无聚合物水力压裂液

实施水力压裂措施后,遗留在裂缝中的聚合物残渣降低了压裂效果,本文讲述了一种新型、易配制的无聚合物压裂液,该压裂液由衍生于长链脂肪酸的季铵盐组成。在盐水中,该压裂液可形成高度缠结的螺旋状胶束,从而变稠。此类胶束整体结构与聚合物链相似。由于这种压裂液的粘度取决于胶束的性质,因此,可通过改变其胶束结构进行破胶。该压裂液接触到碳氢化合物、或用地层水稀释后就发生破胶。因此,不需要使用常规的破胶剂,采出的油或气就可作为该压裂液体系的破胶剂。本文研究了这种无聚合物表面活性剂压裂液的结构特点与其化学物理特性间的关系,并介绍了该压裂液的结构、流变性、滤失性、传导性及其增产数据。     

粘弹性表面活性剂压裂液的化学和流变学原理

综述。前言讲述了压裂液发展史及粘弹性表面活性剂（VES）压裂液的产生。微观结构原理一节讲述了表面活性剂肢束的各种形态、可形成蠕虫状肢束的各类表面活性刺，尤其是美国Schlumberger公司的ClearFrac压裂液中使用的由芥酸合成的季铵盐类。稠化原理一节给出了蠕虫状肢束数量C（L）和平均长度艺表达式，讨论了表面活性剂体积分数、温度、肢束分离能对L的影响，图示了VES压裂液稠化过程。破肢原理一节介绍了烃等油类和亲油物质在蠕虫状胶束内增溶，引起VES压裂液破肢的过程。图3参15。     

无聚合物压裂液

压裂后聚合物残渣残留在裂缝中,影响了压裂处理效果。一种新型的容易配制的表面活性剂基液无聚合物压裂液（Ｃｌｅａｒ－ＦＲＡＣＴＭ）是由长链脂肪酸衍生出来的季铵盐组成。在盐水中,季铵盐分子形成独特的类似于蚯蚓状或杆状的胶束。胶束与聚合物链结构大体相似。压裂液的粘度是由胶束的性质来决定的。由于胶束结构的改变,压裂液可破胶。当压裂液遇到碳氢化合物或地层水稀释时出现破胶。因此,不需要常规的破胶剂,开采出的油或气在该压裂液中起到破胶作用。该文中涉及到粘弹性表面活性剂基液的结构特征与化学物质和物理性质之间的关系。介绍该压裂液结构、流变性、滤失性能、导流能力以及现场实例。     

压裂用黏弹性表面活性剂VES-J的合成

清洁压裂液（VES）主要是采用季铵盐类表面活性剂，但常规VES存在刺激性大和由于吸附使储集层发生润湿反转带来伤害2大问题。研究表明这2个问题可以通过分子设计来尽量避免。在理论研究和分析的基础上合成了黏弹性表面活性剂VES-J，并通过测定在不同温度和不同水杨酸钠加量下体系水溶液黏度得出了压裂液配方。该压裂液配方在70℃、170s^-1下表观黏度达到100mPa·s，具有较好的耐剪切能力和优异的破胶能力，破胶后均无残渣，对地层伤害很小。     

清洁压裂液研究进展

清洁压裂液是一种无聚合物的黏弹性液体。其稠化剂为特定的表面活性剂,这些表面活性剂分子溶解在盐水中会形成棒状胶束,依靠胶束间相互缠绕形成的三维网状结构达到有效携砂;烃类物质能破坏表面活性剂的胶束结构,不需要外加破胶剂。因此,清洁压裂液的交联、携砂和破胶等原理都不同于常规压裂液。本文综述了清洁压裂液的增稠原理、流变性能、破胶性能,以及未来发展趋势。     

粘弹性清洁压裂液的作用机理和现场应用

常规水基压裂液破胶后具有较高的残渣量,对支撑裂缝伤害较大,在一定程度上影响了油气田的产量.研究开发出了新型的VES清洁压裂液体系,它是由VES粘弹性表面活性剂和水或盐水组成.该压裂液集粘弹性、抗剪切性、自动破胶性于一体.通过分析VES清洁压裂液的粘弹性形成机理、抗剪切机理、携砂机理、破胶机理、滤失机理、伤害机理,表明粘弹性清洁压裂液具有独特的分子结构和独特的流变性能,它具有配制简便,使用添加剂种类少,不存在残渣,对储层伤害小等特点.现场实验表明,清洁压裂液具有破胶性能,施工摩阻低,携砂能力强,可有效地控制缝高.与使用水基压裂液的邻井相比,粘弹性清洁压裂液压裂施工后增产效果明显.     

中高温粘弹性压裂液体系性能研究

由长链脂肪酸合成了甜菜碱类的表面活性剂CFN（有效物≥50％），对用该种表面活性剂及其他辅剂配制的新型压裂液体系性能进行了研究。结果表明：该体系具有良好的粘弹性、悬砂性能、低温溶解性能以及抗温稳定性能；该体系在特种催化剂作用下可降解破胶，破胶液粘度与盐水相近，具有良好的市场应用前景。     

中高密度粘弹性表面活性剂压裂液的研制与应用

青海涩北气藏地层压力系数在1.3左右,盐敏性强,临界矿化度为8×104mg/L.针对该气藏及类似油气藏研制了中高密度(1.05～1.70 g/cm3)VES压裂液.讨论了VES压裂液的形成及破胶机理.压裂液密度由盐水提供,给出了盐水密度与无机盐种类、浓度关系式.所用表面活性剂是专门研制的,代号CFP-Ⅲ,在基本配方中用量15～40 g/L.密度1.30 g/cm3、CFP-Ⅲ浓度30 g/L的VES压裂液的性能如下20℃下的流变性显示剪切变稀特性;在20～45℃粘度基本恒定,在45～90℃粘度随温度上升而增大,＞90℃后粘度下降,在110℃时为53 mPa·s,因此该VES压裂液可用于120℃地层;在20℃、170 s-1下剪切60分钟使粘度降低25%,继续剪切时粘度不变;加入0.5%多烃类处理剂时彻底破胶,破胶液粘度与盐水相当;对储层岩心渗透率的伤害率仅为6.08%～11.14%.使用该VES压裂液在涩北13口气井进行压裂防砂先导性试验,气井不出砂日产气量增加75%～180%;给出了一口井的施工参数曲线图.图7表1参6.     

清洁压裂液室内评价

以自制季铵盐表面活性剂与水杨酸钠水溶液按一定比例混合,制备了清洁压裂液。对该压裂液的热稳定性、滤失性、破胶性和对地层伤害性进行了室内评价。结果表明,该清洁压裂液粘弹性好,能自动破胶无需使用破胶剂,对地层伤害小,配制简单,易于现场应用。     

耐温VES压裂液SCF的性能

长链脂肪酸在酸存在下与胺缩合再经季铵化,得到季铵盐型表面活性剂,引入无机和有机阴离子,得到粘弹性表面活性剂,溶于水中制成VES压裂液SCF。测定了体积分数4.0%的SCF压裂液170s-1下40～150℃的粘温曲线,温度升至150℃时粘度为68mPa·s,降温至90℃并维持130min后粘度为88mPa·s;在130℃剪切95min时粘度>80mPa·s,在150℃剪切45min时粘度～70mPa·s。在60℃、100～500s-1区间,上行和下行粘度～剪切速率曲线几乎重叠。少量水和互溶剂、少量原油、大量水可使SCF压裂液完全破胶。残渣率为176mg/L。砂比为10%时,粒径0.5～0.8mm石英砂在SCF压裂液中的悬浮率>90%。SCF压裂液对粘土的防膨率为80.5%。在原油与SCF体积比为1∶4和1∶1时,原油30℃粘度由1832mPa·s分别降至100和48.7mPa·s。图4表2参1。     

粘弹性表面活性剂压裂液的研究应用现状分析

粘弹性表面活性剂(VES)压裂液(又称为清洁压裂液)的使用改变了传统聚合物压裂液生产操作方式,可以减少传统压裂液对地层的损害和污染。归纳了目前国内现有的VES压裂液体系的组成、作用机理、研究现状及应用情况,总结了清洁压裂液性具有高效、低伤害、配制简单的特点,最后对目前我国开展清洁压裂液的研究提出了一些建议。     

粘弹性表面活性剂胶束酸在砂岩储层分流酸化中的应用

粘弹性表面活性剂(VES)技术已在碳酸盐岩油气藏压裂、酸化中得到成功的应用,同样VES技术可应用于砂岩酸化。实验合成出新型粘弹性表面活性剂-芥子酰胺丙基甜菜碱(SAP-BET),由于SAP-BET为具有很长疏水碳链的两性粘弹性表面活性剂,所以用其配制的胶束流体具有良好的粘弹性行为,可用其配制具有自主分流、控滤失等特性的酸液或清洁压裂液。根据粘性表皮系数,建立了砂岩VES胶束流体分流酸化技术。该酸化工艺适合高温非均质多层砂岩油藏分流酸化。     

压裂液用有机钛螯合物交联剂

本文介绍了有机钛整合物交联剂的化学组成、性质、交联机理,比较了TiTE、TiLA和TiAA三种不同类型的有机钛螯合物及七种商品有机钛交联剂的耐温能力。三种有机钛螯合物中,以TiTE螯合物的耐温能力最强,国内五种商品有机钛交联剂中,以万庄1号及万庄2号耐温能力最高,但比国外的DX-500耐温能力要低。在现场试验中观测到的万庄1号有机钛交联剂的耐温能力,与实验室实测结果一致。     

天然气对清洁压裂液的破胶实验

黏弹性表面活性剂(VES）清洁压裂液由于低伤害等特点已广泛应用于压裂与防砂等作业。原油和地层水对VES破胶机理与实验研究已相当充分，但天然气对VES的破胶作用至今无公开的实验数据，影响了清洁压裂液在气井改造中的推广应用。为此设计了一套实验流程，通过流变仪测量VES内充入天然气后的黏度变化，评价了天然气和套管伴生气对３种VES压裂液的影响。实验证明，不同类型的VES被天然气降黏幅度存在较大差别，降黏幅度随天然气的压力升高而提高，随天然气中Ｃ₂以上成分含量的提高而增高。实验评价的阳离子型和两性离子型的VES可在低压下大幅度被天然气降黏，而阴离子型降黏需要较高压力。二氧化碳对降黏阴离子型的VES有一定影响，而对阳离子型和两性离子型的VES没有影响。被天然气降黏后的VES经过真空脱气后，黏度不能恢复，说明真空条件不能破坏天然气与VES的胶束结构，经天然气破胶的VES重复利用还存在技术困难。     

胜利油田开发和应用的水基压裂液及其添加剂

本文综述了胜利油田开发和应用的各种压裂液及其添加剂并作了分析讨论。     

黏弹性表面活性剂压裂液流变性研究

鉴于早期VES压裂液在现场应用中存在的问题,制备了VES-SL黏弹性表面活性剂压裂液并研究了其流变性。VES-SL黏弹性表面活性剂由SL表面活性剂和助剂Ⅰ合成,SL表面活性剂烃基结构对VES-SL压裂液黏度的影响较小,SL表面活性剂的浓度较低时,VES-SL压裂液仍然保持较高的黏度,助剂Ⅰ的使用可以明显提高VES-SL压裂液的黏度,无机盐在一定浓度范围内对压裂液有增黏作用。VES-SL压裂液的抗热降解和剪切降解的能力强于HPG压裂液,且具有很好的流动性。实验结果表明,该压裂液黏度高、成本低,对岩心基质伤害率低,因此,其性能明显优于HPG压裂液。胜利油田营543区块现场试验效果对比表明,VES-SL压裂液的性能明显优于HPG压裂液,取得了良好的增油效果。图6表2参11     

压裂液优化设计与应用技术

压裂开发和区块整体压裂要求压裂液在低成本投入下,既能满足油藏特点和工艺技术要求,又能最大限度地减少压裂液对支撑裂缝导流能力的影响。介绍了压裂液优化设计技术,即压裂液及其添加剂优选、压裂过程的温度场计算、压裂液植物胶分散水合及充分增粘、压裂液变组分配方性能优化等。该技术是将同一口井的压裂液根据需要设计成不同阶段、不同组分,精确控制各种添加剂的加入使压裂液性能达到优化。室内实验结果表明,相同条件的压裂液,常规使用和按压裂液优化设计变化组分使用岩心的动态滤失伤害可由40％降到14％。该项技术在吐哈鄯善油田整体重复压裂中应用成功,效益显著。     

香豆胶水基压裂液研究与应用

介绍了香豆胶化学组成和分子结构、香豆胶稠化剂主要性能、香豆胶压裂液组成和主要特性以及香豆胶压裂液在高温、超深井的现场应用情况.室内研究和现场应用表明,香豆胶性能优异、水不溶物低、增粘能力强、易交联、成本低,形成的水基冻胶粘度高、摩阻低、残渣少,可满足高温、深井油藏和复杂压裂工艺的要求。     

BCG-1深井加重清洁压裂液体系

对于埋藏深、低渗透和温度高的储层进行压裂改造施工时,抗高温硼交联改性瓜胶压裂液体系存在摩阻高、残渣不能消除的问题。在实验室中合成了一种具有一定水解度的以丙烯酰胺和离子功能单体为主链的聚合物压裂液稠化剂,通过对添加剂进行优选,形成了一种BCG-1加重清洁压裂液体系。室内实验结果表明:BCG-1加重压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性,在160℃、170 s-1条件下剪切120 min,压裂液黏度保持在57 mPa·s以上,且该压裂液配方实验重复性好。用自行设计并研制的多功能流动回路摩阻测试仪对BCG-1加重压裂液进行摩阻测试,实验采用8 mm测试管径,测试数据显示,体系增效剂ZJFA-1具有很好的降低BCG-1压裂液体系摩阻的特性;NaNO₃加重剂对该体系摩阻性能基本无影响;体系破胶性能好,破胶液黏度小于21 mPa·s,残渣含量小于5 mg/L,具备清洁压裂液的特性。