磷酸二铵（DAP）与用于碳酸盐岩深部加固的压裂液系统的相容性

《ACS Omega》：Compatibility of Diammonium Phosphate (DAP) with Fracturing Fluid Systems for Deep Consolidation of Carbonate Rocks

酸压裂后使用磷酸铵（DAP）作为固化剂，通过矿物反应生成羟基磷灰石（HAP）增强岩石刚度，同时测试DAP与破胶剂、钙盐等添加剂的兼容性及对渗透率的影响。实验表明DAP在1M浓度下与常见 fracturing fluid additives 无沉淀，可提升石灰岩和白云岩弹性模量达66.9%-136.5%，并保留49%的酸压裂后渗透率。

　　在现代油气开采中，碳酸盐岩储层因其丰富的资源储量而占据重要地位。然而，这些储层往往具有较低的渗透性和较高的机械脆弱性，这使得在开采过程中需要采取特殊的增产措施。酸压裂技术作为一种常用的增产手段，通过在碳酸盐岩中形成溶解通道，从而提高油气流动能力。然而，这一过程也带来了机械损伤的风险，如裂缝闭合，这会显著降低长期的增产效果。因此，研究如何在酸压裂后维持裂缝的稳定性，是提高储层开发效率的关键。

为了应对这一挑战，研究者们探索了多种化学添加剂，其中二铵磷酸盐（DAP）因其成本效益和良好的矿物转化性能而受到关注。DAP能够在碳酸盐矿物表面发生反应，生成更坚硬且热稳定的羟基磷灰石（HAP），从而提升岩石的机械强度并减少裂缝闭合的风险。这项研究重点评估了DAP在酸压裂过程中的适用性，特别是在其与储层岩石和压裂液添加剂之间的相容性，以及其对裂缝面渗透性的影响。

研究使用了印第安纳石灰岩和奥斯汀灰岩这两种典型的碳酸盐岩样本，以模拟真实储层条件。首先，通过酸液注入形成了完整的裂缝和部分裂缝，随后在裂缝表面应用了DAP溶液，以观察其对渗透性的影响。实验结果显示，DAP并没有堵塞形成的裂缝通道，且在完整裂缝的情况下，压力没有显著变化，表明裂缝保持了良好的连通性。而在部分裂缝的情况下，DAP处理后裂缝面渗透性恢复了约49%，说明其在提升机械强度的同时，仍能有效保持裂缝的流动能力。

此外，研究还对DAP与常见压裂液成分的相容性进行了评估，包括破胶剂、缓蚀剂、酸液、钙氯化物、乙醇、硫化氢清除剂和油基添加剂等。在室温条件下，DAP与大多数水基添加剂表现出良好的相容性，未观察到沉淀、浑浊或相分离的现象。然而，在高浓度钙离子存在的情况下，如300 ppm和600 ppm的CaCl?，DAP与钙离子之间会发生反应，形成白色沉淀，表明在某些条件下DAP与钙离子系统存在不相容性。进一步的实验表明，降低DAP浓度可以有效缓解这种不相容性，但即便如此，当钙离子浓度超过300 ppm时，仍然存在沉淀风险。因此，在实际应用中，需要根据地层水的离子强度进行调整，以避免现场发生沉淀现象。

在流变学测试方面，研究发现DAP对破胶剂系统的影响非常有限，其未改变破胶剂的粘度和流变特性。这表明DAP可以安全地与其他压裂液成分混合，而不会影响流体的稳定性和流动性。这一特性对于确保压裂液在复杂地层条件下的有效输送至关重要。

通过弹性刚度测试，研究者评估了DAP对岩石机械性能的影响。实验结果表明，DAP处理后，印第安纳石灰岩和奥斯汀灰岩的弹性刚度分别提升了66.9%和136.5%。这一显著的刚度提升主要归因于DAP与碳酸盐矿物反应生成的HAP，它不仅增强了岩石的结构强度，还提高了其对地层应力的抵抗能力。在高渗透性条件下，DAP的添加并未造成渗透性的明显下降，而在部分裂缝的情况下，虽然渗透性有所减少，但依然保持了约49%的酸处理后的渗透性。这说明DAP在提升岩石刚度的同时，能够有效平衡裂缝的渗透性损失，从而确保裂缝在长期保持较高的导流能力。

这些研究结果对于酸压裂技术的优化具有重要意义。DAP作为一种低成本、高效的化学添加剂，不仅能够增强裂缝面的机械稳定性，还能维持裂缝的导流能力，这对于开发深部或高温高压条件下的碳酸盐岩储层尤为关键。在实际应用中，DAP的使用需要结合地层水的化学特性，通过精确的配方设计和前期处理策略，以避免因不相容性导致的裂缝堵塞和流体不稳定问题。

总的来说，这项研究为DAP在酸压裂技术中的应用提供了重要的实验依据。通过综合分析DAP与多种压裂液成分的相容性、对岩石刚度的提升效果以及对裂缝渗透性的保持能力，研究证明了DAP在碳酸盐岩储层中作为稳定剂的潜力。未来，随着对DAP应用条件的进一步优化和现场实施技术的改进，DAP有望成为酸压裂过程中不可或缺的添加剂，从而显著提升储层的开发效率和经济效益。