多尺度体积压裂支撑剂导流能力实验研究及应用

裂缝有效导流能力是评价压裂施工效果的主要参数,也是影响压裂增产效果的最重要因素之一。设计了多尺度裂缝导流能力实验方法,采用单一粒径和组合粒径的铺置方式,研究了闭合压力、粒径组合方式、铺砂浓度及应力循化加载条等因素对多尺度主裂缝及分支缝内支撑剂的导流能力变化的影响。实验研究结果表明:随着闭合压力增加,大粒径支撑剂与小粒径支撑剂的导流能力差距逐渐变小,主裂缝及分支缝内支撑剂导流能力逐渐降低,而且这种降低趋势存在明显的转折点。组合粒径铺置条件下,主裂缝及分支缝内支撑剂组合均存在最优的组合方式。主裂缝及分支缝内支撑剂铺置砂浓度越高,导流能力也越高;随着闭合压力增大,高浓度铺砂与低浓度铺砂条件下的导流能力差距逐渐变小。应力加载破坏对支撑剂导流能力的影响是不可逆的。现场应用表明,在满足压裂工艺要求前提下,通过支撑剂组合方式及加砂方式的合理优化,可有效提高裂缝导流能力及压后产量。研究结果为体积压裂方案优化及现场施工提供基础数据依据。      

富钙页岩油气压裂用酸性滑溜水体系

常规滑溜水防膨效果不理想,无溶蚀钙质功能,在非海相页岩储层压裂效果不理想,亟需开发一种集降阻、溶蚀、造缝、防膨及携砂一体的新型多功能滑溜水体系。本研究合成了一种新型耐酸型减阻剂,在酸中具有良好的增黏和稳定性能,优选了防膨和缓蚀双重功能缓蚀剂,大幅度提高体系防膨性能,加入黏土稳定剂和助排剂形成了多功能酸性滑溜水压裂体系。研究结果表明:该酸性滑溜水室内降阻率可达69%,防膨率大于90%,表面张力小于28 mN/m,腐蚀速率小于5 g·m-2/h,满足各项性能要求。经现场实验,表现出较好的降压降阻效果,在裂缝中起到了溶蚀扩缝降压作用,具有良好的推广应用前景。      

富钙页岩油气压裂用酸性滑溜水体系

常规滑溜水防膨效果不理想,无溶蚀钙质功能,在非海相页岩储层压裂效果不理想,亟需开发一种集降阻、溶蚀、造缝、防膨及携砂一体的新型多功能滑溜水体系。本研究合成了一种新型耐酸型减阻剂,在酸中具有良好的增黏和稳定性能,优选了防膨和缓蚀双重功能缓蚀剂,大幅度提高体系防膨性能,加入黏土稳定剂和助排剂形成了多功能酸性滑溜水压裂体系。研究结果表明：该酸性滑溜水室内降阻率可达69%,防膨率大于90%,表面张力小于28 mN/m,腐蚀速率小于5 g·m-2/h,满足各项性能要求。经现场实验,表现出较好的降压降阻效果,在裂缝中起到了溶蚀扩缝降压作用,具有良好的推广应用前景。     

页岩气压裂用滑溜水胶液一体化稠化剂研究

为了提高页岩气现场配液施工效率,降低不同压裂液间配伍性对压裂液性能的影响,利用AM、DMC、DMDB为原料,采用混合胶束水溶液聚合,合成一种滑溜水胶液一体化用稠化剂。用管路摩阻仪和高温流变仪对滑溜水体系降阻性能和组装压裂液体系耐温耐剪切性能进行评价。结果表明,该疏水缔合聚合物溶解时间小于2 min,0. 1%的滑溜水黏度达到10 m Pa·s,降阻率为65. 7%,组装压裂液在90℃,170 s~(-1)条件下剪切2 h,表观黏度大于50 m Pa·s。滑溜水和胶液具有良好的降阻效果及耐温耐剪切性,能够满足滑溜水和压裂液在线混配的要求,可以实现滑溜水胶液一体化。     

压裂液悬砂及支撑剂沉降机理实验研究

压裂液的携砂性能优劣直接影响着支撑剂在裂缝中的输送铺置效果及压后裂缝的有效导流能力。研制了“XS-I型”压裂液悬砂及支撑剂沉降物理模拟实验装置;开展了3种陶粒支撑剂（70/140目、40/70目、30/50目）在SRFP-1型压裂液中的悬砂特性研究,分析了支撑剂在携砂液中的沉降量、沉降速率以及二者随沉降时间的变化规律,得出影响压裂液悬砂性能的主控因素。实验研究表明,携砂液中支撑剂沉降分为快速沉降、缓慢沉降、稳定平衡3个阶段。压裂液黏度是影响压裂液悬砂性能的最主要因素,其次是支撑剂粒径、携砂液砂比。低黏度压裂液仅对70/140目支撑剂有一定悬浮能力（支撑剂充分沉降时间10～20 min）,对40/70目和30/50目的支撑剂悬浮性能较差（支撑剂充分沉降时间仅为1.0 min～5.5min）,整体悬砂能力较差。中黏度压裂液对70/140目支撑剂悬浮效果好（仅有9.9%～11.1%的支撑剂沉降）,在小于15%砂比下对40/70目及30/50目支撑剂有较好的悬浮能力（支撑剂充分沉降时间80 min～240 min）。中高黏度压裂液中,大粒径（30/50目）支撑剂在高砂比（25%～30%）条件下加入,也仅有12%～13.1%的支撑剂沉降,悬砂性能优,适宜作为主加砂阶段的携砂液。研究结果丰富了压裂液悬砂能力测试方法及支撑剂优选评价手段,为压裂液、压裂施工参数的优化及支撑剂的优选,提供基础数据依据。      

改性硅酮CO2增稠剂对流体流变性和驱油效率的影响

在压裂过程中,液态CO₂压裂液的压裂性能发生了很大的变化。为了改善CO₂压裂效果,提高CO₂对页岩中原油的置换效率,提出合成硅酮CO₂增稠剂的新思路：通过开环聚合和硅氢化反应,将亲CO₂短链引入聚合物主链分子间,形成空间网状结构。研究了CO₂增稠剂对流体黏度、流变特性和驱油效率的影响。结果表明,增稠剂加量和相对分子质量均能显著改善CO₂流体的流变性,其稠度系数随增稠剂加量的增加而增大,而流变性指数呈下降趋势。当体系压力超过12 MPa后,三维网状结构的稳定性加强,表观黏度增加。相比超临界CO₂驱,增稠CO₂流体能提高0.01μm以上孔隙中原油的动用效率,提高驱油效率12.23百分点。研究结果为改进CO₂压裂工艺和CO₂增稠剂的分子设计提供了技术参考。     

反相乳液型减阻剂及滑溜水体系的研发与应用

由于常规压裂液降阻效果差,对储层伤害大,为了大幅度降低施工摩阻,降低施工压力,改善压裂改造效果,采用反相乳液聚合法合成了一种用于压裂的反相乳液型减阻剂,并以其为主剂,与优选出的配伍性能好、协同效应好的黏土稳定剂、助排剂等复配形成了一种新型滑溜水体系。室内试验表明:0.10%~0.15%反相乳液型减阻剂溶液的减阻率达到65%以上;新型滑溜水体系的减阻率达到65%,且具有较高的防膨胀和助排性能,较好的耐温抗盐性能。新型滑溜水体系已在青海、江汉、华北等油田薄互致密储层压裂和页岩油气井分段压裂中进行了应用,表现出了良好的特性,获得了良好的改造效果。该体系能够满足页岩油气储层及致密储层压裂的需要,且能降低大型压裂的施工成本。      

压裂多级裂缝内流量分布规律

当前,以页岩油气为主的非常规油气藏开发力度日益加大,水力压裂是开发该类储层的核心技术。在该类储层的开发过程中,往往采用多级复杂裂缝压裂技术,但目前针对压裂过程中各级裂缝内流量分布规律研究甚少,而该规律对认识裂缝、指导压裂方案至关重要。为了研究压裂过程中多级裂缝内的流量分布规律,自主研制了多级裂缝系统有效输砂模拟实验装置,在模拟多级裂缝情况下,开展了不同压裂液黏度、支撑剂粒径、注入排量、砂比等因素对各级裂缝内流量的影响规律实验研究。研究结果表明,各级裂缝中流量占比逐级减小,主裂缝占比平均为64.63%,一级分支缝平均为22.14%,二级分支缝平均为13.23%;各级裂缝中流量分布比例主要受总流量大小影响,流量越大,主裂缝中流量占比越高,分支缝中流量占比越低,其次依次为支撑剂粒径、压裂液黏度和砂比。通过研究形成了一套多级裂缝内流量分布规律评价方法,揭示了各级裂缝内流量分布规律,为认识裂缝、优化压裂设计方案提供了依据。