水溶性减阻剂在页岩气滑溜水压裂中的应用进展

滑溜水压裂是致密页岩气开采主要采用的增产手段,水溶性减阻剂是滑溜水压裂液中用于降低流体在管道输送过程中所受阻力的化学试剂。介绍了减阻剂的减阻机理,综述了水溶性减阻剂在页岩气滑溜水压裂领域应用的研究进展,包括生物基多糖减阻剂、聚氧化乙烯减阻剂和聚丙烯酰胺类减阻剂在页岩气压裂领域应用的研究现状。对水溶性减阻剂的应用前景进行了展望,减阻性能好、对储层伤害低、环境友好和成本较低廉的减阻剂是未来研究的重点。     

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。...     

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。     

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。     

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。      

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。      

滑溜水用速溶型减阻剂研究与应用

滑溜水压裂在非常规油气田开发中得到广泛应用,其原因是滑溜水可以有效降低管内摩阻,从而减少施工压力,且对地层伤害小。针对连续混配的施工工艺,研制出一种可应用于滑溜水体系的速溶型减阻剂,该体系溶解速度快、减阻效率高,且与滑溜水中的防膨剂、助排剂等助剂配伍性良好,可满足常规配液方式及连续混配工艺。现场试验结果表明,利用新型速溶减阻剂配制的滑溜水溶液减阻率可达65%以上,且2min内完全溶解于滑溜水体系中,可应用于压裂及酸化施工中。     

非常规油藏多功能滑溜水体系研究与应用

非常规油藏压裂使用的常规滑溜水存在溶解缓慢、携砂性能差、抗盐能力弱及对温度敏感等问题。针对以上问题,笔者自主研发由0.1%~0.6%可变黏减阻剂与0.2%纳米乳液组成的多功能滑溜水体系,该滑溜水体系溶解速度快,90 s基本溶解完成;0.1%的减阻剂滑溜水减阻率可达74.84%;使用中不需要添加交联剂可实现变黏携砂;对一价离子与二价离子均有很高耐受性,可使用返排液配液;在-30~40℃环境中放置后,减阻剂乳液仍可正常使用。滑溜水进入地层破胶后,对页岩、砂岩储层岩心的渗吸驱油率为71.25%~74.16%。经现场应用,压裂成功率100%,施工中砂密度最高为540~550 kg/m^(3),减阻率超过77%,压后两井日产油9.8~14.4 m^(3),证明多功能滑溜水体系具有驱油增效的特点。     

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。     

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     

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。      

深层油气用加重滑溜水压裂液体系

塔里木库车山前区块作为典型的超深层气藏,75%施工井泵压在100 MPa以上,最高施工压力达到136 MPa,压裂增产改造一直是制约其油气开发的技术瓶颈,施工排量也受到极大限制。据统计超深加重压裂液施工井,普遍存在液体密度增加,施工压力降低幅度未达到理论效果,基于理论分析及加重压裂液实际应用中存在的问题,借鉴页岩气用滑溜水成功应用的经验和加重压裂液的优点,通过优选加重剂、耐高盐降阻剂和助排剂形成了加重滑溜水体系。该体系加重密度为1.35 g/cm3,耐氯化钙35×104 mg/L,能有效降低施工压力和施工风险,降阻率为62%,与常规瓜胶压裂液减阻率相当,并具有良好的耐温耐剪切性能和助排性能,岩心伤害率为11.2%,对储层伤害低,为超高压超深井储层改造提供新的技术支持。      

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。     

一种自生热耐高温高密度压裂液体系研究

深水、超深井储层埋藏深度大,地层破裂压力高,压开地层难度大,对压裂设备和管柱的承压要求很高,造成深水油气田压裂作业施工压力高、风险大,同时海上平台或作业支持船空间有限,难以装备大型压裂设备进行压裂施工。为了尽量减小施工规模,降低井口注入压力,研究了一种自生热耐高温高密度压裂液体系,并对该压裂液体系进行室内性能评价与现场摩阻测试。实验结果表明,该压裂液体系密度达到1.5 g/cm3,降阻率达到59.6%以上,能够耐温140 ℃。自生热体系的引入缩短了压裂液破胶时间,产生的气体能促进压裂液破胶后返排。     

高温高压小间隙固井摩擦阻力的分析计算

以南海西部油田一口高温高压井为例,研究了温度、压力对水泥浆流变参数及密度的影响,计算了环空摩阻、静液柱压力以及井底有效压力等参数,并与常规的固井计算进行比较。认为小间隙、高温高压井在注水泥过程中,环空摩阻大,注水泥时井底压力高,在不压裂地层的条件下,有可能导致顶替效率不高。为此,提出分段计算方法来解决该问题。     

抗温耐盐滑溜水压裂液用聚合物合成研究

滑溜水体积压裂技术是现阶段西部油田高温致密碳酸盐岩储层开发的重要技术之一,可提高改造效果。但西部油田现阶段现场施工时,使用高矿化度地下水配液,同时地层高温,导致常规滑溜水降阻剂性能严重下降。因此,有必要开发针对性的高性能聚合物降阻剂。通过对压裂液添加剂的优选,采用亲水单体与抗温耐盐单体中的一种或者几种进行自由基水溶液共聚,并对新合成的聚合物采用红外光谱分析、核磁共振分析等方法,优选得到较适合的改性单体及用量,开发了一种抗温效果好(140℃)、高矿化度条件下(10×104 mg/L)溶解速度快、降阻性能优异(降阻率70%)、地层伤害低、返排液处理简单的新型抗温耐盐型滑溜水压裂液体系,为超深碳酸盐岩的开发奠定理论基础,并提供技术支持。     

高黏减阻剂的研究与应用进展

近年来，高黏减阻剂逐渐取代瓜尔胶及其衍生物，成为主流压裂液化学剂，并逐渐成功应用于现场。基于此背景，本文从高黏减阻剂的发展历程、性能评价、增效研究以及现场应用4个方面对其进行了阐述。相对于传统压裂液，低浓度高黏减阻剂具有更加稳定的减阻性能，高浓度高黏减阻剂表现出优异的携砂性能，同时还有较低的储层伤害性，有很大的发展潜力。     

FS-3井异常高温储层压裂改造技术

FS-井是位于济阳坳陷构造带上的１口埋藏深、裂缝发育的异常高温井,对储层改造施工的压裂液以及对地层破裂压力的预测等都提出了极高的要求。针对FS-井的地质特征进行了储层改造的技术难点分析,在大量实验测试的基础上,优选出耐高温、高黏度且能满足150 ℃高温的低摩阻延迟交联液体系。通过室内岩心实验,利用储层应力计算模型预测了地层破裂压力和压裂施工压力。同时,采用粉砂降滤失、大排量施工、适当增加前置液用量、前置液阶段伴注液氮帮助返排等技术措施,完成了FS-井的压裂施工设计,并进行了现场实施。最后,利用压裂施工曲线、压后排液及压后产量测试资料,完成了FS 3井压裂施工资料的评估分析,达到了预期效果。该成果对异常高温储层的压裂改造设计和施工方案的形成具有指导意义。     

高性能合成基钻井液体系的研制及性能研究

针对高温高压复杂井安全密度窗口较窄的难题,笔者通过分子结构设计和合成,研发了抗温达232℃的新型抗高温乳化剂、抗高温降滤失剂和抗高温有机土,并在此基础上构建了一套高性能合成基钻井液体系。实验结果表明,该乳化剂乳化率高达95%以上,形成的乳状液液滴尺寸分布均匀。降滤失剂与乳化剂、有机土协同增效,进一步提升了体系的乳化稳定性、高温高压流变性和降滤失功能。与传统的合成基钻井液相比,该体系在高密度下具有低黏度、低切力、沉降稳定性好、高温热稳定性好及高温高压滤失量低等优点,从而有助于解决高温高密度钻井液因结构强度太大而造成的憋泵、启动泵压过高、当量循环密度（ECD）变化大而诱发的井漏及井壁失稳等难题,为满足石油勘探开发高温高压井作业安全提供了技术保障。      

南海西部高温高压井测试技术现状及展望

南海西部高温高压井测试作业面临地层流体流动相态复杂、测试管柱在多种载荷作用下井筒安全难以保障、高压低温状态管线极易生成水合物、地层严重出砂、测试液高温稳定性要求高、海上平台空间受限、人员和设备安全风险高等问题。经过多年的科研攻关和现场实践,形成了一整套海上高温高压测试技术,主要包括:建立海上高温高压测试安全控制系统模型、测试管柱安全性分析技术、井筒安全评估技术、水合物预测与防治技术、出砂预测与防治技术、测试地面流程优化设计技术、高温稳定性测试液技术等,现场应用取得良好的效果。基于当前石油行业形势及后续勘探需求,海上油气井测试信息决策平台的建设、测试设备智能化及深海高温高压测试技术是高温高压井测试的研究方向。