CHJ阴离子清洁压裂液的性能评价

制备了以阴离子表面活性剂为主剂的CHJ清洁压裂液,并研究了其主要性能。CHJ清洁压裂液黏度随稠化剂加量的增加而增加,随KCl加量的增大先增加后降低,在KCl质量分数约2.7%时,黏度达到最大值360 mPa.s。该清洁压裂液在100℃、170 s-1下的耐温耐剪切性能良好。在80、120℃时,砂粒在压裂液中的沉降速度分别为11.124、18.840 mm/min,携砂性较好。煤油加量为3%时,压裂液在70 min左右破胶,清洁压裂液黏度降至5 mPa.s以下,破胶液表面张力为26.10 mN/m,界面张力为0.73 mN/m,比较符合现场施工要求。清洁压裂液的破胶液对岩心的伤害率为7.65%。图4参11     

耐高温阴离子表面活性剂压裂液的性能评价及现场应用

针对国内清洁压裂液耐温性能普遍较差的问题,研发了可耐130℃高温的阴离子型表面活性剂压裂液体系。确定了该130℃高温压裂液体系的最终配方为4.0%D2F-AS11+0.6%KOH+3%KCl+0.2%EDTA。通过室内实验,研究了该压裂液体系的流变性、悬砂性、破胶返排性能、对基质的伤害性以及对裂缝内支撑剂导流能力的影响,实验结果表明,该体系耐温耐剪切性能良好,130℃、170 s-1剪切60 min,黏度一直保持在50 m Pa·s左右;破胶简单,可以用烃类和地层水来破胶,且破胶速度快,破胶后无残渣;对储层的基质渗透率伤害仅为9.8%,对裂缝内支撑剂的导流能力几乎没有伤害。现场试验表明,该阴离子表面活性剂压裂液体系施工摩阻低,携砂能力强,施工最高砂比达到42%,返排率达到82%以上,有利于对深井的加砂压裂改造。     

新型阴/非离子复合表面活性剂清洁压裂液体系

针对阳离子型表面活性剂压裂液在地层中容易吸附和沉淀,从而造成地层二次伤害的问题,室内通过合成新型阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂,研制出了一种新型阴/非离子复合表面活性剂清洁压裂液体系。综合评价结果表明:该清洁压裂液体系的耐温抗剪切能力较好,在130℃,170 s~(-1)条件下剪切100 min后,黏度仍可以保持在50 m Pa·s以上;体系悬砂能力强,在90℃时单颗陶粒的沉降速度仅为0.28 mm/s,小于常规胍胶压裂液中的0.93 mm/s;压裂液遇到煤油或地层水时会自动破胶,破胶液具有黏度低、界面张力小以及残渣体积分数少的特点。破胶液对储层天然岩心的伤害率小于10%,具有低伤害特性,能够达到良好的储层保护效果。现场压裂施工过程顺利,BM-312井压后产油量远大于使用常规胍胶压裂液的邻井BM-313井,压裂增产效果良好。     

磺酸型表面活性剂清洁压裂液的性能

本文针对阳离子表面活性剂压裂液在阴离子岩层中损失较大、会降低岩层的渗透率等缺陷,合成出阴离子磺酸盐型表面活性剂——棕榈酸甲酯磺酸钠,将此表面活性剂与助剂十八醇按质量比1:2复配后可作为压裂液增稠剂几。JL在3.5%氯化钠溶液中迅速交联得到一种阴离子清洁压裂液。考察了该压裂液的耐温抗剪切性能、黏弹性能、携砂性能、滤失性能、破胶性能及对地层的伤害。实验结果表明:质量分数为5%的JL在3.5%的氯化钠水溶液中,1～2min内即可快速成胶,黏弹性、耐温耐剪切性较好,80℃下的体系黏度仍能达到40mPa·s。在体积比为40%的砂比下,悬砂效率比普通瓜胶体系水基压裂液提高48.7%。体系遇煤油易破胶,破胶液澄清,无残渣。对地层的伤害率低,为7.6%。体系呈中性,能够适用于酸敏碱敏地层,可满足低压低渗透油气藏压裂的要求。     

新型阴离子表面活性剂D3F-AS05压裂液的性能研究

针对陕北低渗透油田地质特征和温度（80℃）,按配方3% 20碳磺酸盐类阴离子表面活性剂（D3F-AS05,自制）+6% KCl+0.6% KOH+0.2% EDTA得到阴离子型表面活性剂压裂液。研究了该压裂液的流变性、黏弹性、抗剪切性、悬砂性和气体破胶性能。结果表明,剪切速率为170 s^-1时,80℃下压裂液黏度为90~100 mPa·s,随剪切时间增加,压裂液黏度基本不变,流变性良好。压裂液的储能模量和耗能模量比值为39.2,远高于瓜胶压裂液的储能模量和耗能模量的比值（2）,表现出较好的低黏高弹特性。剪切速率从170 s^-1变为0、200、500 s^-1后再恢复至170 s^-1,压裂液黏度随之变化后再恢复至90~100 mPa·s,抗剪切性较好。二氧化碳气体注入压力由0增至4 MPa,压裂液黏度由65 mPa·s迅速降至2 mPa·s;天然气注入压力由0增至12 MPa,压裂液黏度降低一半;氮气不改变压裂液黏度。温度变化分别为40℃、60℃、80℃、100℃,该阴离子型表面活性剂压裂液黏度先增加后降低,在80℃时达到最大,平均为94 mPa·s左右;单粒径陶粒支撑剂在其中的平均沉降速率逐渐增大。相同温度下（不超过100℃）,单粒径陶粒在瓜胶中的平均沉降速率明显大于在阴离子压裂液中的值,而10%砂比陶粒在阴离子压裂液中的平均沉降速率最小。     

多功能清洁压裂液F-VES性能评价

针对目前阳离子清洁压裂液存在的成本高、吸附造成的伤害大的问题,研发出了一种小分子阴离子型、抗剪切、低伤害、多功能的环保型清洁压裂液体系,其配方为:4%F-VES+0.5%KCl。室内性能评价结果表明,该压裂液的耐温耐剪切性良好,在80℃的表观黏度为40 mPa.s,在60℃连续剪切70 min后的黏度为67 mPa.s;在常温下与原油混合可迅速破胶,破胶液黏度小于5 mPa.s,表面张力为25 mN/m;静态悬砂速度为0.02～0.04cm/s;对岩心的伤害率为14.5%,比瓜胶压裂液和VES压裂液分别下降了58.6%和45.5%;对支撑剂导流能力的伤害率为9%,较VES压裂液下降了近74%;破胶液的驱油率为65%,与驱油剂WP-1相当。     

复合型CMV清洁压裂液的研制与性能评价

为了得到成本低廉、性能优异的清洁压裂液,将季铵盐阳离子表面活性剂CTAB与磺酸盐阴离子表面活性剂MES进行复配,以KCl为黏土稳定剂,配制了一种复合型CMV清洁压裂液,确定了最佳配方并评价了该压裂液耐温抗剪切性、携砂性及破胶性。研究结果表明:优化配方2.5%~3.5%CTAB+2.0%MES+1.0%黏土稳定剂KCl的复合型CMV清洁压裂液对酸度不敏感,应用范围很广。在低温剪切下,体系表现出剪切增稠现象;分别在90℃、120℃下,持续剪切(剪切速率170 s~(-1))1 h后,CMV清洁压裂液的表观黏度分别为85和40 mPa·s,适合中温储层。CMV清洁压裂液的携砂能力优于0.3%羟丙基胍胶压裂液的,在温度90℃、砂比为10%时,陶粒(20~40目)在前者中的沉降速率(0.634 mm/s)明显低于在后者中的(0.9258 mm/s);在30℃下,不同体积比(1∶10~1∶5)的CMV清洁压裂液与柴油混合体系均可在3 h内自动破胶,破胶液的表面张力均小于28.0 mN/m,返排能力提高,对地层的伤害性少且原料成本远低于很多现用的清洁压裂液。     

耐高温FRK-VES清洁压裂液性能评价

针对国内外清洁压裂液耐温性能较差的问题,开发出一种新型的两性离子表面活性剂压裂液体系。该清洁压裂液体系优化配方为4.0%FRK-VES＋0.30%稀盐酸＋4.0%KCl溶液＋1.0%苯甲酸钠。室内实验对FRK-VES压裂液体系性能进行了评价：耐温耐剪切性良好,120℃的表观黏度为83 mPa.s（170 1/s）,30℃连续剪切60 min的黏度为3167 mPa.s;携砂性能良好,摩阻较小,在常温下与原油和地层水混合可迅速破胶,破胶液黏度小于5 mPa.s,并且无残渣,破胶液界面张力为0.75 mN/m,表面张力为24.8 mN/m;该体系滤失系数为1.93×10-4m/min1/2,对渗透率为1μm2和0.2μm2储层的渗透率伤害率分别为19.56%、25.36%,适合不超过120℃的高温低渗砂岩的储层改造。该清洁压裂液在胜利油田、华北分公司现场施工,效果较好。图3表5参11     

煤层气井用黏弹性表面活性剂压裂液性能评价

研究了季铵盐型黏弹性表面活性剂用作煤层压裂液的增稠性能、携砂性能、滤失性能、流变稳定性能,并首次根据煤样的声波时差结果分析了煤样饱和各种流体前后的力学参数。试验结果表明,黏弹性表面活性剂VES-2-16和VES-4-16系列具有很好的增黏性能,在170s-1下可达到30mPa·s以上,并在高剪切速率下能够长时间保持较强的结构;陶粒在该类体系中的沉降速度为清水中的0.027%～0.3%;该类表面活性剂体系无残渣,初滤失量较大,滤失系数较小。煤样饱和液体后比没有饱和液体的煤样抗压抗剪切强度高,饱和该类压裂液后煤样的抗压抗剪切强度要比饱和水的煤样好。     

VES-100高温清洁压裂液的性能评价

研究了不同浓度的WT-100表面活性剂作为增稠剂的清洁压裂液的流变性能,以及在不同类型的盐溶液中的粘度变化。用流变仪测定了60℃时3%NH4CL体系的储能模量和耗能模量,证实了其存在较好的粘弹性。4%WT-100+3%NH4CL体系在100℃,170 s-1条件下表观粘度达到36 mPa.s,该体系具有较好的悬砂性能,破胶简单彻底,残渣少,破胶液粘度低,容易返排,而且还具有一定的耐酸性,可以配制成酸性压裂液。     

磺酸型表面活性剂清洁压裂液的性能研究

为研制新型清洁压裂液,采用脂肪酸甲酯磺酸钠与芥酸酰胺丙基甜菜碱复配得到了一种增稠剂MC-1,研究了MC-1及无机盐加量对压裂液黏度的影响,考察了压裂液(3%MC-1+5%KCl)的耐温性、耐剪切性、悬砂性和破胶性能。结果表明,MC-1与多种无机盐KCl、NH4Cl和Na Cl均有较好的协同性,其中与KCl的协同性最好,压裂液黏度随MC-1和KCl加量增大而增加;该压裂液具有较好的耐温耐剪切性和悬砂性,在80℃、砂比40%的条件下,砂子的沉降速度为1.18 mm/s;与煤油混合后在80℃下2 h内完全破胶,破胶液黏度为4.5 m Pa·s,表面张力为24 m N/m,界面张力为0.8764 m N/m。该压裂液可适用于小于90℃的地层使用。     

清洁压裂返排液复配驱油体系的构建及性能评价

针对现场压裂返排液中部分单一体系再利用效果不明显的问题,通过考虑阴、阳离子表面活性剂复配具有协同效应的特点,构建了一种基于清洁压裂液返排液的表面活性剂复配驱油体系,通过分析体系降低界面张力性能、乳化性能,优选了最佳的复配体系配方0.2%RSH-2+0.012%AOS,并评价了该复配驱油体系提高采收率效果。结果表明,纯返排液体系在质量分数0.02%~0.5%范围内仅可将油水界面张力降低至10-1m N/m数量级,而0.2%RSH-2+0.012%AOS复配体系可降低油水界面张力至10-3m N/m超低数量级;同时,该复配体系乳化性能优良,油水比1∶1的乳状液在静置10 h后的析水率仅30%。该复配体系在渗透率0.0025μm~2的岩心中吸附性能优良,注入124.5 PV时吸附达到动态饱和,动态吸附量为7.52 mg/g,水驱后表面活性剂的滞留量只相当于动态饱和吸附量的1/4~1/3。该复配驱油体系具有较强的提高采收率能力,在水驱基础上可提高采收率11.8%,能满足低渗透油藏压裂后进一步提高采收率的要求。     

清洁压裂液室内评价

以自制季铵盐表面活性剂与水杨酸钠水溶液按一定比例混合,制备了清洁压裂液。对该压裂液的热稳定性、滤失性、破胶性和对地层伤害性进行了室内评价。结果表明,该清洁压裂液粘弹性好,能自动破胶无需使用破胶剂,对地层伤害小,配制简单,易于现场应用。     

Gemini型自增稠清洁压裂液流变特性

为提高清洁压裂液的耐温性能、降低压裂液成本,以长碳链烷基酰胺丙基二甲胺、环氧氯丙烷、盐酸等为主要原料合成了Gemini型阳离子表面活性剂GX22,研究了GX22自增稠形成的清洁压裂液体系的流变性和耐温性。结果表明,在不加反离子盐的条件下,GX22溶于水即可形成胶束体系。GX22清洁压裂液具有明显的剪切变稀性,流动曲线可用Cross模型模拟;其触变性随GX22浓度的增加而增强,体系结构强度随浓度增加而增强;随角频率的增加,压裂液弹性模量G'和黏性模量G'均增加,且G'大于G',体系以弹性为主;GX22清洁压裂液耐温性良好,含3%GX22清洁压裂液在110℃、170 s~(-1)下剪切90 min后的黏度为33.53 mPa·s。GX22合成步骤少、原料易得、产物无需后处理,压裂液配制简单,与同类型清洁压裂液相比,成本较低。     

适合特低渗透油田的VES清洁压裂液性能

分析了VES清洁压裂液的黏弹性形成机理、抗剪切机理和破胶机理.室内实验表明,该清洁压裂液具有高弹性、低黏度的特性,其形成过程和流变性质对造缝、携砂、降低施工摩阻和控制缝高有重要的应用价值;稠化剂和激活剂之间有一个最佳比值;无机盐在较高的温度下不仅没有提高反而使得压裂液黏度降低,这是因为这些小分子在热运动中的剧烈振动,会增加对清洁压裂液中网络的破坏;复合物FH-1(30％C8醇和70％C10-14烷烃)可满足清洁压裂液在无烃类物质存在下的破胶,其可以有效控制清洁压裂液的破胶速度.该压裂液具有配液方便、使用添加剂种类少、不存在残渣等特点,采用内外相相结合的破胶剂可实现清洁压裂液在油层快速破胶排出地层,从而减少对地层伤害.     

清洁压裂液的制备和性能评价

采用单因素实验法优选出清洁压裂液的配方为:4%十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)+2%水杨酸钠+4%KCl。对制得的清洁压裂液的抗剪切、抗温和携砂性能进行了评价,结果表明,该清洁压裂液在90℃时的表观黏度为110 mPa·s,且在60 min连续剪切下,清洁压裂液的表观黏度几乎没有变化;静态悬砂砂比最高可达15%;破胶后黏度几乎与水相同,且没有水不溶物存在。这表明优选配方清洁压裂液具有较好的抗剪切、抗温和携砂性能,完全符合压裂施工要求。