低浓度胍胶压裂液体系的研究与应用

针对常规胍胶压裂液体系增稠剂浓度偏高,造成压裂成本较高、压裂液残渣含量高和对储层伤害较大的问题,用硼砂、多元醇和醚类助溶剂等合成了较高分子量的多核硼交联剂DY-1,研究了胍胶加量对压裂液黏度的影响,考察了压裂液的各项性能,并在新疆油田进行了现场应用。结果表明,胍胶加量在低于0.165%、高于0.135%时能与DY-1形成聚合物交联体。低浓度胍胶压裂液耐温耐剪切性较好,胍胶加量为0.18%~0.4%时,压裂液在30~140℃、170 s~(-1)下剪切60 min的黏度均大于100 mPa·s;30~100℃下压裂液的流动行为指数n(0.3~0.7)和稠度系数k(1.3~1.8)总体变化较为平缓,压裂液性能稳定;压裂液静态悬砂性能较好,在30~80℃下通过增加压裂液pH值可使陶粒的沉降速率降至0.05 cm/min;压裂液能有效控制滤失,造缝性能良好;在30~100℃下胍胶压裂液在3~4 h均能彻底破胶,破胶液黏度小于5 mPa·s,破胶液残渣含量低至76 mg/L。现场施工成功率100%,压裂液成本降低15.2%,增油效果明显,满足新疆油田储层改造的要求。     

深层致密砂岩气藏中高温压裂液开发及应用

通过综合考虑深层致密砂岩气藏特征和压裂工艺的要求,优化形成2套耐高温、低伤害、低摩阻压裂液体系。(1)低伤害聚合物压裂液体系,基液配方为0.50%～0.55%稠化剂SSF-C+0.10%交联剂SSF-CB+1%KCl,170s~(-1)、140℃下剪切120min后表观黏度为50～65mPa.s;120℃下1h后的破胶液黏度2.67mPa·s;压裂液破胶液对储层岩心的伤害率为10.25%。(2)羧甲基羟丙基胍胶压裂液体系,基液配方为0.40%CMHPG(羧甲基羟丙基胍胶)+0.35%高温增效剂(硫代硫酸盐)+0.3%助排剂(氟碳表面活性剂)+0.02%消泡剂(有机硅)+0.1%杀菌剂(甲醛)+0.3%粘土稳定剂(低分子阳离子季铵盐)+pH调节剂(碳酸钠、氢氧化钠),经实验测定,压裂液基液黏度66mPa·s,pH值9.5～10.8,交联时间1～5min;压裂液在170s~(-1)、140℃下剪切120min后表观黏度大于100mPa·s;130℃下1h后的破胶液黏度3.55mPa·s;压裂液破胶液对储层岩心的伤害率为28.29%。现场应用表明:该压裂液体系对储层的适应性好,摩阻低,降阻率为65%～75%。     

粘弹性表面活性剂压裂液VES-70工艺性能研究

粘弹性表面活性剂VES 70压裂液由复配表面活性剂VES 70和粘土稳定剂组成 ,其中VES 70为C16、C18烷基三甲基季铵盐与有机酸、异丙醇等的复配物。实验考察了VES 70胶束凝胶压裂液的应用性能。在 30℃下 ,VES 70溶液的表观粘度 (170s-1)随VES 70体积分数的增加而增大并趋于恒定值 :2 %溶液为 5 7mPa·s,4 %溶液为 175mPa·s,5 %溶液为 180mPa·s;4 %VES 70溶液的表现粘度随 pH值增大而增大 ,pH =1时不增粘 ,pH为 2～7时迅速增粘 ,pH为 9～ 11时增粘减慢。在 6 5℃、170s-1进行的 90min耐温剪切测试中 ,4 %VES 70溶液粘度降至 6 0mPa·s左右并保持稳定 ,这是VES压裂液的一个特点。在振荡频率为 6 .2 4rad/s时 ,随温度升高 (2 5～70℃ ) ,4 %VES 70压裂液的G′减少 ,G″增大 ,在 5 3℃时由G′ >G″变为G″ >G′ ,但G′值均 >2 .0Pa。 4 %VES 70压裂液以不同体积比与吉林原油混合 ,在 6 5℃破胶时间为 31.2～ 14 .1min ,破胶液粘度 5 .6～ 6 .1mPa·s ;与柴油等体积混合 ,6 5℃破胶时间 13.6min ,破胶液粘度 2 .7mPa·s ,表面张力 2 9.6mN/m ,界面张力 0 .33mN/m。在 6 5℃、3.5MPa下 4 %VES压裂液在低渗 (0 .0 80 7× 10 -3 μm2 )储层岩心中动态滤失系数为 7.5 2× 10 -4m/min0 .5,初滤失量为 2 .11× 10 -4     

一种新型低伤害合成聚合物冻胶压裂液体系

报道了题示压裂液体系的性能。合成聚合物稠化剂FA-200不含水不溶物,水溶液呈中性,被能造成酸性环境(pH值4~6)的交联剂AC-12交联而形成冻胶。依次增加稠化剂用量(0.25%~0.6%)和交联剂用量(0.5%~0.8%),加入1.0%乳化剂和1.0%助排剂,得到了适用温度为50℃、80℃、100℃、120℃、140℃的5个配方,在相应温度下剪切50~90min保留粘度大于150、88、98、945、3mPa.s,在变剪切之后粘度能恢复。该体系破胶剂为过硫酸铵,其加量随温度升高而减少,破胶彻底,破胶液粘度低。0.5%稠化剂压裂液破胶后残渣含量为125.6mg/L。该体系压裂液特别适用于碱敏性地层和CO2泡沫压裂。图5表2参2。     

硼交联羟丙基瓜尔胶压裂液回收再用可行性研究

探讨了羟丙基瓜尔胶/硼冻胶压裂液回收再用的可行性。分析了该压裂液冻胶在无通用破胶剂情况下的非降解性破胶机理,控制因素为pH值和温度,破胶液黏度最低可达基液水平。基于一种有机硼交联HPG冻胶压裂液的实验数据及文献资料,讨论了升温,使用缓释酸及稀释3种非降解性破胶方法。①根据压裂过程中裂缝附近温度场分布设计压裂液,携砂液耐温性只需达到裂缝内的较低温度,地层温度恢复后其黏度将大幅降低;使用产气生热剂可提高裂缝温度。②加入设定量未指明组成的缓释酸使实验压裂液120℃黏度降至<40 mPa.s,补加NaOH后黏度维持>200 mPa.s近3小时。③压裂液与地层水等量混合后破胶,黏度~20 mPa.s,复合清水压裂工艺即基于此原理。不同泵注阶段示踪剂产出曲线表明,影响压裂液返排的因素不只是黏度,某些未破胶压裂液的返排率反而很高;如使用方法适当,缓释酸破胶的返排率可以达到通用氧化型破胶剂破胶的相同水平。国外实践表明,重复使用低分子量瓜尔胶压裂液可提高压裂效果。图7参9。     

疏水缔合物在压裂液中的应用

疏水缔合型压裂液作为一类新型低伤害压裂液体系,由于其独特的流变性能应用在压裂改造中。讨论了稠化剂、盐对基液表观粘度的影响。随着盐浓度的增加,基液表观粘度降低;120℃缔合基压裂液在该温度下,170S-1的剪切速率下连续剪切2h后,表观粘度为43mPa.s;150℃缔合基压裂液在该温度下,170S-1的剪切速率下连续剪切100min后,表观粘度为40 mPa.s;该配方具有较好的耐温耐剪切特性。通过粘弹性测试得出该结构流体在整个扫描过程中储能模量高于损耗模量,表现出以弹性行为为主。少量破胶剂即可使压裂液在4h后完全破胶,且破胶液粘度小于5mPa.s。破胶液的固相含量为零,残渣含量极低,与常规瓜胶压裂液相比,降低了液体对地层的伤害。     

CJ2-3型可回收低分子量瓜尔胶压裂液的开发

低分子量瓜尔胶CJ2-3分子链上引入了亲水基团,水溶性好,水溶液30℃[η]值0.842 L/g,按3组K,α求得分子量3.86×105~5.93×105。CJ2-3压裂液以硼酸盐作交联剂,交联剂用量大于常规瓜尔胶类压裂液。0.35%压裂液基液在pH=8.5时黏度仅12 mPa.s,形成的压裂液在热剪切测试中(170 s-1)黏度几乎立即产生,温度达到设定值后黏度保持不变,且60℃、70℃黏度相差不大(在100 mPa.s上下),即该压裂液流变曲线变化平稳,温度敏感性小,易控制,携砂能力强,压裂施工设计难度较小。加入破胶剂(过硫酸铵)可使该压裂液破胶,破胶液黏度符合返排要求。室内模拟破胶实验结果表明,压裂施工完成后,CJ2-3压裂液与低pH值的支撑裂缝表面接触时pH值下降,pH≤8.0时破胶,破胶液黏度接近基液,其中的CJ2-3不发生降解。CJ2-3压裂液滤失控制性能好,滤失量小,滤饼可在地层中自行破胶,易清除。长庆油田的3口油井用CJ2-3压裂液压裂,未加破胶剂的1口井,压裂液返排率达92.9%,返排压裂液在30℃放置7天,黏度下降30.8%。返排压裂液中补加各种添加剂得到的回收压裂液,流变性和其他性能与原始压裂液一致。图5表8参4。     

抗温155℃的胍胶压裂液体系研制及性能评价

胍胶及其衍生物是水力压裂液最常用的稠化剂,成本较低且对地层伤害较小,耐温性能较差。文章对胍胶进行醚化改性,制备了一种耐温性能较好的羧甲基羟丙基胍胶CMHPG-3;利用硼酸和无机锆合成了一种新型耐高温有机硼锆交联剂;通过优选胍胶压裂液中添加剂的种类和用量,研制了一种耐高温胍胶压裂液体系,并利用高温高压流变仪对此压裂液体系的综合性能进行了评价。结果表明,该压裂液体系具有较好的延迟交联性能,在胍胶用量仅为0.4%的条件下,此胍胶压裂液的最高抗温155℃;在130℃、170 s^-1下持续剪切60 min的剩余黏度高于80 mPa·s;黏弹性能测试表明该压裂液体系具有较好的携砂性能;压裂液破胶时间短,可在90℃、2 h内完全破胶,得到的破胶液黏度低于4 mPa·s,且残渣含量较低,对储层伤害较小,储层的平均渗透率损害率仅为19.33%,现场应用施工顺利,取得了良好的压裂施工效果。     

NaCl、NaBr对HPG压裂液性能的影响

随着国内外深井、高压井、高应力井储层的压裂改造,压裂液加重已成为降低压裂施工压力的必要措施,常用的加重剂为NaCl、NaBr等无机盐。室内研究了NaCl、NaBr对压裂液性能的影响。结果表明,加重之后压裂液黏度升高,并呈指数上升趋势;压裂液耐温耐剪切能力提高,14%NaCl、14%NaBr加重压裂液在130℃、170 s^-1连续剪切120 min后的黏度分别约为200 mPa·s和300 mPa·s,而非加重压裂液剪切70 min后的黏度在100 mPa·s以下;加重压裂液高温滤失降低,黏弹性略有降低。加重后,压裂液破胶相对困难,所需破胶剂量增大。125℃时,30%NaBr压裂液需0.3%APS以上剂量才能达到非加重压裂液加入0.05%APS的效果。低剪切速率下,加重后压裂液的摩擦压降相对偏高;但随剪切速率增大,摩擦压降有低于非加重压裂液的趋势。     

可降解纤维压裂液的破胶性能实验研究

所报道的可降解纤维为一种有机酸酯聚合物,可在高温下水解降解而释出酸,在压裂液中既具有降阻、防止支撑剂回流、降滤等纤维功能,又能促进破胶。加入该种纤维的模拟压裂液(不含增稠剂和破胶剂),在80℃和120℃下的pH值随时间延长而降低,降低幅度随温度升高和纤维加量增大(0～2.7g/L)而增大,纤维加量1.8g/L时,在80℃经过100h或在120℃经过30h,pH可降至5.5。有机硼交联0.45%HPG压裂液,加入过硫酸铵100或300mg/L并在100℃放置24h后,破胶残渣量为428或315mg/L,破胶液pH值为9.2或8.5,而加入可降解纤维1.8g/L的压裂液,破胶残渣量减至203或112mg/L,破胶液pH值降至4.5或3.7。以抗氧化剂稳定的有机硼交联0.45%HPG压裂液,120℃、1701/s黏度随剪切时间延长而下降,但剪切70min的黏度高于200mPa.s,可满足中等规模的加砂压裂,剪切105min后降低温度,则黏度迅速回升,出现返胶现象。只加入该种纤维而未加破胶剂的压裂液,破胶返排后可再利用。图1表2参4     

水基压裂液高温延缓型有机硼锆交联剂CZB-03的制备

报道了水基压裂液用低伤害、耐温、延缓型有机硼锆交联剂CZB-03的制备。在交联比100：0．4、NaCl加量O．04％条件下，以HPG压裂液交联时间和冻胶耐温温度为指标，考察了合成工艺条件，得到最佳工艺如下：氧氯化锆在质量比为1：1．25 3．75的水 异丙醇(溶剂)中与质量比为1：1．25 0．00625的多元醇PA 多羟基羧酸钠PH(复合多羟基络合剂)在温度为50℃、pH=2条件下反应4h，得到有机锆交联剂OZ-1，加入0．4％吸附抑制剂ZYCS，再与早先研制的有机硼交联剂OB-200按质量比1：1复配，得到有机硼锆交联剂CZB-03，交联时间约180 s,耐温温度高于160℃。图5表1参3。     

二氧化碳泡沫压裂液研究与应用

简介了泡沫压裂液发展现状及影响CO2泡沫压裂液性能的主要因素。基于添加剂的研制(起泡剂FL 36,酸性交联剂AC 8)和筛选,得到了CO2泡沫压裂液的典型配方:0 6%HPG 1 0%FL 36 1 0%粘土稳定剂 0 1%破乳助排剂 0 06%过硫酸铵 1 5? 8,测定了该配方的各项性能。基液粘度75mPa·s(25℃,170s-1),pH值7 0;泡沫半衰期300min(25℃,0 1MPa),pH值4 0。泡沫干度(泡沫质量)为70%和60%的CO2泡沫压裂液在40～50min内可维持粘度>80mPa·s。在流动回路装置上测得泡沫干度增大时粘度增大,在高干度下形成气泡细小均匀的稳定泡沫。滤失系数在2 9×10-4～4 2×10-4范围。对岩心渗透率的伤害率为13 6%(22支岩心平均值),而水基压裂液的伤害率高达60%。在70℃数小时完全破胶。大粒径(0 9mm)陶粒在干度40%和70%的CO2泡沫压裂液中沉降速度<0 06cm/s。常温、1Hz下G′和G″随干度增大而增大,且G″>G′。江苏油田低渗油藏3口井实施CO2泡沫压裂取得了明显增油效果。表4参3。     

火山岩深气层压裂液体系研究与应用

大庆徐家围子断陷深层火山岩储气层,最高温度超过170℃,最大厚度超过120 m,压裂施工中单层加砂量超过100 m3,使用现有压裂设备施工时间为2.5~3.0小时,要求水基压裂液具有优异的各项性能。为此研发了适用于120~170℃不同温度的压裂液,基本配方如下:HPG 0.55%~0.65%,表面活性剂ZP-1 0.10%~0.15%,有机钛有机硼高温交联剂0.25%~0.30%,过硫酸盐破胶剂0.002%~0.003%,其他组分有粘土稳定剂、冻胶稳定剂、温度稳定剂、交联控制剂、降滤失剂等。介绍了150℃配方压裂液的性能:150℃、170 s-1剪切4.0小时粘度>80 mPa.s;初滤失量3.13×10-4m3/m2,滤失系数4.59×10-4m/min1/2;破胶液粘度5.6 mPa.s,表面张力30.96 mN/m,界面张力(与煤油)1.83 mN/m;通过交联控制,现场沿程摩阻降低了30%。2002年以来使用该体系压裂液在大庆12口深气井共24层进行压裂,最大加砂量为100 m3,均获得成功;在吉林2口深勘探气井压裂也获得成功。图1参3。     

煤层气储层压裂液添加剂的优选

介绍了沁水盆地沁南地区无烟煤Ⅲ(3号煤)煤层气储层的物性特征：低渗中孔低压；粘土含量高，膨胀性强；水润湿吸附性差。该地区地表水符合配制压裂液要求。实验筛选了煤层气井压裂液添加剂，主要目标是减少压裂液对煤层气储层的伤害，筛选结果如下：稠化剂为羟丙基瓜尔胶GRJ和香豆胶；交联刑为硼砂；粘土稳定刑为KCl，KCl可造成测定压裂裂缝几何形状所需的高矿化度环境，但会降低压裂液粘度，其用量应适当；所选助排剂为DL-10和D-50，对助排刑的要求除界面活性高外，更重要的是在煤样表面吸附量小，吸附速率小，接触角大，不易润湿煤基质表面；配液用地表水显微酸性，当煤层地下水显碱性时应调节压裂液的pH值；使用过硫酸铵为破胶剂时，30℃下破胶时间很长，加入活化剂BT-6或TA-1使破胶时间缩短到1～2小时；对于煤层气井压裂液，当温度低，压裂液配制后存放时间短时，可不加杀菌剂(如甲醛液，TH-1)。图2表8参4。     

The Synthesis and Characterization of a Clean Hydrofracturing Fluid

Abstract

Surfactant-based fracturing gels are considered as clean gels due to the absence of insoluble residues after hydraulic fracturing of tight reservoir. Conventionally used highly viscous polymer gels damage the formation by blocking the fluid path in a fractured formation. The present work has been accomplished with the purpose of evaluating an anionic surfactant-based gel for hydraulic fracturing. Rheological properties and proppant carrying capacity of the synthesized gel were studied as a function of shear rate, temperature, and pH, which affect the gel behavior at the downhole. Proppant carrying capacity was also reported with varying proppant loadings. Rheological properties and proppant carrying capacity of synthesized gel were compared with conventionally used guar gel.     

聚合物降解产物伤害与糖甙键特异酶破胶技术

综述了钻井，完井，尤其是水力压裂作业中产生的多糖类聚合物伤害和应用糖甙键特异酶破胶，解除多糖类聚合物伤害的技术。第一节报道了聚合物降解产物造成的伤害，指出冻胶破胶液粘度低并不代表压裂液已从充填裂缝中充分返排，氧化破胶剂和普通酶破胶剂不能使多糖类聚合物充分降解，产生的大分子量，水不溶的降解产物可对地层造成伤害，消除伤害的办法是采用对糖甙键有特异性的各种水解酶作压裂液破胶剂或伤害地层处理剂。第二节报道了各种聚合物（纤维素，瓜尔胶，淀粉）糖甙键特异酶降解聚合物的机理。第三节报道了糖甙键特异酶（主要针对瓜尔胶）的应用性能测试及结果，包括岩心流动实验，含糖量和分子量测定，传导性测试。第四节介绍了糖甙键特异酶消除聚合物伤害和用作压裂液破胶剂的现场应用，包括选井原则，实施工艺要点及3个典型井例。     

纳米材料在水基压裂液中的应用研究进展

综述了纳米材料在聚合物压裂液和黏弹性表面活性剂压裂液中的最新研究进展.纳米材料在水基压裂液中的应用主要为:压裂液体系空间网络结构增强、聚合物交联、压裂液滤失控制和破胶、地层微粒运移控制、岩石表面润湿性改变和用作支撑剂.在分析现有研究的基础上,提出利用分子模拟研究纳米材料在水基压裂液中的应用机理、研究地层条件下纳米材料分...     

支撑剂在三维裂缝中的运移分布计算

综合应用流体力学、渗流力学、输砂力学和流体热力学等理论,分析支撑剂在三维裂缝中的运移分布规律,建立了一会考虑缝高变化时支撑剂运移分布的数值计算模型,并利用该模型进行了实例计算。该模型和方法能满足三维压裂设计的工程计算需要。     

国外低伤害压裂液体系研究新进展

针对目前国内广泛使用的胍胶系列水基压裂液地层伤害大的缺点,说明了发展低伤害压裂液的必要性。系统介绍了国外Schlumberger公司、Halliburton服务公司、Baker Hughes公司和BJ服务公司目前低伤害压裂液发展和应用概况,其耐温能力、较低的伤害、种类齐全、对各种储层的适应性是国内压裂液无法比拟的;重点介绍了清洁压裂液、Fiber-FRAC*压裂液技术、疏水缔合聚合物/黏弹性表面活性剂复合压裂液和低分子量压裂液技术等压裂液体系,这对国内低渗低压储层和海上油气田的增产有重要借鉴意义。今后,国内压裂液将主要朝着地层伤害小、抗高温、地层适应性强、环境友好的方向发展。     

国外新型钻井液的研究与应用

综述了国外以环保型水基钻井液、防塌钻井液、无黏土相水基钻井液、抗高温水基钻井液、微泡钻井液为代表的水基钻井液,以全油基钻井液、趋于零滤失量的钻井液、低毒油基钻井液、低固相油基钻井液、抗高温油基钻井液和可逆乳化钻井液为代表的油基钻井液,以及抗高温、恒流变特征的合成基钻井液体系的研究与应用情况。参50