柳林地区煤层压裂液伤害评价及应用

压裂增产技术是煤层气开发的重要手段之一。针对鄂尔多斯盆地柳林地区煤层具有储层压力低、渗透率低、孔隙度低和含气饱和度低以及煤层吸附性较强等特点,通过使用短岩心(暂堵)酸化流动仪进行了活性水压裂液、线性胶压裂液、冻胶压裂液和清洁压裂液对煤岩的柳林地区煤岩心渗透率伤害评价实验。实验结果表明,活性水对岩心渗透率的伤害程度最低,为9.82%,清洁压裂液的伤害程度为43.49%,冻胶破胶液压裂液的伤害程度为81%,线性胶压裂液的伤害程度为89.3%,对煤层伤害程度依次为:活性水清洁压裂液冻胶破胶液线性胶。使用优选出的活性水压裂液对现场实施压裂10口井,单井的最大砂比不超过30%,平均砂比15%左右,显示出活性水压裂液的携砂能力满足压裂施工要求,施工成功率接近100%。     

水基压裂液对煤层储气层伤害的室内研究

在煤粉填充物理模型（煤心）上，在室温下考察了过滤活性水，线性胶，滤去残渣的冻胶破胶液对渗透率的伤害。讨论了伤害煤层渗透率的两大因素；压裂液堵塞煤层割理；煤基质吸附压裂液而膨胀，所设计的煤心实验反映后一种因素的影响。实验结果表明，对于两种煤心的渗透率，线性胶的伤害率高达82.7%和91.4%。活性水的伤害率很小，仅为11.5%和3.2%；冻胶破胶液对另外两种煤心渗透率的伤害也相当高，达81.1%和54.5%。这些数据反映水基压裂液对不同煤化阶段煤层的伤害程度有较大差别，以羟丙基瓜尔胶作降阻剂的线性胶，其严重伤害来自吸附膨胀和残渣堵塞两个方面，但在地面压力太高的深井仍需使用此种压裂液，冻胶压裂液极易对煤层造成严重而不能解除的伤害，应慎重选择配方，对于煤层井的压裂，活性水压裂液的伤害最小。     

无残渣甲叉基聚丙烯酰胺压裂液现场试验成果显著

长庆油田和部石油化工科学研究院综合所用高分子聚合物作原料研制甲叉基聚丙烯酰胺无残渣压裂液取得新进展。这种压裂液比常用的水基冻胶压裂液(植物胶)摩阻低、滤失小,对油层伤害少,最突出的优点是残渣低。一般植物胶型水基压裂液的残渣为10%,而甲叉基聚丙烯酰胺压裂液残渣仅为0.2%。使用甲叉基聚丙烯酰胺压裂液在长庆油田13口井40个层次进行了施工试验,平均砂比18.8%,最高达28.6%,成功率100%,用甲叉基压裂的井,产量有明显上升。长     

非常规多目标储层压裂液适应性研究

鄂尔多斯盆地东缘神府-临兴区块在含煤岩系中富含页岩气、致密砂岩气。页岩气、致密砂岩气和煤层气的储层物性、压裂工艺、增产机理、伤害机理等存在较大区别。因此在煤层气、页岩气、致密砂岩气等多目标储层合并压裂时,压裂液的研究应重点考虑施工工艺和储层伤害。通过对比5种水基压裂液性能发现,活性水和滑溜水压裂液黏度低、携砂能力差,适用于大排量、低砂比压裂施工工艺;清洁压裂液存在破胶困难的问题,不适用于非常规气藏压裂;冻胶压裂液残渣含量高、岩心损害率大,对储层污染大。线性胶压裂液具有一定的携砂能力、残渣含量低、储层伤害较小的优点,可满足深部(1 500～2 000 m)非常规多目标储层合层压裂对较大排量和较高砂比的要求。     

实时变黏压裂液在宁武盆地煤层气井的应用

宁武盆地石炭系上统太原组9号煤层在区域内分布稳定,含气量较高,是该区块煤层气勘探开发的主力层位。前期改造过程中多采用活性水压裂液体系,但由于煤层的松散、弱胶结、高滤失性等特点,存在地面施工压力高、波动大、易砂堵等问题,施工成功率仅55.6%,严重影响改造效果。室内研究形成了一种适用于煤层气井压裂的可实时变黏压裂液体系稠化剂HT-1,其具有施工全程黏度可控、在线混配、连续施工、低温破胶、破胶液残渣含量低等特点,提高了压裂液效率和携砂性能,降低了压裂液破胶液对煤层的伤害。现场应用表明,这种可实时变黏压裂液体系在施工过程中性能良好,能够满足设计要求,为该地区煤层气勘探开发提供了重要的技术保障。     

有机锆冻胶压裂液配方体系研究

鉴于胍胶压裂液破胶不彻底、残渣含量高,活性水压裂液流变性能差的缺点,研制了以非离子聚丙烯酰胺聚合物（A-1）作为稠化剂、有机锆（G-1）作为交联剂的冻胶压裂液,考察了pH值、温度、交联比（交联剂与基液体积比）和矿化度对有机锆冻胶压裂液的影响。优选出了有机锆冻胶的典型配方：0.5%A-1+2.5%G-1,并对该配方进行了性能评价。结果表明,锆冻胶压裂液具有低滤失、易破胶、悬砂性能好的特点,在90℃下,初始滤失量仅为16.41×10^-3 m³/m²,滤失系数为6.66×10^-4m/min^1/2,在剪切170 s^-1下剪切2 h后的黏度仍保持在50 mPa·s以上,破胶液对岩心的损害仅为14.88%,适于低渗透油气藏的改造。     

低温压裂液在煤层气井的应用

针对山西煤层气井储层低温、低孔、低渗地质特征,室内优选了低残渣稠化剂、交联剂、助排剂、破胶剂、破胶激活剂等添加剂,形成了低伤害、低温易破胶的压裂液体系,并对其进行了性能评价,发现具有优良的耐温耐剪切性能、破胶彻底、低滤失、低残渣特点。通过现场十多井次的应用证明,该压裂液体系具有携砂效果好、破胶彻底特点,取得良好的施工效果。     

煤层气井用新型活性水压裂液体系研究及应用

为解决常规活性水压裂液在煤层气储层压裂施工中存在水锁损害及煤粉沉积堵塞损害的问题,室内通过防膨剂、防水锁剂以及煤粉悬浮剂的优选及评价,研制了一种适合煤层气井的新型活性水压裂液体系,并对其性能进行了评价。结果表明,该压裂液体系的pH值、密度、表面张力、残渣含量以及对地层水的配伍性等性能指标均能满足行业标准的要求;与干燥煤样相比,经过新型活性水压裂液处理过的煤样对煤层气的解吸量影响不大,说明该压裂液体系具有良好的防水锁损害性能;当温度为60℃时,支撑剂在新型活性水压裂液体系中的沉降速度为0.795 mm/s,说明体系具有较好的携砂性能;另外,该压裂液体系对煤岩心的渗透率损害率小于15%,远小于常规胍胶压裂液的30%左右,具有良好的低损害特性。现场应用结果表明,5口煤层气井使用新型活性水压裂液施工后,日产气量均在1 000 m~3以上,取得了良好的压裂增产效果。     

低伤害压裂液在苏里格气田的应用

苏77区块位于苏里格气田东部,属于典型的低孔、低渗、低压气藏,常规压裂液存在残渣含量高、不易返排、对储层伤害大等不利因素.研制了一种新型低伤害羧甲基瓜胶压裂液,该压裂液稠化剂用量小,比常规瓜胶压裂液的用量减少1/3～1/2;该羧甲基瓜胶水不溶物含量低,比常规瓜胶平均降低90％;压裂液残渣含量低,在105℃下残渣含量小于150 mg/L,仅为常规瓜胶压裂液的30％左右;压裂液弹性优于黏性,携砂性能好,破胶彻底.该压裂液在苏77-17-9H井进行了试验应用,压裂效果显著,其适用于类似苏里格气田的低渗气藏.     

低浓度聚合物压裂液体系研究与应用效果评价

聚合物压裂液冻胶体系在压裂施工过程中会在裂缝中和裂缝壁留下残渣造成储层伤害,降低聚合物浓度可以减轻这种伤害,但又会遇到冻胶体系黏弹性降低支撑剂沉降的问题,因此,研究优选满足携砂要求的低浓度聚合物压裂液体系具有实际意义.用实验方法研究了低浓度聚合物压裂液的增稠剂、交联剂及破胶剂.并评价了压裂液体系的抗温抗剪切性能、流变性能、携砂性能、破胶性能、低伤害性能、防膨性能和滤失性能.实验结果表明,低浓度聚合物压裂液的浓度为常规聚合物压裂液浓度一半时即可满足压裂时的携砂要求,抗温抗剪切性能优于清洁压裂液和常规聚合物压裂液,并且破胶后的残渣量明显减少,降低了对储层的伤害程度,是一种较为环保的低伤害压裂液.     

一种低浓度瓜胶压裂液用pH值调节剂

针对常规的羟丙基瓜胶和有机硼交联剂压裂液体系瓜胶使用量大、残渣多、成本高等问题,通过研究新型交联增效剂,改变交联环境,使有机硼交联剂在胶体体系内可以不断提供交联所需的B（OH）₄-,保证常规羟丙基瓜胶在极限的低浓度下发挥出最高的成胶性能,从而达到降低瓜胶压裂液稠化剂用量、减少压裂液残渣对地层的伤害目的,形成了一系列在45～120℃下,能有效降低瓜胶用量的低浓度压裂液体系。与常规体系相比,羟丙基瓜胶的使用量下降20%～35%,体系的残渣量减少25%～30%,但体系的耐温性能、耐剪切性能,携砂能力不变,可充分保障施工要求,降低了压裂液体系对地层的伤害,也缩短了配液时间和施工成本。      

高温水配制压裂液技术研究与现场应用

苏北盆地阜二段储层原油具有高凝固点、不含沥青质和低含硫的特点，常温水配制压裂液易对储层造成冷伤害。笔者对压裂液冷伤害控制进行了优化，分析了瓜胶在高温水中的分散机理，并用高温水配制了压裂液。考察了高温水对瓜胶压裂液表观黏度、溶胀时间、剪切黏度、悬砂时间、破胶液黏度和岩心伤害等因素的影响，形成了70℃高温水配制热压裂液技术。现场应用表明，高温水配制压裂液技术有效地降低了储层冷伤害，提高了压裂效果。      

高温水配制压裂液技术研究与现场应用

苏北盆地阜二段储层原油具有高凝固点、不含沥青质和低含硫的特点,常温水配制压裂液易对储层造成冷伤害。笔者对压裂液冷伤害控制进行了优化,分析了瓜胶在高温水中的分散机理,并用高温水配制了压裂液。考察了高温水对瓜胶压裂液表观黏度、溶胀时间、剪切黏度、悬砂时间、破胶液黏度和岩心伤害等因素的影响,形成了70℃高温水配制热压裂液技术。现场应用表明,高温水配制压裂液技术有效地降低了储层冷伤害,提高了压裂效果。     

耐高温低浓度瓜胶压裂液研究与应用

在高温、低孔低渗储层压裂改造中,常用的瓜胶压裂液浓度一般为0.45%~0.50%,瓜胶的浓度高,对储层的伤害大,且近年来瓜胶的价格明显上涨,施工费用增加。因此优选了性能优异的超级瓜胶、表面张力小的助排剂,并研制出水解半径大的复合型多头交联剂,最终得到耐高温低浓度瓜胶压裂液,该压裂液瓜胶质量分数为0.30%~0.35%时,耐温达130℃(黏度小于8 m Pa·s),具有破胶彻底、低残渣(117 mg/L)、对岩心的伤害率小于10%、流变性能好等优点。该压裂液在塔河535井现场应用取得了显著效果。     

建南致密砂岩气藏压裂液伤害主控因素

实验测定了建南致密砂岩油气藏羧甲基羟丙基瓜胶压裂液、低聚物压裂液和羟丙基瓜胶压裂液3种压裂液破胶后的黏度、表面张力及残渣含量,发现3种压裂液破胶后的性能参数存在一定的差异。通过测试不同压裂液体系对岩心的总伤害率和基质伤害率并计算出了水锁伤害率,发现岩心的水锁伤害率（65%~80%）远大于基质伤害率（5%~15%）,水锁伤害才是降低储层渗透率的主要伤害来源;且岩心基质伤害率和水锁伤害率不仅与压裂液的性能参数有一定的关系,还与岩心渗透率和岩性存在一定的关系。通过分解实验法逐步分析测定了这些因素对压裂液伤害的影响后得出,压裂液的残渣含量是影响基质伤害的主控因素;岩心渗透率是影响水锁伤害的主控因素。通过解水锁实验发现,严重水锁的岩心通过相应的解水锁措施后,岩心渗透率恢复值高达70以上,说明通过相应措施确实能减小水锁伤害。      

海水基速溶低摩阻胍胶压裂液的研究

海上油田压裂采用海水配制压裂液成为降本增效的有效技术手段,但海水水质具有硬度高、矿化度高等问题。针对此问题,笔者将胍胶原粉分子重建物理改性,并经羟丙基化学改性,取代度0.45的两次改性胍胶在海水环境中3 min增黏速率达90%,相比普通同取代度的羟丙基胍胶,分子重建羟丙基胍胶在海水中增黏速度明显提升。交联剂通过对比,优选树状大分子有机硼交联剂,由于硼原子在交联过程中扩散速率降低,在应用阻垢剂基础上交联胍胶过程中可实现延迟交联,形成的冻胶微观网格尺寸平均40～55 nm,比小分子络合硼交联冻胶网格尺寸大,有效延迟交联速度,降低压裂摩阻。由分子重建羟丙基胍胶、树状大分子有机硼交联剂制备的海水基压裂液经在120℃剪切,2 h的流变性能为200 mPa·s,大于行业标准,降阻率可达80%,黏弹性能高于一般小分子络合硼交联胍胶。      

可回收再利用的低分子胍胶压裂液技术研究

为解决压裂作业水资源缺乏和返排液难处理的问题,利用pH值控制硼酸盐离解平衡移动原理来改变胍胶压裂液的交联状态,使其在酸性条件下非降解性破胶,胍胶分子结构不被破坏,可实现重复交联。采用生物降解技术,对胍胶进行降解,通过控制降解条件来控制胍胶的降解程度,从而控制胍胶的相对分子质量,制备出了相对分子质量为30×104~50×104、在硼酸盐条件下可交联的低分子胍胶,其水溶液黏度较低,水不溶物质量分数≤4%。并以某固体酸为囊芯、在水中可逐渐溶解的某高聚物为囊衣,采用空气悬浮成膜法制备出了一种胶囊破胶剂,在地面条件下显中性,保证胍胶压裂液顺利交联,而在地层温度和压力条件下逐渐释放出固体酸物质对压裂液非降解性破胶。以低分子胍胶为稠化剂,包裹固体酸的胶囊为破胶剂,开发出了可回收再利用的低分子胍胶压裂液,在四川须家河组储层改造中得到了广泛应用,对返排出的压裂液进行了回收再利用,节能减排效果显著。     

改性生物胶压裂液的制备与应用

针对生物胶存在用量高、耐温能力差等问题,通过醚化反应改性得到一种具有分子缔合能力的生物胶FAD-120,形成适合70~130℃致密储层的压裂液体系。研究表明:体系具有速溶、适应高矿化度水、低摩阻、携砂性能强、残渣低、伤害小、安全环保等特点,与瓜胶压裂液相比,具有配方简单、配制方便、水质适应性强、成本低等特点。该体系在长庆油田池228区块现场试验,使用矿化度为3 334 mg/L浅层地下水配液,实现最高砂比为25%,同区块单井加砂量与瓜胶压裂液加砂量相近。生物胶FAD-120压裂液现场应用的成功,对扩大压裂液配液水源、降低压裂液成本以及保障大规模体积改造的顺利实施有重要意义。      

加重压裂液用聚合物稠化剂合成及性能

加重压裂液是解决施工压力过高的有效手段之一，普通瓜胶加重压裂液残渣含量较高、对地层伤害较大，而VES类压裂液又受到使用温度的限制，无法应用于高温井压裂施工。针对上述问题，利用水溶液聚合法合成了一种AM/CnDMAAC/NVP超分子聚合物BC40。通过对特性黏数和溶解性能的评价，结合正交实验与单因素法对聚合条件进行了优化，得到最佳聚合条件为:聚合单体总浓度为30%、引发剂浓度为0.12%，聚合温度为35℃，通氮排氧1 h，反应时间5 h。BC40在甲酸钠加重的水溶液中具有良好的增黏能力。配制不同密度的加重压裂液在120℃、170 s-1条件下剪切2 h，表观黏度稳定在30 mPa · s以上，表现出良好的耐温耐剪切性能；向不同密度的加重压裂液中加入破胶剂，在95℃下均可破胶，得到的破胶液表面张力低，破胶后残渣含量低，对地层伤害小。      

加重压裂液用聚合物稠化剂合成及性能

加重压裂液是解决施工压力过高的有效手段之一,普通瓜胶加重压裂液残渣含量较高、对地层伤害较大,而VES类压裂液又受到使用温度的限制,无法应用于高温井压裂施工。针对上述问题,利用水溶液聚合法合成了一种AM/CnDMAAC/NVP超分子聚合物BC40。通过对特性黏数和溶解性能的评价,结合正交实验与单因素法对聚合条件进行了优化,得到最佳聚合条件为：聚合单体总浓度为30%、引发剂浓度为0.12%,聚合温度为35℃,通氮排氧1 h,反应时间5 h。BC40在甲酸钠加重的水溶液中具有良好的增黏能力。配制不同密度的加重压裂液在120℃、170 s-1条件下剪切2 h,表观黏度稳定在30 mPa · s以上,表现出良好的耐温耐剪切性能;向不同密度的加重压裂液中加入破胶剂,在95℃下均可破胶,得到的破胶液表面张力低,破胶后残渣含量低,对地层伤害小。