泡沫压裂液携砂性能评价方法研究进展及展望

泡沫压裂液具有伤害低、返排迅速、可减少用水量等优点而得到广泛应用,由于泡沫压裂液属于气液
两相可压缩性极强的流体,导致评价泡沫压裂液携砂性能的难度大于常规纯水基压裂液。文章在调研国内外有关
文献的基础上,将目前泡沫压裂液携砂性能评价方法分为间接法（实验法、数模法）和直接法（静态法、动态法）两
大类,阐述了不同评价方法的优缺点,建议以实验为基础,数模为手段,充分整合目前已有的评价方法,发挥各评价
方法的特点,建立一套较为完善的泡沫压裂液携砂性能评价体系,为泡沫压裂施工设计及现场施工提供理论依据
和技术支撑。     

一种新型黏弹性清洁压裂液的合成及性能

合成了一种新型黏弹性清洁压裂液JL-K,通过实验确定最佳合成工艺为CM-A与CM-B质量比3∶2,催化剂E用量0.5%,反应温度为50℃,反应时间为60min,搅拌转速为280r/min。采用流变仪、表面张力仪等仪器对压裂液体系进行了耐温性能、耐剪切性能、悬砂性能、破胶性能的评价实验。性能测试结果表明:该压裂液体系具有较好的抗剪切性能,适合中温储层,破胶液无固相残渣、携砂性好、可降解、表观黏度低(5mPa·s以下),利于返排。     

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     

瓜胶压裂液携砂微观机理研究

通过对瓜胶压裂液进行静态支撑剂沉降实验、动态黏弹性测试、屈服应力测试、分子结构表征,研究了瓜胶压裂液的宏观性能、分子结构与压裂液携砂性能间的关系。支撑剂沉降实验表明,压裂液黏度的变化与支撑剂沉降速率呈非线性关系,用黏度指标很难准确表征压裂液的携砂性能。动态黏弹性测试表明,压裂液损耗模量的增加有利于降低支撑剂沉降速率,而储能模量的大幅度提高赋予流体弹性特征,这才是支撑剂能够长时间保持均匀悬浮状态的根本原因。压裂液微观结构分析表明,压裂液基液具有杂乱、松散、多孔洞的网络堆砌结构,而交联压裂液具有均匀、紧密的整体堆砌结构,该结构赋予交联压裂液弹性,使其携砂能力发生本质变化。     

适用于低温煤层气储层的清洁压裂液研究

煤层较松软,脆性强,压裂时会产生大量的煤粉,且煤层埋深浅,储层温度远远低于砂岩储层,用常规的压裂砂岩储层的压裂液,就会造成压裂液破胶不彻底。因此,为了降低伤害,通过室内实验,研制出一种新型清洁压裂液及对应的破胶剂。清洁压裂液是由阳离子表面活性剂在盐水中缔合形成网状结构的低黏凝胶液,加入破胶剂后,可使体系在1.5 h~3 h失去携砂能力,6 h~8 h内破胶彻底无残渣。该压裂液配制简单,可调节性强,具有剪切稳定性、携砂能力强、低滤失性、低摩阻、对储层伤害小等优势。     

耐高温清洁压裂液的制备与性能研究

为获得耐温性良好的压裂液体系,以硬脂酸、草酸、4-氨基-N,N-二甲基苯胺、N,N'-二氨基乙基乙二胺、1,3-二氯-2-丙醇为原料合成双子表面活性剂,以其作为稠化剂与氯化铵水溶液混合制得清洁压裂液,考察了该压裂液的耐温性、耐剪切性、携砂性和破胶性等。结果表明,与胍胶压裂液相比,该清洁压裂液耐温耐剪切性能好,120℃时的表观黏度为88 mPa·s,满足高温油气田的使用要求;携砂性能好,120℃时石英砂在压裂液中的沉降速度为0.79 mm/s;与地层水的配伍性良好;在压裂液中加入煤油即可自动破胶,无需加入破胶剂,便于使用。     

两性/阴离子表面活性剂清洁压裂液性能评价

为解决阳离子型表面活性剂压裂液的性能缺陷,采用两性离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂制备出了清洁压裂液,考察了其性能特征。研究结果表明,两性/阴离子表面活性剂清洁压裂液黏度随KCl加量的增大先增加后减小。随SDS加量的增大而增加。组成为2.24%甜菜碱+0.9%十二烷基硫酸钠(SDS)+6.2%KCl的两性/阴离子表面活性荆清洁压裂液在65℃、170 s~(1)下恒温剪切约40 min,压裂液黏度保持在59.5 mPa·s左右,耐温耐剪切性较好。在室温、55℃、65℃条件下,砂粒在压裂液中的沉降速率分别为0.02、0.14、0.51 mm/s,携砂性较好。煤油加量为2%时。压裂液快速破胶。破胶液黏度2.15 mPa·s,表面及界面张力分别为26.542和0.8562 mN/m,无残渣。压裂液在天然岩心的滤失系数为5.6×10~(-4)m/min~(1/2),滤失性较好。破胶液对岩心渗透率的伤害率为19.1%。比较适合于温度在65℃以内的地层。     

耐温VES压裂液SCF的性能

长链脂肪酸在酸存在下与胺缩合再经季铵化,得到季铵盐型表面活性剂,引入无机和有机阴离子,得到粘弹性表面活性剂,溶于水中制成VES压裂液SCF。测定了体积分数4.0%的SCF压裂液170s-1下40～150℃的粘温曲线,温度升至150℃时粘度为68mPa·s,降温至90℃并维持130min后粘度为88mPa·s;在130℃剪切95min时粘度>80mPa·s,在150℃剪切45min时粘度～70mPa·s。在60℃、100～500s-1区间,上行和下行粘度～剪切速率曲线几乎重叠。少量水和互溶剂、少量原油、大量水可使SCF压裂液完全破胶。残渣率为176mg/L。砂比为10%时,粒径0.5～0.8mm石英砂在SCF压裂液中的悬浮率>90%。SCF压裂液对粘土的防膨率为80.5%。在原油与SCF体积比为1∶4和1∶1时,原油30℃粘度由1832mPa·s分别降至100和48.7mPa·s。图4表2参1。     

清洁压裂液室内研究

低压、低渗透油层使用聚合物压裂液不仅会在压开裂缝的表面形成滤饼,还会产生部分残渣留在地层和支撑裂缝中,造成二次污染,影响压裂效果.研制出了增稠剂VES-Ⅰ和VES-Ⅱ,并优选出了适用于20～120 ℃的清洁压裂液配方,即:将水、增稠剂VES-Ⅰ和VES-Ⅱ、胶束促进剂SYN、KCl等按一定比例混合,搅拌形成粘弹性胶体.该压裂液破胶后无残渣,其独特配方消除了阳离子表面活性剂的润湿反转作用对地层可能造成的伤害,所以,不会降低地层的渗透率及支撑裂缝的导流能力.该压裂液配制简单,不需要杀菌剂和破胶剂,具有流变性能好、造缝与携砂能力强、对地层伤害小、使用方便等优点.     

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。     

羟丙基磺基甜菜碱压裂液体系性能研究

考察了羟丙基磺基甜菜碱VESBET-4浓度、pH值和无机盐的加入对体系黏度的影响,并评价了VES压裂液（2.5%表面活性剂+0.5%黏土稳定剂）的耐温抗剪切性能、携砂能力及破胶性能。结果表明:当转速达到250 r/min时,质量分数为2%的VESBET-4溶液的黏度可达到600mPa·s以上;该表面活性剂适于在中性及碱性条件下使用;且该表面活性剂与黏土稳定剂NH₄Cl、KCl具有良好的配伍性,无机盐的加入基本不影响体系的黏度。该压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性能,在温度70℃、剪切速率170s^-1下的体系黏度仍高于50 mPa·s,60℃、170s^-1下剪切2h后的体系黏度仍高于85mPa·s。同时,单颗砾石的沉降速率为0.95 cm/h,砂比为30%时的砂子沉降速率为1.11cm/h,说明该体系具有良好的携砂造缝能力。使用模拟地层水可对该压裂液体系进行破胶,破胶时间在1 h内,破胶后体系黏度可降至4.27 mPa·s以下。图5表2参12     

FRC-1清洁压裂液体系的性能和应用

FRC-1清洁型水基压裂液由2.5%粘弹性表面活性剂、0.1%特殊稳定剂和4.0%氯化物的盐水组成,室温高速搅拌成为粘弹态,在常温、170 s-1剪切速率下,表观粘度140 mPa·s.FRC-1型压裂液携砂能力强,与烃类接触或被地层水稀释会自动破胶不留下任何残渣,不会造成裂缝导流能力的损害.该压裂液体系在pH大于5.0、使用温度60℃以下时,压裂效果好,在长庆油田现场应用已取得较好效果.     

抗高温清洁压裂液的性能研究

清洁压裂液不会伤害地层岩缝,符合绿色环保的要求。研究了几种清洁压裂液的配方,在实验室内用ZNN-D6旋转黏度计测定了它们在不同温度下的表观黏度。实验测出GPP+NaCl、GPP+KCl、GPP+C7H5O3Na压裂液体系均能在常压、120℃的高温下表现出较好的表观黏度,具有良好的实用价值。     

页岩压裂用减阻、携砂双功能结构聚合物的动力学分析及制备

为改善压裂液在页岩储层缝网体积压裂前端摩阻大、尾端黏度低的问题,基于分子动力学模拟不同碳链长度孪尾单体的空间位阻、聚合物均方末端距和均方位移。以甲基丙烯酸月桂酯(LMA)、丙烯酰胺(AM)、N,N-二正十二烷基丙烯酰胺(DiC₁₂AM)为原料,通过胶束聚合方法制备聚合物LMA-DiC₁₂AM-AM(LAD),并对其结构进行表征。利用流变仪和摩阻仪等研究LAD溶液的流变性、减阻性和携砂性。结果表明,DiC₁₂AM单体的空间位阻较小、分子链柔顺性和束缚水分子的能力好,减阻潜力大。LAD具有良好的剪切稳定性(黏度大于75 mPa·s)、剪切恢复性和携砂性,可耐温60℃,降阻率达67.4%。聚合物LAD兼具减阻和携砂两种性能,与模拟结果基本一致。     

清洁压裂液在煤层气井压裂中的应用

陕西省韩城市地区煤层气井的主要目的煤层底界与奥灰系含水层的距离不足10 m,为了提高单井增产改造的效果,并最大程度地降低对煤层的伤害,选用清洁压裂液进行该地区煤层压裂。针对该地区煤层特点,室内试验对清洁压裂液配方及破胶剂进行了优选,对优选配方的流变性、携砂能力、滤失控制能力、对煤层的伤害性进行了评价,介绍了其现场应用情况。使用清洁压裂液在该地区压裂3口井8层,施工成功率为100%,其摩阻仅为活性水摩阻的38%,压裂井的日产气量是活性水压裂井的一倍以上。室内试验及应用结果表明,清洁压裂液对煤层中的粘土有良好的防膨效果,能够降低粘土膨胀对煤层的伤害;抗剪切能力强,在较低粘度下就具有良好的携砂能力,压裂时排量的选择空间较大,能够形成长的支撑裂缝;摩阻较低,可以降低施工时的水马力;配制简单,用液量少,便于缺水地区使用。     

低伤害清洁压裂液VES-1的研制与应用

所报道的VES - 1低伤害清洁压裂液体系 ,是由一种含特殊结构的阳离子表面活性剂增稠剂 4 % (ω)、盐水 2 %～ 4 % (ω)和一种反相离子 0 .35 % (ω)等所组成的。该压裂液的增稠剂具有在水中 1～ 2min以内可均匀分散并形成冻胶 ;抗温能力达 80℃ ;抗剪切性能好 ,在 80℃下剪切 6 0min后 ,压裂液的粘度仍大于 90mPa·s;不用破胶剂 ,在室温下 12 0min后压裂液粘度小于 5mPa·s;伤害低 ,平均岩心恢复率大于 90 % ;平均砂比大于 5 0 %。在现场已成功应用 10井次。     

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。     

阴离子表面活性剂压裂液的研制及在苏里格气田的应用

研制开发出一种新型阴离子表面活性剂压裂液,确定了该压裂液的配方。大量的室内试验表明,该压裂液具有防膨性能好、滤失小、易破胶、携砂性能好、摩阻低和对储层伤害低等优点。目前该压裂液已成功应用于苏东地区6口双层改造井,增产效果明显。该压裂液适合用于对苏里格东部岩屑砂岩储层进行改造。     

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。