滑溜水压裂液体系高温高压动态减阻评价系统

滑溜水压裂液体系是针对页岩气储层改造而发展起来的一种新的压裂液体系,减阻剂是滑溜水体系中的最关键助剂,其研究与应用日益增加。为了定量评价减阻剂的减阻效果,室内需要有效的模拟评价实验仪器,但目前的评价装置都无法模拟高温高压的储层条件。JHJZ-I高温高压动态减阻评价系统,就是为真实全面地评价各种储层条件下减阻剂的减阻效果而研制出的评价装置。该评价系统能在高温高压下对减阻剂的减阻效果进行评价。通过测算减阻剂的减阻率,从而优选出满足各种储层条件下的减阻剂。该评价系统功能强、效率和自动化程度高,可模拟高温高压条件下管道流体在不同剪切速率下流变性的研究,对减阻剂的研究和生产具有指导意义。     

新型低伤害清洁减阻水压裂液体系研究及应用

针对常规减阻水压裂液在页岩储层压裂施工过程中存在着较高的管路摩阻以及较低的携砂能力等问题,以新型聚合物类减阻剂GZJ-3为主要处理剂,并添加相关助剂,研究出一套适合页岩储层体积压裂用的新型低伤害清洁减阻水压裂液体系。室内对压裂液体系的综合性能进行了评价,结果表明,该压裂液体系具有良好的耐温抗剪切能力,在90℃、170 s~(-1)条件下剪切100 min后,体系黏度仍能保持在20 mPa·s左右;体系具有一定的黏弹性,携砂能力明显优于常规减阻水压裂液;当流量为3.0 m~3/h时,压裂液体系的减阻率能够达到66.7%,具有低摩阻特性;体系防膨率能够达到90%以上,具有良好的防膨性能;压裂液体系破胶后具有较低的黏度、表面张力和残渣含量,对储层岩心的基质渗透率伤害率较低,具有低伤害特性。现场试验结果表明,使用新型低伤害清洁减阻水压裂液体系的平均砂比能够达到16.1%,并且具有良好的减阻性,能够满足页岩储层压裂对排量和加砂量的要求,具有良好的推广应用前景。     

一体化多功能减阻剂的研究与应用

传统压裂液一般是以减阻剂为核心,配合使用防膨剂、助排剂等多种添加剂而形成的溶液体系,配液流程复杂,体系配伍性以及稳定性不佳,并且对储层伤害高。为解决传统压裂液存在的问题,文章以反相乳液聚合法合成了一种兼具减阻、携砂、助排、防膨、低伤害等性能的一体化多功能减阻剂JHFR-Ⅱ,并对其进行室内试验及现场施工。室内实验结果表明：JHFR-Ⅱ溶液黏度在1.0～90.0 mPa·s可调,岩心渗透率的伤害率低于20.0%。优选出0.10%的JHFR-Ⅱ溶液作为减阻水,在储层矿化度下,减阻率达73.2%;优选出0.40%的JHFR-Ⅱ溶液作为携砂液,其携砂能力为清水的90倍,破胶液黏度低于5.0 mPa·s,表面张力低于28.0 mN/m,防膨率高于85%。通过现场施工表明,JHFR-Ⅱ减阻剂不但能够满足致密油气藏大规模体积压裂施工的减阻和携砂需求,还可以用于常规以及其他非常规油气藏的复杂缝网压裂中。一体化多功能减阻剂JHFR-Ⅱ具有一剂多效的特点,其单剂水溶液即可作为压裂施工液体,在压裂施工作业中可有效简化操作流程,降低施工成本。     

页岩储层压裂减阻剂减阻机理研究

选择6种不同类型的减阻剂,通过研究不同浓度减阻剂的黏度和减阻效果,分析了减阻剂类型、分子量、分子结构、离子性能和浓度对其减阻性能的影响,并对减阻剂减阻机理进行了探索性研究。结果表明,减阻剂水溶液属于幂率流体,在一定流量范围内减阻率随着浓度的提高而提高;其水溶液黏度、离子特征和减阻率没有明显的联系,分子量在100万以上的减阻率在相同浓度下,减阻率趋于一致;影响减阻剂减阻性能的主要因素是减阻剂的分子结构。得出低分子量的长链结构的减阻剂和具有支链的长链结构的减阻剂以及具有柔顺、螺旋型分子链结构的减阻剂减阻性能更稳定;带支链的长链结构的减阻剂,在水中速溶,在较广泛的雷诺数范围内可得到理想的减阻率,具有较小的分子量,容易分解,对储层伤害小,此类减阻剂适合作页岩气储层大规模滑溜水压裂液的添加剂。     

高效防膨抗盐滑溜水压裂液体系研究

基于某油田配液污水,开展了高效防膨抗盐滑溜水压裂液体系研究,用于解决黏土含量高、强水敏、弱胶结、易松散储层与压裂液体系接触后水化膨胀甚至岩石骨架垮塌堵塞压裂裂缝及基质孔隙、喉道等问题。实验结果表明,以KY-2为抗盐减阻剂、FP-3为有机胺复合防膨剂、ZP-2为助排剂,采用矿化度为15 548.96 mg/L的配液污水配制0.05%KY-2+0.4%FP-3+0.1%ZP-2高效防膨抗盐滑溜水压裂液体系,其防膨率(96.2%)可与4%KCl相当,防膨效果好;清水冲洗10次后,防膨率仍有89.87%,长效防膨效果好;同时,在该配液污水条件下,减阻率达78.45%,降阻效果好。通过现场试验效果验证,该体系改善了强水敏储层KCl用量大,成本高,无法使用免混配工艺以及由于高矿化度导致减阻率下降的问题。     

一种压裂用水溶性减阻剂的研究

本文通过半连续反相微乳液聚合法,合成了一种新型减阻剂CW-1。测定了减阻剂CW-1的相对分子质量、溶解速度、减阻率;考察了减阻剂的耐温耐剪切性能与助排剂DB-80和防膨剂(KCl、JA)的配伍性。结果表明:减阻剂CW-1的相对分子质量高(M=1.49×107),具备高分子减阻的特性;减阻剂CW-1乳液溶解速度快,基本可以满足连续混配的要求;减阻剂CW-1具有较好的耐温耐剪切性;与压裂液中助排剂DB-80、防膨剂(KCl、JA)等添加剂也具有良好的配伍性;同时,0.1%减阻剂CW-1溶液的减阻率可达70%以上。     

低伤害高效减阻水压裂液的研究与应用

为解决目前减阻水压裂液对地层伤害大、抗盐性能差等问题,合成了一种水包水型减阻剂FR-4,并以FR-4为主剂配制了组成为0.1% 减阻剂FR-4+0.11%复合增效剂ZX-1+0.50%黏土稳定剂NW-2 的减阻水压裂液,考察了该压裂液的减阻性能、抗盐性能及其对支撑剂充填层导流能力及岩心的伤害等性能。研究结果表明,在剪切 速率10000 s^-1、1/8″管径的条件下,该减阻水压裂液在室温、70℃时的减阻率分别为72.1%、71.4%,具有优良的减阻性能和耐温性;分别用盐水、返排水和模拟海水配制的减阻水压裂液的减阻率均在70%以上,具有良好的抗盐性能;在铺砂（50/70 目陶粒）浓度10 kg/m²、压力10～70 MPa的情况下,该减阻水压裂液对支撑剂充填层导流能力伤害率均小于10%,属低伤害减阻水压裂液;用该减阻水压裂液驱替低渗岩心（渗透率1.92×10^-3～3.52×10^-3μm²）24 h 后,对岩心伤害较小,伤害率仅为5.62%。该减阻水压裂液的表观黏度1.203 mPa·s（温度30℃、转速100 r/min）,表面张力为24.96 mN/m（温度25℃）,膨胀体积为2.88 mL,具有良好的表面活性和防膨性能,有利于保护储层和压后液体返排;该减阻剂分散时间小于5 s,而且无毒环保,可满足现场即配即注工艺要求。图3表6参7     

玛湖致密砂砾岩油藏纳米排驱滑溜水体系

玛湖油田致密砂砾岩油藏压裂液减阻剂为阴离子聚合物,易于与高矿化度配制水和压裂液添加剂中的有机或者无机阳离子发生反应而形成沉淀,堵塞致密砂砾岩孔隙,造成近井地带压力异常升高,不利于压裂裂缝的进一步延伸。为了实现储层保护、促进裂缝扩展,研究提出了一套具有原位驱油功能的纳米排驱滑溜水体系,结合室内环路摩阻测试和表界面张力测试实验,确定了该体系中各个组成部分的添加比例,并依据玛湖油田现场实验数据和实验材料,对整个纳米排驱剂体系的持续抗剪切能力、耐盐能力、溶解能力和洗油能力进行评价。结果表明,所研发的纳米排驱滑溜水体系在1.2×104s-1剪切速率下,减阻率为78.92%,且在该剪切速率下,利用玛湖油田不同矿化度配制水所配制的纳米排驱滑溜水体系剪切20 min减阻率依旧保持在73%以上,同时通过使用索氏提取装置测定纳米排驱滑溜水体系对玛湖油田油砂的洗油能力为93.3%。初步筛选出一套适用于玛湖油田砂砾岩油藏的纳米排驱滑溜水体系。      

新型合成聚合物超高温压裂液体系

松辽盆地深层火山岩储层埋深大于5000 m,储层温度高达180 ℃,需要开发一种能应用于超高温(180℃以上)储层的新型低伤害压裂液.在室内合成交联剂AC-12的基础上,通过优化压裂液添加剂的用量,研发了新型的合成聚合物压裂液配方.室内实验表明,合成聚合物压裂液在180℃下具有很好的耐温耐剪切性能,在180 ℃、170 s-1剪切120 min后,压裂液黏度在100 mPa·s以上.通过将剪切速率由170 s-1增加到1000 s-1、2000 s-1,再降到170 s-1,模拟压裂液在泵入过程中管路高剪切和裂缝低剪切的黏度变化情况,得到该配方高剪切下的黏度恢复能力强,进入裂缝后有足够的黏度使支撑剂全悬浮,该压裂液具有高剪切下的黏度恢复性能.同时,合成聚合物压裂液容易破胶,破胶液黏度低,残渣含量少,可以在高温深井使用.     

低用量耐盐滑溜水体系研究

为实现成本控制并有效节约水资源,对滑溜水体系的各项性能提出了更高的要求。以减阻剂CT2-7为主剂构筑的滑溜水体系在减阻剂加量为0.025%时,降阻率为71.43%。在Na^(+)浓度为6×10^(4)mg/L,Ca^(2+)浓度为7.5×10^(2)mg/L时,降阻率大于70%,耐盐性能良好,能够利用返排液进行配液,实现返排液回用。在120℃下剪切5400s,体系黏度上升,表现出剪切增稠,证明该滑溜水体系具有良好的耐温耐剪切性能。所构筑的滑溜水体系能够显示低用量耐盐减阻,具有良好的应用前景。     

多功能减阻剂及其配套交联剂的制备及应用

针对页岩气水平井压裂用线性胶和弱交联液无法在线混配的问题,通过反相乳液聚合制备了一种多功能页岩气压裂用高分子聚合物减阻剂及其配套的有机锆交联剂并评价了其相关性能。该减阻剂溶解时间为35～45 s,与助剂配伍性良好,在0.08%～0.1%加量下制备的滑溜水减阻率大于75%。高浓度减阻剂溶液可直接用作线性胶,0.4%减阻剂溶液表观黏度为22 mPa·s,添加0.15%有机锆交联剂可形成弱交联液。在110℃下剪切40 min,线性胶黏度保留率达80%,弱交联液黏度大于50 mPa·s。线性胶和弱交联液均可彻底破胶,破胶液性能满足行业标准要求。使用该减阻剂和交联剂,可以实现滑溜水、线性胶、弱交联液的一体化在线混配,现场应用表明此项工艺完全可行,减阻剂和交联剂性能良好。     

一种两性离子聚合物“油包水”乳液滑溜水减阻剂的研制与现场应用

滑溜水压裂液是页岩气体积压裂技术的重要载体和实现手段,通常使用阴离子聚丙烯酰胺"油包水"乳液作为减阻剂,但存在抗盐性及与黏土稳定剂配伍性差的问题。为解决上述问题,室内合成了系列两性离子聚合物"油包水"乳液减阻剂SCJZ,在考察其溶解分散性和减阻性及其与小阳离子黏土稳定剂配伍性的基础上,构建了以减阻剂为主剂的滑溜水体系,评价了该滑溜水体系的性能,并进行了现场应用。结果表明,单体AM、AA、AMPS、DMDAAC质量比为70∶20∶5∶5下所合成的两性离子聚丙烯酰胺"油包水"乳液减阻剂SCJZ-2,其相对分子质量可达到1200万以上,完全溶解时间小于3 min,30 s即可溶解分散发挥减阻作用,有利于实现滑溜水压裂液的在线连续混配。该减阻剂与3种常用的小阳离子黏土稳定剂具有良好的配伍性。该减阻剂在清水及模拟地层水中均具有良好的减阻性能,10 m/s线速度下的减阻率可达到75%左右。使用清水及模拟地层水配制的滑溜水体系(0.1%减阻剂SCJZ-2+0.1%氯化胆碱+0.2%烷基葡萄糖苷)均可满足表面张力低于28 mN/m、防膨体积低于3 mL、减阻率大于70%的标准要求,在现场应用效果良好。图2表3参14     

体积压裂用疏水缔合聚合物PAAD-18的合成及性能研究

目的 单一功能的压裂液难以满足页岩油气的开采需求,为实现一剂多用,研制了兼顾减阻和增稠性能的一体化聚合物。方法 以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和十八烷基烯丙基二甲基氯化铵(DMAAC-18)为原料,采用水溶液聚合法,通过单因素实验确定最佳反应条件,合成了三元疏水缔合聚合物PAAD-18,进行了结构表征及性能测试。结果 聚合物质量分数为0.1%时,减阻率为71%,在10 m/s的流速下持续剪切10 min,减阻率保持在70%以上;质量分数为0.5%时,表观黏度为106.5 mPa·s, 90℃下黏度保留率为74.6%,盐水中黏度保留率大于52.1%。结论 该聚合物具有良好的耐温、耐盐及耐剪切性能,低含量下可做减阻剂,高含量下可做增稠剂,为体积压裂用多功能聚合物。     

低伤害高效渗吸压裂液体系研究及矿场试验

为实现入地压裂液不返排渗吸吞吐采油、补充致密储层能量和提高原油采收率,在全面评价矿场用压裂液性能的基础上,通过处理剂优选、增渗机理分析和体系性能评价,开展了低伤害高效渗吸压裂液体系研究。结果表明：（1）传统胍胶压裂液在256 h的滞留时间内,裂缝导流能力损害程度高达30%～50%,无法满足不返排补能增渗的现场需求;（2）明确了最优减阻剂、降黏剂和增渗剂的类型和使用浓度,建立了低伤害高效渗吸滑溜水压裂液体系：清水+0.2%减阻剂XPRT-3+0.3%黏土稳定剂+0.02%过硫酸铵+0.3%ZSD-SX型增渗剂,储层伤害性弱,减阻性能优异;（3）增渗剂进入储层后,原油中吸附的非极性物质逐渐脱附,储层岩石表面暴露的羟基逐渐增多,亲水性逐渐增强,界面张力逐渐减小,原油渗吸速度和采出程度显著提升。矿场试验表明,低伤害高效渗吸滑溜水压裂液体系对XSW油田致密油藏具有良好的适应性,可有效提升油水置换效率,延缓产量递减速度,提高原油采收率。该研究成果对XSW油田乃至鄂尔多斯盆地南部非常规油气高效开发具有一定的指导意义。     

一种基于返排水的新型滑溜水压裂液体系

页岩油气开发普遍采用大型体积压裂,返排液量大,处理技术难度大且成本高。为了实现返排水的循环利用,对减阻剂、助排剂、页岩抑制剂进行了研发或优选,形成了一种新型滑溜水压裂液体系:0.1%JHFR减阻剂+0.2%JHJZ助排剂+0.25%JHNW页岩抑制剂。室内研究表明:该体系绿色环保、20 s速溶、减阻达70%、高抗盐、与返排水配伍性良好。该体系在长宁H7平台的3口水平井成功应用,可满足现场连续混配的压裂要求,有利于节约水资源。     

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。      

低表面张力滑溜水在低压致密气藏中的应用

低压致密气藏储层渗透率低、孔隙度小、压力系数低,普遍存在因压裂液入侵造成的水敏伤害问题。为了降低压裂液对低压致密气藏储层伤害,提高压裂液返排率,筛选一种配方为0.15%减阻剂XY-205+0.1%助排剂XY-120+0.2%防膨剂XY-63的具有低表面张力的滑溜水体系,并考察了该滑溜水的减阻率、防膨率以及对岩心伤害性能,并进行了现场应用。该滑溜水体系的表面张力为20.12 mN/m、与煤油间的界面张力为1.52 mN/m,最大减阻率达到70.58%,对王府区块HG-01井岩心的防膨率达到90%,滑溜水对岩心伤害可降至14.46%。滑溜水在低压致密气藏现场应用3口井,压裂施工顺利,压后见气速度快,排液4 h见气,返排率61%,取得较好的改造效果。     

抗盐型滑溜水减阻剂的性能评价

目前使用的大多数减阻剂抗盐能力无法满足滑溜水高矿化度配液用水的要求。为了获得可用高矿化度水配制的减阻剂,开展了疏水缔合聚合物抗盐型减阻剂GAF-RP的研究,评价了GAF-RP的溶解性、减阻性和抗盐能力等,研究了采用GAF-RP与增效辅剂GAF-2D和黏土稳定剂GAF-16配制的滑溜水体系的减阻性能、防膨性能及对岩心的伤害等,并在吉林某油田进行了现场应用。结果表明,GAF-RP减阻和抗盐效果均好于聚丙烯酰胺类减阻剂,GAF-RP溶解时间短,能在120 s内达到最大减阻率80%;抗盐达25×10~4mg/L,抗氯化钙1000 mg/L;GAF-RP配制的滑溜水体系具有较低的表面张力(27.1 mN/m)以及较高的防膨性能(防膨率大于80%),对岩心基质渗透率损害率小(小于5%);该滑溜水返排液可重复配液,返排液配制体系的减阻性能较好,减阻率为78.2%,压后返排率49.6%,日产油4.3 t,增产效果较好。     

多功能滑溜水减阻剂的制备及性能评价

为获得滑溜水压裂液优良的减阻性,以柴油为分散介质、失水山梨醇单油酸酯和聚氧化乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯为复配乳化剂、过硫酸钾和偶氮二异丁腈为引发剂,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和α-十二烯(EA)为反应单体,采用反相乳液聚合的方法制备了滑溜水减阻剂DGSA-1。用红外光谱仪对合成产物的结构进行了表征。通过测定减阻剂水溶液的特性黏数,对减阻剂制备条件进行了优选,研究了减阻剂的抗盐性、表面活性和减阻性。结果表明,在AM、AMPS、EA 3种物质摩尔比为1.1∶1∶0.1、引发剂用量占单体总质量的0.048%、复配乳化剂的HLB值(表面活性剂的亲水亲油平衡值)为5.5、反应温度55℃、反应时间6 h的条件下制备的滑溜水减阻剂DGSA-1的减阻效果最佳。DGSA-1减阻剂具有分散溶解性好、抗盐、高效减阻和低表界面张力的特性。0.15%DGSA-1水溶液的黏度在2 min内达到最大,减阻率为73.2%,减阻性能优于国内外同类产品。图3表2参16     

低摩阻高比重耐高温压裂液的制备与性能评价

针对塔里木盆地顺北区块储层埋藏深(8600 m)、温度高(180℃)及岩性致密的特点,用稠化剂GX-100、自制的有机锆交联剂WQ-60和加重剂KCl制得低摩阻高比重耐高温压裂液体系,评价了该体系的耐温抗剪切性、减阻性及破胶性能,并在塔里木盆地顺北区块进行了现场应用。结果表明,配方为0.5%GX-100+0.65%WQ-60+2.5%pH调节剂+20%KCl的压裂液可加重至密度1.1 g/cm3。压裂液耐温抗剪切性能良好,在180℃、170 s-1下剪切90 min的黏度大于50 m Pa·s,降阻率超过60%,且具有低残渣、破胶水化彻底等优点,满足现场压裂施工要求。