超分子自交联压裂液的研制及在深层页岩气的应用

针对深层页岩气压裂中存在施工压力高、加砂困难的问题，文章从结构减阻与自交联携砂机理研究入手，研制了超分子自交联压裂液，实现超分子结构减阻及自交联增黏携砂。该超分子压裂液体系具有较好的增黏、携砂、减阻性能，同时具有助排、抗盐等多种功能，满足在线混配要求。可采用返排液配制成压裂液从而减少油田压裂污水排放。在深层页岩气井现场应用表明，采用返排液配制的超分子自交联压裂液平均减阻率达到77.55%,加砂强度达到3.2 t/m,减阻性能及携砂性能优于普通滑溜水压裂液，在深层页岩气压裂上具有广泛的应用前景。     

滑溜水–胶液一体化压裂液研究与应用

滑溜水黏度较低,不能满足造缝、携带大粒径支撑剂和高砂比施工要求,限制了非常规储层大型压裂效率的提高。为此,以丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和单体A为原料,采用反相乳液聚合法合成了一种耐高温、速溶型聚合物降阻剂SFFRE-1。通过研发与降阻剂SFFRE-1配伍性好的高效助排剂和优选黏土稳定剂,形成了滑溜水–胶液一体化压裂液。该压裂液耐温160 ℃,通过调整降阻剂SFFRE-1的加量,其黏度在1～120 mPa·s可调,在压裂施工过程中能够实现滑溜水和胶液在线混配及即时切换的要求。该压裂液在四川盆地的页岩气井和胜利油田的致密油井进行了应用,压裂过程中压裂液表现出良好的降阻和携砂性能,降阻率最高达到86%,砂比最高达到43%。研究和现场应用表明,滑溜水–胶液一体化压裂液能够满足非常规储层大型压裂施工需求。      

大港油田陆相页岩油滑溜水连续加砂压裂技术

针对页岩油水平井采用常规滑溜水压裂时存在用液量大、砂比低、增产效果不理想等问题,通过优选聚合物降阻剂,优化黏土稳定剂、破乳助排剂和过硫酸盐类破胶剂的加量,形成了调节聚合物降阻剂加量即可调控滑溜水压裂液黏度的变黏滑溜水压裂液体系。通过支撑剂导流能力模拟试验,优选了70/140目石英砂和40/70目陶粒的支撑剂组合,经先导性试验,形成了大港油田陆相页岩油滑溜水连续加砂压裂技术。该技术在G页2H井进行了现场试验,有效提高了施工效率和单位液体的携砂量,减少了压裂液用量,形成了较好的缝网体系,提高了储层改造程度,取得了良好的压裂增产效果。现场试验表明,该技术能够满足页岩油水平井滑溜水连续加砂压裂要求,可以为页岩油高效开发提供技术支撑。      

国内变黏滑溜水研究进展及在川渝非常规气藏的应用

综述了国内变黏滑溜水技术的最新进展,举例分析了变黏滑溜水在川渝非常规气藏的应用情况,提出了变黏滑溜水的发展方向。变黏滑溜水通过调节降阻剂含量和/或引入交联剂的方式实现低、中、高黏液体实时切换;关键的降阻剂研究主要是含AMPS或SSS等耐盐基团的聚丙烯酰胺或疏水缔合聚合物的合成与性能评价等,满足压裂返排液配液和变黏的需要;变黏滑溜水性能研究主要是黏度对携砂性能、裂缝形态、降阻性能等的影响规律,但究竟何种黏度适合何种储层还未有定论;变黏滑溜水在川渝非常规气藏应用获得成功,在致密气应用的整体黏度较页岩气高,在深层页岩气的携砂能力还需进一步增强;疏水缔合聚合物类降阻剂、固体型降阻剂是变黏滑溜水的发展方向,有望解决高黏液体摩阻高、乳液降阻剂潜在环保风险等问题,对变黏滑溜水的研究和应用有一定的指导意义。      

纤维滑溜水携砂技术研究及应用

体积压裂是非常规油气提高压后产量的有效手段，为降低储层和人工裂缝的伤害，体积压裂主体采用低黏滑溜水携砂，携砂距离受限，储量动用范围小。文章首次提出纤维临界结构浓度，即纤维形成的网络结构可让支撑剂沉降速度快速降低时对应的纤维浓度。低黏滑溜水中，加入纤维对液体黏度无明显影响；静态悬砂实验对比了纤维长度、支撑剂浓度对纤维临界结构浓度的影响，长度9、6、3 mm的纤维，其临界结构浓度分别为0.2%、0.4%、0.6%,支撑剂浓度对纤维临界结构浓度无影响。采用平板可视化实验装置，纤维加量0.3%,对比长度6 mm与3 mm纤维的动态携砂性能，6 mm纤维携砂性能较3 mm提升50%以上。在天然裂缝发育的页岩气井21-X井应用，全程低黏滑溜水纤维携砂，纤维加量0.2%～0.3%,施工压力平稳，有效降低天然裂缝段加砂难度，测试日产气量15.78×10⁴ m³(压力45 MPa),生产524 d,单位压降采气量是地质条件相当的21-Y井的2.43倍。纤维滑溜水携砂技术在页岩气推广应用7口井，平均单井压后产量较地质相当的邻井平均提升20%,实验和现场应用表明，...     

一体化变黏抗盐降阻剂的研制及应用

目的结合致密气藏“多尺度高密度”开发工艺要求,运用“中低分子量 + 增强链刚性 + 超分子聚集 + 抗盐单体”的设计思路,采用可控自由基聚合的方法,将缺电性的疏水链的刚性骨架功能单体与强极性的磺酸型抗盐功能单体可控地引入到分子链中,并结合复合悬浮技术研制一体化变黏抗盐降阻剂。 方法对一体化变黏抗盐降阻剂进行综合性能评价,考察了降阻剂的溶解性能、增黏携砂性能、抗盐耐温性能以及降阻性能。 结果在清水中,一体化变黏抗盐降阻剂的加量为0.03%(w)时降阻率可达81%,在超过20 000 mg/L矿化度的盐水中,黏度保持率为91%,降阻率保持在75%以上;通过调整降阻剂加量可实现体系在3.4～60.0 mPa·s的黏度范围内实时可调可变;与同类型常规乳液型降阻剂相比,静态悬砂能力大幅度提高,并能够满足150 ℃以上的储层施工需求;利用一体化变黏滑溜水体系配合多尺度高密度缝压裂工艺,在川西致密气现场实施7井次,施工成功率100%,单井平均降阻率81%,加砂强度(3.86 t/m)是前期常规一体化滑溜水改造工艺的7.7倍,现场应用效果显著。 结论研制的一体化变黏抗盐降阻剂性能优异,能够满足现场对滑溜水压裂液降阻携砂、耐温抗盐的综合需求,现场试验表明具有良好的应用前景。      

页岩储层新型清洁滑溜水压裂液体系

滑溜水压裂液体系以其低摩阻、低伤害等特点,在页岩气储层压裂施工过程中得到了广泛的应用,而由于其自身黏度较低导致携砂能力较差,为达到施工设计的加砂量就需要大幅增加滑溜水压裂液的用量,从而增大了压裂施工的成本。为解决滑溜水压裂液携砂能力差的问题,开发出一套新型清洁滑溜水压裂液体系,该体系主要由高效低分子量减阻剂FJZ-2和新型聚合物乳液增黏剂FZN-1组成,体系综合性能评价结果表明,无论在室温还是80℃条件下,体系均具有良好的降阻效果;在80℃、170 s~(-1)条件下剪切90 min后,体系的黏度仍在20 m Pa·s以上,具有良好的耐温抗剪切能力;在一定的应力和频率扫描范围内,体系的储能模量G'一直高于耗能模量G",说明该压裂液体系具有良好的黏弹性能;支撑剂在该压裂液体系中的沉降速度明显低于常规滑溜水压裂液,而不同砂比条件下支撑剂的沉降时间均远远高于常规滑溜水压裂液,说明该压裂液体系具有良好的携砂能力;另外,该压裂液体系的其他性能指标均能满足滑溜水压裂液的技术指标要求。矿场应用效果表明,S-1井压裂施工过程顺利,最高砂比可达25%以上,最大降阻率达到70%以上,压裂施工效果明显。     

非常规油藏多功能滑溜水体系研究与应用

非常规油藏压裂使用的常规滑溜水存在溶解缓慢、携砂性能差、抗盐能力弱及对温度敏感等问题。针对以上问题,笔者自主研发由0.1%~0.6%可变黏减阻剂与0.2%纳米乳液组成的多功能滑溜水体系,该滑溜水体系溶解速度快,90 s基本溶解完成;0.1%的减阻剂滑溜水减阻率可达74.84%;使用中不需要添加交联剂可实现变黏携砂;对一价离子与二价离子均有很高耐受性,可使用返排液配液;在-30~40℃环境中放置后,减阻剂乳液仍可正常使用。滑溜水进入地层破胶后,对页岩、砂岩储层岩心的渗吸驱油率为71.25%~74.16%。经现场应用,压裂成功率100%,施工中砂密度最高为540~550 kg/m^(3),减阻率超过77%,压后两井日产油9.8~14.4 m^(3),证明多功能滑溜水体系具有驱油增效的特点。     

深层页岩气压裂用高黏高降阻一体化稠化剂的制备与性能评价

滑溜水水力压裂是高效开发页岩气的重要方法,但存在黏度低、淡水用量大和胶液不可自由转换等系列问题,限制了其在3500 m以深的深层页岩气中的应用。为解决上述问题,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等为原料,通过自由基聚合反应,室内合成了高黏高降阻一体化稠化剂(HVFR),考察了其溶解性、增黏性、降阻性、携砂性及耐温耐剪切性。结果表明,HVFR的相对分子质量为22.7×10~6。HVFR溶解速率快,1 min增黏率达到93%,有利于实现压裂液的在线连续混配。HVFR的降阻性能良好。在150 L/min流量下,作为低黏、高黏滑溜水时的降阻率均大于70%,作为胶液时的降阻率可达到68%。HVFR具有一剂多能特性,通过调整其浓度可实现低黏滑溜水、高黏滑溜水和胶液之间的自由转换。基于HVFR的交联压裂液具有良好的携砂能力及耐温耐剪切性能。在120 ℃、170 s^-1下剪切120 min后,压裂液的保留黏度约为120 mPa·s,满足压裂施工的要求。     

纳米变黏滑溜水黏弹携砂机理与渗吸性能

纳米变黏滑溜水作为一种具有良好携砂性能和渗吸置换作用的新型压裂液体系,已成功应用于长庆油田页岩油体积压裂施工,现场试验结果表明其具有良好的携砂性能以及增产效果,40 %砂比条件下加砂过程压力平稳,压裂施工完成后单井日产油量可达11.31 t,但其携砂机理与渗吸性能尚不明确。因此对现场使用浓度的纳米变黏滑溜水与常规EM30S可交联滑溜水体系进行室内实验研究,通过动态携砂运移、透射电镜（TEM）、流变性能评价以及储层温压条件下的带压渗吸等实验方法,揭示了纳米变黏滑溜水的携砂机理并评价了其渗吸性能。实验结果表明,滑溜水弹性模量与黏性模量的交点值反映了滑溜水溶液的携砂性能,交点值越小,其弹性携砂性能越强;相同黏度下的纳米变黏滑溜水CNI体系黏弹模量交点值仅为0.0741 Hz,远低于现场用滑溜水EM30S的0.181 Hz,致使其静态和动态弹性携砂性能远高于EM30S;电镜结果表明纳米乳液与变黏滑溜水存在强化缔合结构是滑溜水的弹性携砂性能增强的主要原因。此外,带压渗吸实验结果显示,纳米变黏滑溜水具有良好的渗吸置换性能,能够置换出页岩纳米孔隙中的原油,整体采收率可达36 %;其中,不同孔隙类型的采收率排序依次为:介孔>微孔>宏孔。      

高黏滑溜水在秋林致密砂岩气压裂中的应用

常规滑溜水压裂液携砂能力弱、耗水量大,而交联胶和线性胶通常具有较高的储层伤害,因此均难以较好地适应致密砂岩气藏的开发。在四川秋林区块沙二段8号砂组初期实施的水平井压裂中,采用滑溜水组合线性胶或交联胶的压裂效果不理想。为此筛选了一种乳液型高黏减阻剂,各项指标均优于常规减阻剂:其完全水化时间小于90 s;持续高剪切15 min减阻率仍保持在74%以上;当浓度为0.05%～0.25%,黏度达到2.86～18.6 m Pa·s;岩心渗透率损害率低于10%。在秋林地区5口井的应用表明,高黏减阻剂可以实现全程在线混配并通过调整减阻剂浓度实现变黏,简化了施工;携砂能力强,最高砂浓度可达到520 kg/m3;压后试气效果好,单井初期绝对无阻流量均在30×104m3/d以上,最高达214×104m3/d,平均绝对无阻流量为其它压裂液体系的3～5倍。高黏滑溜水高黏弹性、低伤害的特征有利于提高致密砂岩气藏压裂的增产效果。     

深层页岩气压裂滑溜水技术研究与应用

为满足深层页岩气地层特征对大型压裂施工使用滑溜水的造缝、耐温、减阻性能技术要求,通过改进聚合物分子结构以提高减阻剂的减阻性能,同时引入刚性基团提高减阻剂的耐温性能,采用两步法合成出耐高温、高减阻率的减阻剂,以及配套配伍性好的黏土稳定剂和助排剂,形成了深层页岩气压裂滑溜水技术。该滑溜水在丁山构造深层页岩气压裂进行了现场应用,地层垂深(TVD)4 095.46 m,最高温度达143℃,现场减阻率达到82%,单段携砂量最高达到83 m~3,解决了深层页岩气耐温造缝及携砂难题,满足了深层页岩气压裂需求。     

DY2HF深层页岩气水平井分段压裂技术

DY2HF井是位于川东南丁山构造、目的层为龙马溪组海相页岩气的重点探井,具有高温、超高应力的特点。为解决该井压裂作业存在的施工压力高和加砂困难等难题,开展了深层页岩气水平井分段压裂技术研究。根据丁山页岩特征和地应力状态,进行了井口施工压力预测和排量优化,建立了水平井段多裂缝覆盖率计算模型,并结合诱导应力场计算结果进行了段簇优化。根据页岩气网络压裂技术的特点及该井的具体情况,确定采用高减阻低伤害滑溜水和活性胶液进行混合压裂,采用低密度高强度覆膜支撑剂进行组合加砂,并对压裂参数进行了模拟优化。DY2HF井分段压裂井口限压95 MPa,施工总液量29 516 m3,总砂量319 m3,最高排量13.6 m3/min,滑溜水减阻率达78%,胶液完全水化,压裂后获得高产工业气流,实现了深层页岩气水平井压裂技术突破。该井分段压裂结果表明,丁山等深层页岩气已经具备了有效勘探开发的技术基础。      

页岩气用复合增效压裂液的研究与应用

由于滑溜水携砂能力差,裂缝支撑剂填充率低,导流能力有限,难以获得最优产能,采用公司现有滑溜水和线性胶进行优化复配形成复合增效压裂液,该压裂液具有滑溜水低摩阻和线性胶高黏弹的双重优点,能够同时满足"大改造体积"和"高填充率"的需求。复合压裂液的黏度2～22 m Pa·s,可控黏度范围宽,适用储层多;液体摩阻较低,降阻率为63%～73%;携砂能力明显优于滑溜水,平均残渣量低于20 mg/L,伤害低于线性胶;可通过实时调整配方来强化某些性能以满足各种施工需求和应对复杂情况。复合压裂液在现场应用中均表现出"低液量"和"高砂比"的优越性,是一种应用方便,节约环保,性价比高的页岩气用压裂液。     

一种功能型滑溜水体系开发及应用

为实现1套压裂工作液体系兼具滑溜水与携砂液双重功能及回用高硬度返排液的目的,开发出1套功能型滑溜水体系。该体系由液态功能型降阻剂及调节剂构成,低浓度的功能型降阻剂水溶液可作为滑溜水使用,15 s内即可快速增稠,滑溜水降阻率高达74%;加入调节剂后体系黏度迅速增加,实现高砂比携砂,返排液回用时不受硬度影响,返排液回配携砂比可达24%。在陇东气开深井现场试验1口井,施工全程回用26 118 mg/L的高矿化度返排液配滑溜水及携砂液,入地总液量654 m3,施工成功。      

新型滑溜水压裂液的性能研究

面对非常规能源的开发,常规滑溜水压裂液低携砂、高摩阻和高伤害等问题越发凸显,严重制约了压裂技术的发展。通过优选新型减阻剂BCG-1形成了一种新型的滑溜水压裂液。静态落球沉降实验结果表明,0.2%BCG-1溶液的携砂性能好于浓度为0.4%的其它减阻剂;0.25%BCG-1溶液的储能模量与耗能模量出现交点,黏弹性测试结果及携砂性能分析表明,BCG-1在0.20%~0.25%的使用浓度下,即获得了良好的低黏高弹性,携砂性能好;0.2%BCG-1的摩阻低,减阻率在50%以上;使用自制的低温破胶剂GMD后,在30℃彻底破胶,残渣含量低。在延川南煤层气井的压裂施工中进行了成功应用,平均砂比达到15%,远优于现有的常规滑溜水压裂液体系。     

反相乳液降阻剂合成及其应用

页岩气藏增产改造采用大液量、大排量“体积”压裂技术,要求压裂液成本低,降阻效果好,配制简单,环境要好,可回收利用,表面活性剂类降阻剂需要达到表面活性剂的临界胶束浓度以上才能使用,若浓度高,将不适合页岩气低成本开发的需求,而粉剂类型降阻剂配液烦琐,不适用于页岩气大规模压裂连续混配施工工艺。为解决上述问题,采用反相乳液聚合方式,合成得到多元共聚物的乳液型降阻剂,对降阻剂及其配套滑溜水体系性能进行了综合评价,在此基础上进行了中试及规模化生产,并在威205、合川001 83 H1等多口井进行了现场应用。综合性能评价及现场应用结果表明：该反相乳液降阻剂具有速溶（5 min内溶液表观黏度能超过稳定黏度的80%）、加量低降阻效果好（0.05%～0.1%的降阻剂加量条件下降阻率最高可达74%）等特点,能够满足页岩气连续混配工艺下大规模压裂施工的需求。     

滑溜水压裂液携砂稳定剂性能研究

滑溜水压裂是国外致密油气开发重要的增产措施,压裂液体系携砂性是压裂过程重要的性能之一。本文对现用延长气田滑溜水压裂液聚合物体系中加入携砂稳定剂,筛选了携砂稳定剂类型,优化了携砂稳定剂加入量,研究结果表明,5NS携砂稳定剂效果最佳,在压裂液聚合物浓度为0.1%时,加入0.2%的携砂稳定剂,携砂效果最佳。     

致密砂岩气藏复杂缝网压裂工艺现场应用

针对苏里格地区层内非均质性强、气层薄且砂泥岩交互的储层开发效果差的问题,借鉴体积压裂思路,采用滑溜水+交联冻胶变黏度压裂液体系、60.32 mm油套环空注入提高排量的压裂方式,扩大施工规模,形成复杂裂缝网络结构,增大储层的泄流体积。滑溜水降阻剂质量分数0.1%,降阻率76.5%。交联冻胶羟丙基胍胶质量分数0.3%,100℃、170 s~(-1)条件下剪切90 min后黏度为85 m Pa·s。支撑剂选用粒径0.425～0.85 mm中密度高强度陶粒。施工排量达到8.0 m~3/min,平均砂比超过17%,最高砂比达到31.2%。通过裂缝监测发现,采用复杂缝网压裂工艺产生的缝长与裂缝表体积远大于常规分层压裂。采用该工艺在苏里格地区进行了7口直井现场试验,与邻井常规分层压裂相比,绝对无阻流量提高率达到56.9%～130.2%。由于采用小油管环空压裂,生产过程中携液能力好。该项工艺在苏里格致密砂岩气藏具有良好的适应性。     

致密储层纤维滑溜水压裂液研发与应用

在致密储层改造过程中,滑溜水可以前置造缝和低黏携砂。以改善裂缝铺砂剖面、提高人工裂缝有效支撑缝长、提高单井产量为目标,文中提出并开展了添加纤维改善滑溜水铺砂剖面的研究与试验。室内开发了高分散性悬浮纤维材料:纤维直径10μm,长度6 mm;纤维加量0.5%,在滑溜水体系中可均匀分散,60℃时72 h溶解99%,纤维材料与压裂液配伍良好,滑溜水静态悬砂能力提高50%。油田现场试验表明,研发的纤维能够有效提高滑溜水压裂液携砂能力,减少高黏液量,降低储层伤害,为致密储层有效改造探索了一条新的技术途径。