压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律研究

压裂液返排期间,由于支撑剂的回流返吐导致放喷油嘴磨损严重,不仅增加了更换油嘴的成本,而且影响压裂施工效果。为了延长放喷油嘴的使用寿命,基于光滑粒子流体动力学(SPH)和有限元(FEM)的耦合方法,对压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律进行数值模拟研究。以磨损速率为判断标准,优化设计了放喷油嘴的内流道结构,优选了油嘴材料,探讨了支撑剂质量分数和粒径对油嘴磨损程度的影响。研究结果表明:放喷油嘴收缩段与直线段的过渡段和出口处的磨损最严重,优选油嘴的内流道结构为流线形,收缩段长度为25 mm,整体长度为42 mm,材料为陶瓷;随着支撑剂质量分数和粒径的增加,放喷油嘴的磨损速率均呈现先增大后减小的规律;优化的放喷油嘴耐磨性强,使用寿命长,可保证压裂液返排施工高效进行。研究结果可为高压高含砂条件下的耐磨油嘴设计提供参考。     

水力压裂后返排期间放喷油嘴尺寸的动态优选方法

根据物质平衡和流体力学原理,研究了水力压裂后不同尺寸放喷油嘴条件下井口压力随时间的变化--规律,计算了支撑剂的回流效应和考虑干扰时的沉降距离.由此,可根据不同的储层情况、压裂工艺参数条件和井口压力大小优选放喷油嘴的尺寸.模拟结果表明,井口压力越大,返排速度越小;反之,则返排速度越大.换言之,优化的油嘴尺寸是实时的、动态可调整的.这为压裂后选择合理的油嘴系列、保证整个放喷返排过程中,既能最大限度地提高返排率,又能最大限度地减少支撑剂的回流及提高水力压裂后的效果提供了可靠的依据和保障.     

压裂液气举返排优化设计

随着压裂施工井深不断增大,压裂液仅靠自喷的返排量已达不到设计要求,因此,需要选择下入气举阀进行气举返排的方式人工助排。为此,开展了气举返排优化设计研究,建立了平衡点深度计算模型,通过计算油管压力分布和环空压力分布,确定平衡点深度,继而进行气举排液参数优化设计。文中通过分析注气参数对平衡点深度以及排液速度的影响发现:平衡点位置主要受注气压力和井口压力影响,与二者呈线性相关性——注气压力每增加1.0 MPa,注气平衡点深度下移154 m左右,井口压力每增大0.1 MPa,注气点深度下移16 m左右;排液速度主要受注气速度影响,随井口压力的增大呈线性减小的趋势,注气压力和井口压力对排液速度的影响也不可忽略。     

浅析油井压裂液返排管理与实践

近年来,在石油开采生产工艺中,采取压裂作业工艺措施能够有效提高原油的产量,因而压裂生产工艺得以广泛的应用,但是,生产过程中的返排液往往对油田的水资源造成很大的污染,与经济可持续发展相悖;因此,探索和研究油田生产过程中,压裂作业时的返排液处理技术很有必要。本文主要根据多年的工作实践对返排液的处理进行了分析研究。     

压裂液返排率的理论计算

压裂液返排率是评价压裂效果的一个重要参数,而返排率的求取往往是压裂施工结束后现场液体收集得到,缺乏相关理论模型进行预测。为了丰富压裂设计及评价理论体系,从压裂液返排机理出发,考虑裂缝闭合前后压裂液返排不同的返排过程,根据物质平衡原理、岩石力学和渗流力学,建立了返排率计算的数学模型,分析了地层渗透率、孔隙度、裂缝导流能力、破胶压裂液黏度对返排率的影响,计算结果表明,地层孔隙度对压裂液返排率影响较小,破胶压裂液黏度、裂缝导流能力、地层渗透率对返排率影响较大,提高破胶压裂液黏度和裂缝导流能力对于返排率的提高有重要的意义。     

Bossier砂层中优化压裂液返排

适当的流体和支撑剂充填是成功压裂增产措施的关键.即使采用了有效的压裂充填,油井动态产能经常受到不完全破胶和压裂液不彻底返排的影响.目前使用一系列环保技术--与压裂液相配伍的化学示踪剂来逐段确定压裂液返排率.应用这项技术,可以单独地分段清洗压裂液,并通过压裂液的优化选择提高返排率.     

页岩气藏压裂液返排理论与技术研究进展

页岩气藏的压裂实践表明,压后返排设计对页岩气藏压裂效果具有重要影响。近年来,压裂液返排理论与技术研究已成为页岩压裂领域的热点问题。基于国内外学者在页岩压裂液返排机理、模型、影响因素及工程工艺等方面的研究成果,系统总结和分析了页岩压裂液返排控制机制与设计方法。页岩压后压裂液在返排过程中的力学影响因素主要有毛管力、重力、化学渗透力、黏性力、气体解吸附效应等;针对压裂液是否渗吸进入基质以及压裂液的返排流动区域的研究存在争议,大多数学者认为压裂液并不渗吸进入基质中,返排流动区域主要是压后形成的水力裂缝;根据页岩气田现场生产数据分析得出早期返排过程主要为气水两相流动,目前针对页岩压后返排两相流动过程的数值模拟模型,考虑影响因素单一,应建立综合考虑影响返排过程中各类因素的模型;工程应用现状表明目前现场对返排制度的尝试还不能实现合理的返排控制,返排制度制定缺少正确的理论指导。研究成果对开展页岩压裂返排理论与工程设计研究具有一定导向作用,对提升页岩压裂改造效果具有重要指导意义。     

大规模压裂水平井压裂液返排方法探讨

水力压裂是油、气藏增产最有效的措施之一,压裂液的返排与增产效果关系密切。低渗透油层超长水平井多级压裂,压裂液用量大,采用单一油嘴控制放喷返排,已经不能满足精细施工的需要。针对大规模压裂水平井的压裂液返排,建立了不同油嘴下压力对应产量和临界流量的计算公式,采用系列尺寸的油嘴控制压后放喷,达到提高一次返排率、提高压后产能、防止支撑剂回流的目的。     

润湿性改变对压裂液返排的影响

压裂破胶液长期滞留会对储层造成二次伤害。受储层物性和地层水影响,单纯通过添加表面活性剂的手段,难以保证持久的低界面张力,达不到高效、快速返排的目的。介绍了一种“双疏表面”润湿处理剂FCS,采用测量固液界面接触角的方法,评价“双疏表面”的润湿性;通过对致密砂岩驱替,计算渗透率损害率,评价“双疏表面”的形成对压裂液返排效率的影响。实验结果表明,经过FCS 处理的致密砂岩表面,形成了一层致密的分子膜,使岩石表面变成“双疏”表面,油、水固液接触角均大于90°。对比岩心驱替结果,经“双疏”处理后的岩心破胶液伤害率为18.3%,低于单纯添加助排剂的液相伤害率。固液界面接触角和岩心驱替结果证明,改变岩石表面的润湿性,使之成为“双疏表面”,不仅是一种促进压裂破胶液高效返排的行之有效的途径,也有助于后续驱替洗油,提高“三次采油”的采收率。      

压裂液智能返排实时监控技术研究

为实现压裂液的合理、连续、自动返排，克服传统返排方式带来的诸多弊端，进行了压裂液智能返排实时监控技术研究。根据井口压力变化，实时判断压裂液最佳返排时机，实时计算不同压力下最小临界出砂返排流量，自动调节返排阀门开度，自动控制返排流量大小，同时可将返排过程中的压力、排量等数据进行显示、存贮、远程传输。现场试验表明，该技术明显提高了压裂液返排效果和管理效率。     

压裂液返排模型的建立及应用

压裂液返排过程中通过合理控制返排时间和流量,可使支撑剂在产层区获得较好的铺置,从而使裂缝具有较高的导流能力。目前压裂液返排工作制度的确定一般依靠现场工程师的经验,缺少可靠的理论依据。为此建立了包含考虑二维滤失的裂缝扩展模型,停泵后即刻返排、停泵后关井闭合返排的数学模型,模拟了返排期间压力、排量随时间的变化规律,建立了压裂液返排模型,得到压裂液返排控制的优化设计方法,并编制了计算程序,指导现场选择合适的返排时间和返排流量。现场实例表明,应用编制的压裂液返排计算软件得到的结果,可为压裂液返排时间和流量的确定提供依据,有助于现场返排的科学化和定量化。     

致密砂岩气藏压裂液高效返排技术

压后返排是水力压裂作业的重要环节,低渗致密油气藏压裂液的高效返排,是保证压裂效果的关键所在,直接影响压裂改造的效果。通过低渗致密油气藏压裂液返排机理的研究,分析了影响压后压裂液返排的影响因素除了基本地质特征外,主要有压裂液的水锁伤害、启动压力的和返排压差。在此基础上,通过研究,提出了低渗致密油气藏压后高效返排的技术对策,即,以高效返排压裂液和压裂液强化破胶为技术核心,以纤维加砂、液氮伴注、工艺优化和压后返排控制为关键技术,实现低渗致密油气藏压裂后压裂液高效返排。高效返排工艺技术在川西致密气藏应用效果良好,大大地缩短了返排时间,提高了压裂液的返排率和返排效率,有效的降低了压裂液对储层的伤害,保证了压裂改造的效果．     

海相页岩压裂液低返排率成因

为了研究压裂液与页岩作用以及滞留机理,以中国南方海相页岩昭通、长宁和威远区块的岩心为样品,从吸附、膨胀、溶出孔、溶出液矿化度及离子组成等实验研究入手,揭示水在页岩中的赋存状态及高矿化度来源,模拟计算了水的滞留及矿化度增加机理。扫描电镜显示页岩中含有黏土矿物质形成的大量微裂缝,超声浸泡页岩矿物溶出率介于0.5%~0.7%,离子组成与地层水一致,取样岩心黏土矿物含量介于18%~20%,主要为绿泥石、伊利石和少量伊/蒙混层,没有蒙脱石(SS)层,XRD及红外光谱验证压裂液不会进入黏土矿物层间,不会引起页岩膨胀,压裂液滞留主要为压裂新形成的页岩微裂缝表面吸附作用的结果,吸附饱和速度与孔径成正比,为逐步渗透。结论认为,压裂液对页岩的逐级萃取及纳米缝隙对离子排斥是返排后期矿化度急剧增加的主要原因,气藏形成时甲烷携液作用也是可能的原因。结合实验及现场数据,分析了9口井压裂液返排率与产气量数据,结果表明相同区块总体趋势为返排率越低,微裂缝越发达、体积改造效果越好、产气量越大。     

微藻处理压裂液返排液效果评价

油气井压裂作业是油气井增产的主要措施之一,为各油田普遍采用。油气井在压裂过程中产生的压裂返排液已成为当前油气田水体污染源之一。随着国家对环境保护、节能减排的重视以及油气田开发技术的不断提升,压裂返排液重复利用将是油气田开发的必然选择。近年来,关于利用微藻处理废水的方法受到越来越多的关注,研究如何将藻类处理废水方法应用到油田生产中是十分必要的。     

东北油气田压裂液返排液重复利用技术

针对压裂液返排液量大,净化处理成本高,对环境污染严重的问题,对东北油气田压裂液返排液重复利用进行了研究。设计并研发了移动式污水处理装置,通过该装置制取了清洁压裂液和瓜胶压裂液2种返排液的处理液。用Master sizer 2000激光粒度仪对处理液进行分析,结果表明,处理液中的固相颗粒去除率达到99%以上。对处理液进行了水质分析,结果表明2种处理液中仍含有大量的Ca2+、Mg2+等离子,北201井处理液中还存在难去除的硼酸根离子,这使得配制的HPG基液提前交联,形成冻胶;北201井中高浓度的Ca2+、Mg2+使得CMG稠化剂不能溶胀起黏。通过对不同添加剂的优选和用量优化,确定了利用处理液配制BCG-1非交联缔合型压裂液的最佳配方:0.5%稠化剂BCG-l+0.2%阻垢剂B-43+0.3%金属离子螯合剂BCG-5+0.1%高温稳定剂B-13+0.4%黏度增效剂B-55。性能评价表明:2种处理液配制的压裂液在120℃、170 s-1下剪切120 min液体黏度均能达到30 m Pa·s以上,耐温耐剪切性好;落球沉降速度小于0.324 mm·s-1,携砂性好;破胶彻底,破胶液黏度小于5 m Pa·s,残渣含量低于30 mg/L。     

压裂液快速返排泵的研制及应用

针对传统油井压裂工艺残液返排率低,造成地层污染严重,压裂效果不理想的问题,研制了系列压裂液快速返排泵。该泵主要由特制泵筒总成、柱塞总成、特制固定阀总成等组成,可满足油田压裂和酸化施工要求。使用时,该泵可作为压裂管柱下入井中,措施完成后,下入特制固定阀,无需重新起下油管,即可实现快速排液及抽油,减少一次起下泵及油管的作业措施。同时,残液得以及时返排,减少了压裂液对地层的二次污染,压裂效果提高10%左右,增效10余万元。节约作业费和入井工具费约3万元,具有较好的应用前景。     

胭脂红示踪剂在评价压裂液返排中的应用

针对川西地区SF气田近期部分水平井压后返排率和测试产量较低的问题,采用胭脂红示踪剂来评价压裂液返排情况。将胭脂红定量加入到水平井某一分段的压裂液中,通过检测返排液中胭脂红的含量来评价返排率。针对返排液中的杂质影响测量准确性的问题,建立简便可靠的比色卡法来判断返排液中的胭脂红浓度。在SF气田应用了4口水平井,定量描述了2口井的返排情况,定性判断另外2口井示踪压裂段液体并未返排。应用结果表明,胭脂红作为示踪剂能够定性/定量评价示踪段的返排情况,为水平井的压裂设计提供重要的理论依据。     

大庆油田不返排压裂液技术研究及应用

大庆油田低渗透储层水力压裂已经成为增产改造的主体技术,但应用过程中存在压裂废液处理环保压力大、成本高,压裂后不及时返排会对储层造成伤害,影响增注效果等问题。为此,通过技术攻关成功研制了不返排清洁环保压裂液,该压裂液具有低成本、低伤害、油井零外排、水井不返排的技术优势。该技术在大庆油田低渗透储层累计应用154口井,施工成功率100%,其中,88口油井累计增油3.8×10~4 t,66口水井累计增注51.2×10~4 m~3,减少外排压裂液3.2×10~4 m~3,达到了"零污染、零排放"的要求。