斷擴張和脆性巖石產生剪切滑移，形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯的復雜裂縫網絡，從而增加改造體積，提高產量及采收率。

然而碳酸鹽巖體積加砂壓裂技術現場實施也存在施工壓力高、裂縫起裂和延伸復雜、縫高易失控、裂縫寬度受限、加砂困難等亟待解決的難題。通過合理的縫網壓裂設計思路指導，結合性能優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施工難題。鑒于此，以小分子生物改性和多種非共價鍵交聯技術為核心，研發了低臨界締合濃度、速溶、高效增黏的一體化生物復合乳液，并賦予其可實時調控、一體化、連續的施工特性，構建高減阻強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，實現碳酸鹽儲層“控縫高”、“造復雜縫網”、“控黏增砂”、“充分改造”的目標，有效提高壓裂施工成功率，增大儲層改造體積，進而提高措施增產效果。

1.技術思路

1.1一體化生物復合乳液及壓裂液技術原理

利用反相乳液聚合技術的特殊優勢，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技術的結合，形成多重物理交聯的結構流體，即使在低黏度下也具有較好的黏彈性，攜砂性能優良；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，表現出高減阻特性，實現了壓裂液兼顧高減阻、強攜砂性能的技術突破，以此構建高減阻強攜砂壓裂液體系。

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”+“控黏增砂”的縫網壓裂理念

從使用不同黏度壓裂液改造得到的模擬縫網形態分析，通過壓裂液“控黏”措施，可以有效控制壓裂改造形成縫網的狀態：低黏液利于縫網復雜化，高黏液僅在主縫縫寬上作用明顯，無法促進細小、復雜微縫形成；而中黏液可兼顧主縫和復雜微縫延伸，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”的逆向設計思路：首先利用高黏液充分造縫，再靠低黏液的深穿透能力造復雜縫網，最后借助中黏液低黏高彈性優勢連續加砂，實現縫網延伸和有效充填，在“控黏”的基礎上保證“增砂”，增加儲層改造體積，實現復雜縫網全支撐，提高支撐縫網導流能力。

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，需要通過工藝參數設計（排量和降濾措施）、液體性能調控（變黏方案）和支撐劑優化（組合粒徑加砂）來綜合解決。契合碳酸鹽巖縫網壓裂理念，充分發揮高減阻強攜砂壓裂液體系的特點和優勢，設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

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

成網階段設計：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雜裂縫，階梯粉砂段塞打磨、充填天然裂縫。

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