减阻水压裂液用黏土稳定剂的合成与应用

针对现有减阻水压裂液用黏土稳定剂配伍性差、用量大、防膨率低、固体形态不便于现场配液等问题，研制了一种阳离子型液体黏土稳定剂SRCS-1。SRCS-1的分子链上分布阳离子基团，又含有小分子阳离子化合物，2者协同作用达到稳定黏土的效果。其分子量较低，既能保证所含的阳离子基团能够提供较高的防膨率，又能避免过长的分子链和过多的阳离子与阴离子聚合物减阻剂发生相互作用而产生沉淀或絮凝，与减阻水中阴离子聚合物减阻剂配伍性良好，加量0.3%条件下防膨率达到68.2%，优于收集到的现场应用过的同类产品。通过表面张力、ζ电位、粒度测试分析了该黏土稳定剂的防膨机理。SRCS-1在新疆孔探1井进行减阻水压裂液进行了现场应用，配液方便、快捷，表现出优良的配伍性和防膨性，减阻水性能稳定，施工顺利。      

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。     

水力振荡器性能参数与减阻率影响规律研究

为更科学地优化水力振荡器的参数设计及施工参数设置,建立了水平段钻柱振动模型并进行了数值模拟,采用Minitab软件对数值模拟结果进行了分析,研制水力振荡减阻试验装置并开展了振荡减阻机理试验,通过方差分析了钻压、振动幅值及频率对减阻率的影响规律。分析结果表明：各因素对摩阻的影响程度由大到小依次为振动幅值>钻压>振动频率,其中钻压对减阻率的影响表现为消极,振动幅值和频率对减阻率的影响表现为积极,同时钻压、振动幅值、频率3个因素对减阻率变化的贡献率分别为11.76%、51.98%及10.97%,振动幅值是水力振荡器设计中需要优先考虑的因素。研究结论可为水力振荡器的参数设计及现场应用中施工参数的设置提供理论支撑。     

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。     

原油输送减阻技术与减阻效率

原油在管道中输送时,加入少量ppm的减阻剂,增输量可达到10%以上。用作减阻剂的油溶性聚合物,分子量一般高达几百万到上千万。按分子数计算,减阻剂在原油中占的比例微小,因此不会改变原油的粘度。减阻效率决定于聚合物在溶液中的形态,空间尺寸,聚合物的溶解性能以及使用减阻剂的技术。实验表明(1)减阻效率随减阻剂添加量而增加,但减阻剂浓度达到一定值后,减阻率提高缓慢;(2)流体的流速增加,使减阻效率显著增加,但对不同的聚合物影响结果不一样;(3)在管径相同的条件下,流体的雷诺数增加,减阻效率增加;(4)在一定范围内壁剪切应力增加,减阻率也随之增加,但过大的剪切力会使高聚物降解,分子量降低,减阻率下降;(5)原油中含微量水份会影响减阻率。当含水量超过一定值时,因聚合物溶解性不好,反而导致减阻剂失效。目前工业上使用的减阻剂品种主要是超高分子量的聚α—烯烃,在油中的添加量为φn×10ppm以内,使减阻率在20%左右,增输15%左右,可以明显增加经济效益。     

水包水乳液减阻剂的减阻机理研究

将采用分散聚合法制备的水包水乳液减阻剂直接溶解于纯水中,配制成滑溜水;通过环境扫描电子显微镜与室内管道摩阻仪对减阻剂进行微观结构表征与减阻性能测试。实验结果表明,该减阻剂具有良好的速溶性,能在98 s内溶解完全;减阻剂浓度和高价离子浓度影响滑溜水的减阻性能,其中,Ca~(2+),Fe~(3+),SO_4~(2-)质量浓度分别超过75,20,100 g/L时,才会影响减阻效率;在滑溜水实际应用时应侧重非结构黏度的减阻作用。     

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     

油气水混输减阻理论与方法

基于新滩垦东 18油水采出液的乳化水含量及特性 ,分析油气水在混输过程中的流动状态。应用反相乳化降黏法和气 非牛顿流体流动规律 ,研究W /O型乳状液的降黏效果、油水混输减阻效果以及油气水混输减阻途径。结果表明 :①油气水在混输过程中容易形成呈非牛顿特性的W /O型乳状液 ,油气水混输问题可归结为气液两相流中的气 非牛顿流体流动问题 ,其水力计算可参照成熟的气液两相流动的相关处理方法 ;②采用适当的降黏剂 ,可以有效地降低W /O型乳状液的黏度和油水混输压降 ,降黏率可达到 99%以上 ,减阻率可高于 6 0 % ;③油气水混输减阻可通过采用适当的化学剂改变W /O型乳状液的内外相或阻止其形成实现 ,其关键在于降低W /O型乳状液的稠度系数和流性指数或油水界面张力。     

压裂液防膨剂的研制与应用

为了解决现有压裂液防膨剂用量大、配伍性差、不便于现场配液等问题，室内实验研究合成了防膨率高、配伍性好的有机阳离子型液体防膨剂，同时确定了中间产物的最优反应物配比、反应温度和反应时间，以及终产物的最优配方。经评价，防膨剂质量分数为0.3%时，减阻水压裂液的防膨率为70.5%，且不影响压裂液减阻率。中试生产的防膨剂产品与现场市售同类商品相比，防膨率提高17%~33%，在新疆、重庆等现场进行了多井段的压裂施工，表现出优良的配伍性和防膨性，能满足压裂液防膨和连续混配要求。     

乳液减阻剂的研制及应用

针对常规乳液减阻剂耐盐性能差,采用丙烯酰胺为原料,引入耐盐单体,通过聚合反应合成了一种耐盐乳液减阻剂。研究表明：在0.05-0.3%的加量下其水溶液黏度为3.6～20.7mPa·s,且在0.15%加量时减阻效果最佳,减阻率达72.6%,满足采出水重复利用配制压裂液要求,耐盐和减阻性能均优于常规产品。在川东南BM区块现场应用4井次,采出水重复利用率100%,现场实测减阻率73.2%～76.7%,与传统粉剂减阻剂配液施工模式相比,无需提前配液,无需混配车,大幅度降低配液劳动强度,配液费降低70%以上,施工时效提高20%,对压裂施工意义重大。     

国内变黏滑溜水研究进展及在川渝非常规气藏的应用

综述了国内变黏滑溜水技术的最新进展,举例分析了变黏滑溜水在川渝非常规气藏的应用情况,提出了变黏滑溜水的发展方向。变黏滑溜水通过调节降阻剂含量和/或引入交联剂的方式实现低、中、高黏液体实时切换;关键的降阻剂研究主要是含AMPS或SSS等耐盐基团的聚丙烯酰胺或疏水缔合聚合物的合成与性能评价等,满足压裂返排液配液和变黏的需要;变黏滑溜水性能研究主要是黏度对携砂性能、裂缝形态、降阻性能等的影响规律,但究竟何种黏度适合何种储层还未有定论;变黏滑溜水在川渝非常规气藏应用获得成功,在致密气应用的整体黏度较页岩气高,在深层页岩气的携砂能力还需进一步增强;疏水缔合聚合物类降阻剂、固体型降阻剂是变黏滑溜水的发展方向,有望解决高黏液体摩阻高、乳液降阻剂潜在环保风险等问题,对变黏滑溜水的研究和应用有一定的指导意义。      

基于刺激响应策略的可控滑溜水研究

在一些地质条件复杂、低孔低渗、地层压力系数低的区域，存在一些较为严峻的问题，如气藏储层发育的微纳米级孔隙、喉道窄小、排驱压力高、连通性差等。这些问题将导致水锁损害和压裂返排液返排更难。针对这些问题，将刺激响应的表面活性剂引入到疏水缔合聚合物的水溶液系统中，从而赋予了滑溜水体系黏度的可控性，体系最高减阻率可以达到78.1%。在调控下，液体返排难度大大降低，地层伤害也进一步降低。动态光散射实验可以证明，表面活性剂分子可以在不同pH值条件下组装成为不同的结构，疏水缔合聚合物可以和这些结构相互作用，从而实现滑溜水黏度的调节。该滑溜水体系有着良好的减阻性能和防膨能力。      

滑溜水在裂缝性碳酸盐岩体积酸压中的研究与应用

滑溜水是页岩气、致密油非常规油气藏体积改造中应用最广泛的压裂液体系,旨在利用低黏滑溜水强的穿透性能激活天然裂缝提高裂缝复杂程度。基于深层裂缝性碳酸盐岩储层基质物性差、非均质性强,裂缝是主要储集空间和渗流通道的储层特征,提高改造体积是实现高产稳产的核心,需采用低黏流体大排量注入来提高天然裂缝激活几率,提出滑溜水、冻胶和转向酸复合的体积酸压技术。评价了新型聚合物类滑溜水性能,利用室内实验（大物模、酸液滤失）和数值模拟相结合的方法研究了滑溜水在体积酸压中的作用机理,研究表明:新型聚合物类滑溜水具有较好的减阻性能,能够降低施工管柱摩阻,实现大排量施工,助力改造效果提升;滑溜水大排量注入形成复杂裂缝,低黏酸液注入形成酸蚀蚓孔提高裂缝连通性,滑溜水与低黏酸交替注入,实现微细裂缝"水力+酸蚀"缝网构建。上述研究成果现场应用显著,AT3x井压后获日产油35 m3、日产气50.3×104 m3高产油气流,为国内超高温深层复杂储层高效改造提供新的技术指导。      

大港油田陆相页岩油滑溜水连续加砂压裂技术

针对页岩油水平井采用常规滑溜水压裂时存在用液量大、砂比低、增产效果不理想等问题,通过优选聚合物降阻剂,优化黏土稳定剂、破乳助排剂和过硫酸盐类破胶剂的加量,形成了调节聚合物降阻剂加量即可调控滑溜水压裂液黏度的变黏滑溜水压裂液体系。通过支撑剂导流能力模拟试验,优选了70/140目石英砂和40/70目陶粒的支撑剂组合,经先导性试验,形成了大港油田陆相页岩油滑溜水连续加砂压裂技术。该技术在G页2H井进行了现场试验,有效提高了施工效率和单位液体的携砂量,减少了压裂液用量,形成了较好的缝网体系,提高了储层改造程度,取得了良好的压裂增产效果。现场试验表明,该技术能够满足页岩油水平井滑溜水连续加砂压裂要求,可以为页岩油高效开发提供技术支撑。      

致密气藏防水锁易返排滑溜水研究与应用

吉林油田致密气储层微纳米级孔隙发育,喉道窄小且连通性差,属低孔低渗储层。随着气藏的长期开发,地层压力、产能的逐渐降低,水锁伤害的影响逐渐显现,导致压后返排难度大,加之黏土的膨胀运移与堵塞,进一步降低了储层有效渗透率,严重制约了气藏采收率的提高。针对此问题,研发了防水锁易返排滑溜水压裂液体系,该体系主要由减阻剂XY-205、纳米微乳助排剂与黏土稳定剂XY-63组成。实验证明该体系具有速溶与低黏特性,能够满足快速连续混配要求,减阻率能够能达到70%以上,表面张力比常规气井滑溜水降低40%以上,利于致密气井压后助排,且能够较好地抑制黏土膨胀,对地层伤害小。该滑溜水对岩心的伤害率为9.45%,24 h岩心渗透恢复率接近90%,解除水锁伤害程度较高。该滑溜水体系在致密气区块现场应用4口井,压裂成功率100%,压后返排率提高2倍以上,试气效果显著,具有较好的大规模推广应用前景。      

致密气藏防水锁易返排滑溜水研究与应用

吉林油田致密气储层微纳米级孔隙发育,喉道窄小且连通性差,属低孔低渗储层。随着气藏的长期开发,地层压力、产能的逐渐降低,水锁伤害的影响逐渐显现,导致压后返排难度大,加之黏土的膨胀运移与堵塞,进一步降低了储层有效渗透率,严重制约了气藏采收率的提高。针对此问题,研发了防水锁易返排滑溜水压裂液体系,该体系主要由减阻剂XY-205、纳米微乳助排剂与黏土稳定剂XY-63组成。实验证明该体系具有速溶与低黏特性,能够满足快速连续混配要求,减阻率能够能达到70%以上,表面张力比常规气井滑溜水降低40%以上,利于致密气井压后助排,且能够较好地抑制黏土膨胀,对地层伤害小。该滑溜水对岩心的伤害率为9.45%,24 h岩心渗透恢复率接近90%,解除水锁伤害程度较高。该滑溜水体系在致密气区块现场应用4口井,压裂成功率100%,压后返排率提高2倍以上,试气效果显著,具有较好的大规模推广应用前景。     

滑溜水–胶液一体化压裂液研究与应用

滑溜水黏度较低,不能满足造缝、携带大粒径支撑剂和高砂比施工要求,限制了非常规储层大型压裂效率的提高。为此,以丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和单体A为原料,采用反相乳液聚合法合成了一种耐高温、速溶型聚合物降阻剂SFFRE-1。通过研发与降阻剂SFFRE-1配伍性好的高效助排剂和优选黏土稳定剂,形成了滑溜水–胶液一体化压裂液。该压裂液耐温160 ℃,通过调整降阻剂SFFRE-1的加量,其黏度在1～120 mPa·s可调,在压裂施工过程中能够实现滑溜水和胶液在线混配及即时切换的要求。该压裂液在四川盆地的页岩气井和胜利油田的致密油井进行了应用,压裂过程中压裂液表现出良好的降阻和携砂性能,降阻率最高达到86%,砂比最高达到43%。研究和现场应用表明,滑溜水–胶液一体化压裂液能够满足非常规储层大型压裂施工需求。      

水性低伤害悬浮降阻剂体系的研究与应用

为了解决聚合物降阻剂粉末在现场应用中存在的水化时间长、溶解效果差等问题,同时避免现有现场用油性悬浮体系环保性差的缺陷,研发了一种以有机醇为溶剂的新型水性低伤害悬浮降阻剂体系,并对滑溜水体系的综合性能进行了室内和现场应用评价。结果表明,聚乙二醇200为最佳悬浮溶剂,当触变剂PR与CQ2720用量分别为1.5%时,体系具有最好的悬浮稳定性,在悬浮体系稳定中两者存在协同增效作用。增加0.5%助分散剂MR312后悬浮降阻剂体系常温静置30 d无沉降,体系黏度稳定在177 mPa·s。悬浮降阻剂体系遇水均匀分散,所配制滑溜水澄清透明,表观黏度可控,降阻率大于70%。在阳101H1-1井的压裂施工中降阻剂分散均匀无结块、起黏迅速,返排液易处理,环境伤害小,环保效果显著。      

一种功能型滑溜水体系开发及应用

为实现1套压裂工作液体系兼具滑溜水与携砂液双重功能及回用高硬度返排液的目的,开发出1套功能型滑溜水体系。该体系由液态功能型降阻剂及调节剂构成,低浓度的功能型降阻剂水溶液可作为滑溜水使用,15 s内即可快速增稠,滑溜水降阻率高达74%;加入调节剂后体系黏度迅速增加,实现高砂比携砂,返排液回用时不受硬度影响,返排液回配携砂比可达24%。在陇东气开深井现场试验1口井,施工全程回用26 118 mg/L的高矿化度返排液配滑溜水及携砂液,入地总液量654 m3,施工成功。      

地层水压裂液体系研制

为了缓解川西气田地层水大量产出带来的环境保护压力和成本压力,对川西地区地层水的类型、成分以及矿化度深入分析的基础上,分别采用低矿化度地层水和高矿化度地层水配制成功了地层水瓜胶压裂液体系和地层水降阻水体系。地层水瓜胶压裂液体系在45℃下剪切90 min黏度可达100 m Pa·s以上,破胶液表面张力为27.66 m N/m,防膨率为87.5%,伤害率为26.5%;通过优选耐盐降阻剂,配制出一种地层水降阻水体系,其降阻率可达69%~71%。地层水瓜胶压裂液在SF38-2井和SF38-4井成功应用,增产效果明显;地层水降阻水体系在X502井非常规气藏体积压裂施工中得到成功应用。2套地层水压裂液体系性能均与清水压裂液性能相当,具有良好的推广应用前景。