一种新型交联缔合清洁压裂液体系的研究及评价

针对国内清洁压裂液中普遍存在的耐温性能较差的问题,研发了一套新型疏水缔合聚合物压裂液体
系。该压裂液体系主要应用于１３０℃高温油藏的压裂施工,最终配方为０．４５％聚合物稠化剂＋０．４％交联剂＋１％
ＫＣｌ,并进行了室内试验,对该体系的流变性、黏弹性、悬砂性和破胶性能进行了测试。研究结果表明,该体系耐温
耐剪切性能良好,在１３０℃、１７０ｓ^－１
下剪切１２０ｍｉｎ后黏度仍能保持在５０ｍＰａ·ｓ以上,加入破胶剂后该压裂液体系
破胶快速且彻底,无残渣,对地层伤害小,便于返排,有利于压裂施工。     

调整型水基清洁压裂液室内研究

针对现行清洁压裂液抗高温性能较差和使用成本较高的缺点,研究了以CTAB为主剂,复配温度控制剂Na2S2O3和黏土稳定剂KCl的调整型水基清洁压裂液。通过室内实验测试了调整型水基清洁压裂液的性能,结果表明:调整型水基清洁压裂液比现行的清洁压裂液具有更好的抗剪切性能和抗温性能,在85 ℃以下的碱性环境中性能稳定且具有良好的携砂性能。调整型清洁压裂液与柴油或?油接触可在2 h内自动破胶,破胶后无残渣,破胶残液与地层水和原油配伍性良好。     

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。     

一种新型无瓜胶电吸引聚合物压裂液体系

从代替传统瓜胶压裂液的指导思想出发,利用分子间的静电吸引作用,研制出一种耐高温无残渣的新型压裂液。该压裂液稠化剂为研制出的一种中低分子量、碳链较长且具有正电荷的聚合物,其与研制出的电吸引诱导剂作用可以形成剪切可逆的空间网状结构。从耐高温性、抗剪切性以及对地层伤害性和润湿性改变等方面对该压裂液进行
了评价。该压裂液在 130 ℃、170 s-1下剪切 1 h 后黏度在 45 mPa·s 以上,残渣量为 0,岩心伤害率为 20.56%,可使地层岩石表面润湿性由亲油性向亲水性转变,从而有利于油气的开采;并且该压裂液在高速剪切下黏度降低,剪切速率降低时黏度又随之恢复, 这一特点可很大程度地降低其摩阻。该压裂液在靖50-X井盒8段的压裂施工进行了试验应用,增产效果显著。其主剂合成步骤简单,原料易得,体系价格相对较低,可以成为瓜胶压裂液的替代产品。      

新型清洁压裂液研究方向

目前的研究结果表明,清洁压裂液体系的低伤害、高效率、高经济性是压裂液发展的主要方向。其中VES清洁压裂液的研究相对比较成熟,但大规模应用仍有困难。清洁泡沫压裂液体系相对单一的清洁压裂液体系具有一定的优势,可以通过加入无害化的气体来减少化学药剂的用量。在油气田开采中生物技术的应用十分广泛,通过这种绿色环保技术可以从根本上解决开采过程中污染大、消耗高的技术难题。从油藏的可持续发展考虑,清洁压裂液不但可以降低开采过程中对地层的伤害,保护储层,而且还可以降低开采作业的成本。无论是从经济层面还是从技术角度来看,对清洁压裂液的研究都是十分必要的。     

新型Gemini表面活性剂复合清洁压裂液体系

为构建新型低伤害复合清洁压裂液体系,在合成阳离子双子表面活性剂的基础上,通过复配非离子表面活性剂以及有机盐助剂,研制出一种新型Gemini表面活性剂复合清洁压裂液体系。室内对压裂液体系进行了性能评价,结果表明120 ℃、170 s-1条件下剪切90 min后体系黏度仍可维持在90 mPa·s左右,具有良好的耐温抗剪切性能;体系在较低的黏度下仍具有较高的弹性,可以满足携砂要求;体系在室温下放置90 d后黏度几乎没有变化,具有良好的稳定性;使用煤油和地层水破胶20 min后的体系黏度均小于5.0 mPa·s,说明体系破胶迅速彻底;破胶液的界面张力分别为0.416 mN/m和0.605 mN/m,有利于压裂破胶液的返排;使用煤油和地层水破胶后的破胶液对天然岩心的伤害率分别为8.71%和12.02%,具有低伤害的特点。现场应用结果分析表明,使用新型Gemini表面活性剂复合清洁压裂液体系的CZ-22井压裂后的日产油量为未压裂邻井CZ-21井的4倍多,压裂增产效果显著。     

一种高温耐剪切超分子缔合弱凝胶清洁压裂液体系

超分子聚合物化学是超分子化学与高分子化学相互交叉融合形成的新方向,因此基于前期对超分子压裂液的研究成果,采用对疏水单体增溶性能好的ASF-1两性离子表面活性剂,与自制的LCM长碳链阳离子不饱和成链单体、自制的HTM抗高温单体等进行胶束共聚合反应,合成了一种高温耐剪切的超分子聚合物稠化剂SPM-2。通过复配具有蠕虫状胶束的物理交联剂PCA-1,制备出一种超分子缔合弱凝胶压裂液（0.8% SPM-2+0.5% PCA-1）。该压裂液具有超分子“蜂巢”网格结构,表观黏度随物理交联剂加量增大而持续增加,达到了胶束与聚合物链的强物理交联效果。该压裂液在150℃、170 s-1、2 h下表观黏度保持在58 mPa·s左右,相比超分子聚合物溶液提高了30 mPa·s ;剪切速率从40 s-1增至1 000 s-1,再降到40 s-1后,压裂液黏度迅速降低并快速恢复,剪切回复性好;在0.01~10 Hz内进行频率扫描,压裂液弹性明显优于黏性;支撑剂沉降速率小于8×10-3 mm/s,悬砂能力相比稠化剂溶液提高了一个数量级;在90℃、2 h下破胶液黏度小于2 mPa·s,未检出残渣;岩心伤害率小于10%。室内实验结果表明,该压裂液可满足致密砂岩气藏高温储层压裂需求。      

一种基于阳离子稠化剂的高抗盐压裂液研究及应用

针对目前压裂作业向着高温油气藏措施改造、节约用水,利用海水、地层高矿化度水配液等非常规领域的拓展,通过对疏水缔合聚合物压裂液增黏机理研究,基于阴阳离子电吸引原理,开发研制了自缔合高抗盐压裂液体系,并对其进行了性能评价和现场应用。研究表明,在阳离子聚合物溶液中加入阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠,可以使聚合物分子通过静电吸引作用进行自缔合交联,并通过在分子中引入球状胶束及钙镁离子稳定剂,大幅度增强压裂液的抗温抗盐性能。该压裂液体系黏度可以达到331 mPa·s,耐盐达60 000 mg·L-1,有良好的抗钙镁性能,岩心伤害性低,在130℃、170 s-1剪切1 h后黏度保持在50 mPa·s以上,可以满足60~130℃水温配液和压裂施工的要求;并且该压裂液在剪切速率上升时黏度降低,剪切速率下降时黏度又会恢复,可以有效降低摩阻。该体系在华北油田二连地区阿尔3-26井现场应用,采用矿化度达到9 104 mg·L-1的邻井地层水直接进行配液,提高了施工效率,增油效果显著。体系原料易得、成本价格低,抗盐性明显优于其他压裂液体系,具有良好的应用前景。      

一种新型压裂液

在"可逆结构溶液"新型压裂液概念的指导下,研制出一种新型压裂液增稠剂及其压裂液体系。试验研究表明:该体系G′恒大于G″,是典型的粘弹结构溶液;粘度不低于30mPa·s(170s^-1)的体系携砂能力即可满足施工要求;温度为150℃,增稠剂加量仅为0.8wt%时,体系粘度既达到了30mPa·s(170s^-1)以上,且对剪切时间不敏感;破胶液"清洁",对支撑剂导流能力保持在90%以上,岩心渗透率伤害低于10%。中原油田5口井(濮65-9、文99-20、卫10-40、卫侧214、卫355-4井)的应用表明,该新型压裂液施工简单,与常规压裂液相比组分少、配制简单,携砂性能良好,摩阻仅为清水的22%,使用温度已达到120℃,对地层的伤害低,取得了比常规压裂液更好的增产效果。     

一种聚合物压裂液稠化剂的性能研究及应用

以分子间的静电作用为理论基础,研制出一种适用于中高温地层的阳离子型中高分子量的压裂液用聚合物稠化剂,通过红外光谱谱图以及核磁共振谱图分析聚合物结构,利用扫描电镜观察加入电吸引诱导剂后聚合物溶液空间结构的变化,并对该聚合物压裂液稠化剂进行性能测试,发现该压裂液聚合物稠化剂在加入电吸引诱导剂后可形成较强的空间网状结构,增黏效果很好,并且在110℃、130℃、170 s-1下剪切1 h后黏度保持在40~55 m Pa s,在90℃条件下破胶时间为71.5 min,破胶后无残渣,岩心伤害率低,为12.07%。该压裂液表现出较强的黏弹性,携砂性能好,沉砂速率为1.96×10-4 m/min,且在砂比为60%时,常温下1 h后悬砂状态良好。该聚合物压裂液稠化剂满足现场压裂施工的要求,加之合成原料易得、价格较低,其现场应用前景广泛,通过在苏里格气田苏20-23-X井盒8下段的现场压裂施工测试中可以看出,其施工效果显著。     

浅层低温油藏清洁型压裂液的研究与应用

根据河南油田南部陡坡带低温、低渗油藏对压裂液的基本要求,通过室内实验筛选了IBF阴离子黏弹性表面活性剂作为清洁压裂液主剂。阴离子表面活性剂的使用,将使阳离子表面活性剂体系对砂岩地层的孔隙吼道尺寸的减小及岩石的表面润湿反转得到彻底解决,实现了真正的无伤害性能。同时该压裂液具有低黏高弹、低摩阻、携砂能力强、不用加破胶剂和良好的表面活性。在现场应用中配套实施了变浓度一次交联压裂液施工技术,节约了施工成本。该技术现场实施16井次,成功率100%,有效率100%,累计增油9373 t,取得了良好的增产效果,为该区块的开发提供了有力的技术支撑。     

粘弹性清洁压裂液的作用机理和现场应用

常规水基压裂液破胶后具有较高的残渣量,对支撑裂缝伤害较大,在一定程度上影响了油气田的产量.研究开发出了新型的VES清洁压裂液体系,它是由VES粘弹性表面活性剂和水或盐水组成.该压裂液集粘弹性、抗剪切性、自动破胶性于一体.通过分析VES清洁压裂液的粘弹性形成机理、抗剪切机理、携砂机理、破胶机理、滤失机理、伤害机理,表明粘弹性清洁压裂液具有独特的分子结构和独特的流变性能,它具有配制简便,使用添加剂种类少,不存在残渣,对储层伤害小等特点.现场实验表明,清洁压裂液具有破胶性能,施工摩阻低,携砂能力强,可有效地控制缝高.与使用水基压裂液的邻井相比,粘弹性清洁压裂液压裂施工后增产效果明显.     

新型压裂液体系性能评价

针对瓜胶压裂液成本大幅增加的问题,开展了替代瓜胶的新型压裂液体系研究。通过对改性黄原胶及高分子聚合物压裂液体系的综合性能评价,初步形成了一套改性黄原胶滑溜水和一套聚合物压裂液室内配方。目前,改性黄原胶压裂液还存在耐高温耐剪切性能差、破胶液残渣含量高的问题,聚合物压裂液存在稠化剂加量高、延迟交联性能与耐高温性能难以达到平衡的问题。新型压裂液体系进一步改进后可现场选井进行试验。     

中高温清洁压裂液体系PA-VES120的研发

为提高清洁压裂液的耐温性能,通过实验合成了阳离子双子表面活性剂PA-S18,并利用红外光谱和核磁共振技术对其分子结构进行了表征。以PA-S18为主剂,配制了中高温清洁压裂液体系PA-VES120,并对其耐温抗剪切性能、破胶性能及对地层伤害程度进行了实验评价,结果表明:该体系在120℃、170 s^-1下剪切60 min,粘度保持在40 mPa·s以上,可满足悬砂性能要求;该体系破胶简单,利用2%的原油、柴油、混苯作为破胶剂,2 h内均能完全破胶;该体系对岩心基质渗透率损害率和动态滤失渗透率损害率均在10%左右,对地层伤害较小。PA-VES120清洁压裂液体系的成功研发,对于提高海上低渗油气藏中高温地层压裂增产效果具有重要意义。     

新型吉米奇(Gemini)季铵盐(NGA)的研制及其在VES清洁压裂液中的应用

本研究合成了一种新型的吉米奇(Gemini)季铵盐阳离子表面活性剂NGA-乙烯撑基双(十八烷基二甲基溴化铵),并对产物的表面活性及由产物配制的VES清洁压裂液的性能进行了测定。结果表明:其CMC为1.2×10~(-1) mol/L,r_(CMC)为30.7 mN/m;添加NGA 2.0%(wt),NaCl 4.0%(wt)配制的VES清洁压裂液体系具有良好的粘弹性及抗温稳定性能,最高抗温可达95℃,解决了传统季铵盐类清洁压裂液体系的添加量高、耐温性能差的缺点,具有良好的市场应用前景。     

阴阳离子双子表面活性剂在清洁压裂液中的应用

采用阳离子双子表面活性剂GC-18与阴离子双子表面活性剂GA-12复配,并引入有机阴离子,得到新型清洁压裂液VES-GCA.通过测定不同质量浓度的GA-12与有机阴离子添加剂X对压裂液体系黏度的影响,得到压裂液最优配方为0.10 g/L GC-18+ 0.10 g/L GA-12+ 0.03 g/L X.研究表明,该压裂液体系在70℃,170 s-1条件下,表观黏度在30 mPa·s以上,能够满足清洁压裂液的携砂要求;抗剪切能力良好,破胶能力强,破胶后无残渣,对地层伤害小,且具有添加量低的优点,在中低温、低渗储层的压裂改造中具有良好的应用前景.     

清洁压裂液在七里村采油厂的应用

根据国内外关于压裂液和表面活性剂的研究成果,运用表面化学、流变学和说理压裂工程等多学科知识和方法来解决清洁压裂液的理论与实践问题。研究了较完整的清洁压裂液体系及其应用技术:清洁压裂液的组成和配方,清洁压裂液的性能,清洁压裂液的成胶机理等。最终开发出能适用于油矿实际的清洁压裂液体系及应用技术,解决胍尔胶压裂液对地层伤害较大的缺点,使油矿低渗透油藏的压裂增产效果获得提高。将清洁压裂液应用到延长油矿七里村采油厂的16口井中,成功率达100%。     

清洁水基压裂液在陕北低渗油田的应用

随着油气资源的开采,地下资源的枯竭,压裂已经成为油气资源进行深层次挖掘的有效手段。但压裂过程中,由于外来压裂液侵入地层,对地层造成污染,严重影响压裂缝面附近基质的渗流能力,降低压裂后油井产能。为了降低压裂液对地层污染,需引进清洁压裂液,降低对地层的伤害。介绍了清洁水基压裂液在陕北低渗油田的应用,重点阐述了清洁水基压裂液性能,并对清洁水基压裂液的现场应用现状进行了简单分析。