甘谷驿油田低浓度瓜尔胶压裂液体系应用

甘谷驿油田储层属于特低孔特低渗储层,油井投产及增产措施主要依靠压裂措施。压裂施工使用的压裂液体系以水基低温羟丙基瓜尔胶为主,占90%以上。近年来原油价格持续走低,降本增效成为各油田的主要任务,甘谷驿油田通过降低压裂液羟丙基瓜尔胶的加入浓度,在降低储层改造费用的同时,也降低了压裂液对储层的伤害,降低了水处理的难度。该体系将羟丙基瓜尔胶的使用浓度由0.35%降低到0.25%,保持压裂液的黏度大于140 m Pa·s。2013年至2016年四年时间压裂措施共计1 600井次,施工压裂平稳,砂比40%~45%,均顺利完成施工,且增产效果较好。     

压裂液屈服应力实验研究

压裂施工过程中裂缝内浓缩的压裂液具有较高的屈服应力,会导致压裂液返排效率低,有效缝长短。实验原理基于虎克定律,压裂液屈服前的应力与应变为线性关系;当其偏离线性关系时,压裂液屈服。采用自制实验装置考察了瓜尔胶与破胶剂浓度对压裂液屈服应力的影响。实验结果表明,瓜尔胶浓度较低时,压裂液屈服应力较小,瓜尔胶浓度4.8g/L时的屈服应力仅为0.329Pa;随着瓜尔胶浓度的增加,压裂液屈服应力迅速增大,瓜尔胶浓度为24g/L时,屈服应力增至63.292Pa。在压裂液中加入破胶剂可以有效减小压裂液的屈服应力。压裂液屈服应力为0时,瓜尔胶浓度与所需破胶剂量的关系近似为线性关系,瓜尔胶浓度越高所需破胶剂量越大。     

低浓度羟丙基瓜尔胶压裂液体系的研究

为有效控制和降低压裂液对储层的伤害,进一步提高压裂液效果,降低压裂成本,开发了满足低渗透储层压裂需要的低质量分数、低残渣、低伤害的胍胶压裂液体系。该压裂液体系胍胶浓度为0.35%,交联剂用量为0.50%,破胶后残渣为144 mg/L,破胶剂用量为0.008%,破胶时间为3 h,与常规胍胶体系相比破胶残渣下降率为51.52%,起泡剂、黏土稳定剂、助排剂用量均为0.50%,温度稳定剂为0.10%。流变等研究分析结果表明该体系具有良好的抗温抗剪切能力,当温度达到140℃时黏度大于100 m Pa·s,在170 s~(-1)剪切90 min后黏度大于80 m Pa·s。通过对岩心伤害率与静态滤失进行研究发现伤害率下降均大于50%,静态滤失较小,有利于降低对储层的伤害。     

酸性条件下瓜尔胶交联体系研究

实施注二氧化碳气驱的低渗透油藏在多次压裂的过程中会出现地层酸化,导致瓜尔胶压裂液无法交联。针对这一问题,以羟丙基瓜尔胶HPG为主剂、HPAM为辅剂,采用甲醛预处理聚合物,在模拟酸性条件下对交联体系的交联剂种类进行了优选,通过研究交联剂、稠化剂用量、反应时间等因素对体系交联效果的影响研发了一种酸性条件下的交联体系,并考察了该交联体系的成胶性能和携砂性能。研究结果表明,在酸性(pH=3数5)条件下,交联体系的最佳配方为:HPG用量1.6%、HPAM用量0.2%、甲醛用量0.3%、间苯二酚0.5 g/L,甲醛预处理时间为3数5 h;该体系交联前的黏度为100 m Pa·s,流动性好,在65℃条件下交联反应5 h后的黏度高达2000m Pa·s,成胶性能良好;该体系具有良好的携砂性能,在65℃下支撑剂在交联前体系中的沉降速率是在交联后体系中的31倍。     

压裂液增稠剂双羧基甲基瓜尔胶的合成及性能

为满足不断增加的酸性压裂液应用需求,以氯代丙二酸钠为醚化剂合成了取代度(DS)分别为0.08, 0.11, 0.18的双羧基甲基取代瓜尔胶,考察了由该类瓜尔胶制备的酸性压裂液体系的性能。结果表明：DS对基液增稠速率没有明显影响;DS为0.08的增稠剂制备的冻胶交联密度不足,无法形成有效交联;DS为0.11的增稠剂制备的冻胶能挑挂、能吐舌;DS为0.18的增稠剂制备的冻胶弹性差、易碎。采用DS为0.11的增稠剂,随使用浓度增加,冻胶微观网络变得更加致密。0.40%,0.50%浓度制备的冻胶能够满足90℃,170 s^-1耐温耐剪切要求。300μg/g破胶剂加量下,1 h即可彻底破胶,破胶液表面张力26.1 mN/m,与煤油的界面张力0.51 mN/m,残渣含量186 mg/L,满足压裂液破胶要求。     

酶降解制备小分子瓜尔胶

由于压裂液中的稠化剂以大分子化合物为主,以致压裂液残渣对地层伤害严重,影响到压裂后的增产效果。降低残渣伤害最有效的办法是降低稠化剂的分子量。本文通过酶降解的方法,在较少工艺流程和无溶剂的情况下,控制温度为40~50℃、酶加量3.5 u/mL、降解2 h即可得到满足油田压裂改造需要的较小分子量瓜尔胶。降解后瓜尔胶的重均分子量为4.25×10⁵ g/mol,压裂液黏度为27 mPa·s。瓜尔胶降解前后的红外光谱表明酶降解使瓜尔胶长链分子断裂成较小分子量的链段。小分子瓜尔胶压裂液（3.5 g/L）与有机硼交联剂交联形成的冻胶在100℃、170 s^-1下连续剪切2 h后,黏度大于80 mPa·s,抗剪切性较好。该压裂液的残渣为96 mg/L,仅为普通瓜尔胶压裂液残渣的1/4。     

影响瓜尔胶增黏性能的因素研究

研究了影响瓜尔胶增黏性能的几个因素,认为瓜尔胶分子分支程度越高,水溶速度就会加快,黏度就会提高;碱性条件下,瓜尔胶的水合速度增大,瓜尔胶液黏度也随之增加;压裂液助剂对瓜尔胶增黏性能有略微的影响,增黏速度与助剂的酸碱性有关;搅拌时间越长,瓜尔胶的交联性能越好,较好的HPG在搅拌3min后交联挑挂性能非常好,其中瓜尔胶平均分子量对增黏性能的贡献最大。对不同厂家样品的增粘性能分析结果由好到次排序。     

影响羟丙基瓜尔胶HPG性能的因素

在瓜尔产改性，即制备羟基丙基尔胶的过程中，降低水不溶剂合量与保持粘度之间存在着矛盾，因此必须对反应物的加量和反应条件进行优化试验，研究影响羟丙基瓜尔胶产品性能的因素，考察了改变碱的加量，水的加量，反应温度，反应时间及环氧乙烷的加量对改性瓜尔胶水不溶物含量的影响。试验结果表明，影响瓜尔胶改性产品性质的因素很多，其中的关键因素是碱的加量，碱的加量越大，水不溶物含量越高，但相应地改性瓜尔胶粘度受到的影响也越大，因此了得到较低的水不溶物含量和较高的粘度，碱的加量应控制在10％以内，反应物中必须加入一些水，以保证瓜尔胶稍微膨胀，但是过多的水会使瓜尔胶增粘，导致改性瓜尔胶粘度下降，合适的醇水比例为3：1＝4：1左右，环氧乙烷的加量越大，水不溶物含量越低，但增加到一定量时对水不溶物含量降低不明显，却会降低产品的粘度，所以较适宜的环氧乙烷加量为10mL，反应温度和反应时间也是控制产品质量的重要，合适的反应时间为4h，合适的反应温度为60℃，在这样的条件下有使瓜尔胶改性产品的水溶物含量从25％降到8％以下。     

高温低伤害的有机硼锆CZB-03交联羟丙基瓜尔胶压裂液研究

实验研究了有机硼锆交联剂CZB 0 3(有机锆交联剂OZ 1用一种复合吸附抑制剂处理后与等质量的有机硼交联剂OB 2 0 0的复配物 )与HPG的交联性能、冻胶耐温性和伤害性 ,实验体系为加有 0 .3%复合添加剂CA 0 3的0 .6 %HPG/CZB 0 3压裂液。该体系的最佳pH值为 9～ 11,适宜交联比为 10 0∶0 .3～ 0 .4 ,在温度≤ 4 0℃时延缓交联时间为 2～ 4min。该体系的耐温性高于 16 0℃ ,在 16 0℃、170s-1剪切 12 0min ,粘度保持 10 0mPa·s以上。该体系的滤失控制性能较好 ,加入 1%降滤失剂ZJ 1可使 16 0℃、3.5MPa滤失系数C3 (m/min0 .5)由 9.19× 10 -4降到6 .98× 10 -4。加入 0 .0 4 %专用破胶剂EB 0 3,在 16 0℃放置 2h后破胶液粘度为 5 .2mPa·s。CZB 0 3压裂液对支撑裂缝导流能力的伤害远小于OZ 1压裂液 ,略高于OB 2 0 0压裂液 ,在室温和 4 0～ 70MPa下 ,CZB 0 3,OZ 1,OB 2 0 0交联HPG压裂液的伤害率分别在 13.8%～ 16 .1% ,4 9.8%～ 5 1.2 % ,9.1%～ 11.7% ,平均值分别为 14 .7% ,5 0 .4 % ,10 .6 %。图 3表 3参 2。     

延迟破胶压裂液的研究与应用

低渗油田往往需要采用水力压裂来沟通天然裂缝和水力裂缝，以维持油井有效地生产。然而，要在苛刻的井底环境条件下成功地完成压裂，需要有性能优越的压裂液。本文介绍一种新型的延迟破胶压裂液工艺技术，使压裂液的性能得到改善。     

油田压裂用羟丙基胍胶的合成及性能评价

主要介绍了油田用羟丙基胍胶实验室制备方法。考察了胍胶含量对压裂液中水不溶物含量的影响,交联剂对胍胶压裂液粘度的影响,羟丙基胍胶压裂液耐温耐盐性。结果表明,羟丙基胍胶压裂液中水不溶物含量小于原粉胍胶压裂液水不溶物含量的1／2;交联剂的加入有利于提高羟丙基胍胶压裂液粘度;羟丙基胍胶压裂液耐温性不很理想;耐盐性明显好于原粉胍胶压裂液。     

磺基甜菜碱两性离子胍尔胶的合成及性能研究

介绍了应用环氧氯丙烷、1,3-丙基磺内酯、33％二甲胺水溶液及其胍尔胶为原料合成磺基甜菜碱两性离子胍尔胶的方法。磺基甜菜碱两性离子胍尔胶溶液中的水不溶物含量3．0％,残渣150mg／L,与硼砂交联时间60s,破胶时间20min,满足配制压裂液的要求。考察了温度、磺基甜菜碱两性离子胍尔胶水溶液含量、盐品种及盐含量对其溶液黏度的影响,结果表明,温度对其溶液黏度影响很明显,高于35℃时,黏度下降非常快;两性离子胍尔胶含量越高,溶液黏度越高;盐品种及盐含量对溶液黏度影响不大。     

羧甲基羟丙基瓜尔胶压裂液的高温性能评价

评价了羧甲基羟丙基瓜尔胶（CMHPG）压裂液在90～180℃的流变性与伤害特征。该稠化剂水不溶物含量低于1.1%,用于180℃储层的加量为0.60%,基液黏度88.6 mPa.s,交联液在170 1/s剪切100 min后的黏度大于50 mPa.s。0.25%交联液100℃时的储能模量为2.451 Pa,大于0.50%羟丙基瓜尔胶（HPG）交联液的0.7265Pa。CMHPG交联液在低破胶剂浓度下即可快速破胶水化,残渣含量为194～225 mg/L,不到HPG的1/2。CMHPG和HPG交联液对储层岩心的伤害率分别为39.8%、52.3%。CMHPG交联液悬砂性能良好。在排量2～6 m3/min时,0.45%CMHPG压裂液基液（用于150℃高温深井）的摩阻系数与0.30%HPG基液（用于70℃地层）相当。与HPG压裂液相比,CMHPG压裂液具有高弹性、高悬砂性及低稠化剂使用浓度、低基液黏度、低伤害、低摩阻的＂二高四低＂性能。图5表8参4     

醚化剂改性低相对分子质量胍胶的研究

选用与氯乙酸钠羧基醚化剂具有相似碳链结构,且分别含有阳离子、磺酸基的醚化剂对低相对分子质量胍胶进行醚化改性,制得3种改性低相对分子质量胍胶.重点考察了这3种改性低相对分子质量胍胶与四硼酸钠交联剂形成的冻胶压裂体系的抗温性能、破胶性能、降滤失性能和水中不溶物含量的差异.结果表明,与未改性低相对分子质量胍胶相比,阳离子改性有助于低相对分子质量胍胶压裂液抗温性能的提高,而磺化和羧基化改性不利于抗温性能.用阳离子、磺酸基和羧基醚化剂改性的胍胶压裂液的滤失量均有所上升,但破胶液的水中不溶物含量均明显降低;三者的破胶性能没有明显差异.     

阳离子胍胶的研制及其在油田中应用的室内试验

研制出了阳离子胍胶，并分析了其特性。在室内试验了阳离子胍胶作为增粘剂在钻井液、完井液、压裂液等方面的应用，并筛选出符合各类技术指标的合理配方。说明阳离子胍胶在油田有着广泛的用途。     

一种改性胍胶的性能评价

胍胶是目前国内油气田压裂改造使用较多的压裂液增稠剂,对一种改性胍胶的水不溶物含量、交联性能及耐温耐盐性能进行评价. 实验结果表明,该种改性胍胶压裂液耐温低于50 ℃,耐盐性能较好,交联剂四硼酸钠交联效果较好,水不溶物含量约6.91%.     

含瓜尔胶的反相乳液稳定性的研究

以液体石蜡为油相,质量分数为2.5%的瓜尔胶水溶液为水相,Span80/OP-10为复配乳化剂,十六醇为助稳定剂,制备了稳定的反相乳液。考察了Span80/OP-10复配乳化剂的亲水-亲油平衡(HLB)值及其含量、反相乳液中水相含量、十六醇含量及搅拌转速对乳液类型及其稳定性的影响;并使用显微镜及粒度分析仪对乳液的结构进行了表征。实验结果表明,反相乳液的最佳制备条件为:Span80/OP-10复配乳化剂的HLB值和质量分数分别为7.36和10%(基于油相的总质量),十六醇质量分数3.75%(基于油相的总质量),水相的体积分数33%,搅拌转速为2 100 r/min。反相乳液中的胶束为球形且呈分散状,平均粒径小于10μm且分布较窄。     

羧甲基瓜尔胶水溶液流变特性研究

研究了羧甲基瓜尔胶水溶液的流变特性,考察了羧甲基瓜尔胶浓度、温度、pH值及外加NaCl浓度对羧甲基瓜尔胶水溶液表观黏度的影响.结果表明,羧甲基瓜尔胶水溶液表观黏度随浓度的增加而增大,随温度的上升而降低,随NaCl浓度的增加而明显降低,稳定的pH值范围为6～8.羧甲基瓜尔胶水溶液具有剪切变稀特性,溶液表观黏度随剪切速率的变化可用Ostwald-Dewaele方程描述;零切黏度可由Spencer-Dillon经验公式外推得出,其与温度的关系符合Arrhenius公式.羧甲基瓜尔胶水溶液具有一定的触变性和黏弹性,黏弹性随浓度的增加而增强.图10表2参16     

用正交回归实验法制备羧甲基瓜胶

在碱性条件下,以ＣｌＣＨ３ＣＯＯＨ为羧甲基化试剂,对瓜胶粉进行化学改性。反应受到温度、反应时间等的限制。本文介绍了用正交回归实验法对影响取代度的氢氧化钠、溶剂及ＣｌＣＨ２ＣＯＯＨ三者的用量及相互作用进行了研究。只有协调其关系,才能增大反应活性。