高温油藏用海水基压裂液研究进展

随着我国海上油气田开发的进行,压裂作业向海洋进军是开发技术发展的趋势之一,研究适用于海上高温油藏的海水基压裂液是节约施工成本、缩短施工周期和提高工作效率的关键。国外在胍胶为稠化剂的压裂液和黏弹性表面活性剂清洁压裂液研究的最多,但由于其耐温性不高,限制了其在高温油藏中的应用;国内则在合成聚合物类高温海水基压裂液方面取得突破。分析认为,以速溶聚合物为稠化剂的耐高温中性-弱酸性海水基压裂液是研究的重要方向。     

海水基压裂液研制

为了满足海上低渗油藏大型压裂需求,研究优选可用海水配制的压裂增稠剂和交联剂,形成了耐温150℃的海水基压裂液。该压裂液用过滤后的海水直接配制,无需屏蔽或除去Ca²⁺、Mg²⁺。实验表明压裂液与地层流体混合无絮状或沉淀,残渣含量仅为61.3 mg/L,对岩心基质伤害率低于20%;另外,增稠剂溶胀速度快,比常规瓜胶提高50%以上,可实现连续混配。通过GS16-23井先导性试验表明,海水基压裂液现场配制工艺简单,性能稳定,施工顺利。该井压前停喷,压后3 mm油嘴,日产油11.17 t、产气1×10⁴m³。     

硝酸钠加重海水基压裂液性能评价

为满足海上油气田深井、超深井压裂需要,用NaNO_3加重海水与两性离子胍胶稠化剂、有机硼锆交联剂及其他添加剂配制压裂液,研究了NaNO_3加重海水基压裂液密度,溶胀性能,耐剪切性能,滤失性能,破胶性能,破胶液对岩心渗透率及对支撑剂导流能力的伤害。结果表明,35%NaNO_3加重海水与0.52%两性离子胍胶稠化剂及其他添加剂配制的压裂液密度为1.20 g/cm~3(20℃),NaNO_3海水溶液对两性离子胍胶稠化剂溶胀性能的影响大于海水,NaNO_3加重海水基压裂液耐剪切性能、降滤失性能等各项性能良好。在150℃、170 s~(-1)下连续剪切120min后的黏度为76 mPa·s;压裂液在80℃下的动态滤失系数为2.81×10~(-4)m/min~(0.5);在60℃和80℃下,压裂液在3数4 h完全破胶,破胶液黏度小于5 m Pa·s;压裂液对岩心基质渗透率损害率为23.3%;在82.7 MPa闭合压力下对支撑剂导流能力伤害率为41.89%;满足压裂施工要求。图4表3参15     

高矿化度水基压裂液稳定剂的研制及应用

为减少高矿化度水对压裂液性能的影响,用三聚氯氰与亚氨基二乙酸二钠制备的三聚氰胺六乙酸(ELX)作为稳定剂螯合高矿化度水中的钙镁离子,改善海水及高矿化度水配液问题。研究了ELX对金属离子的螯合能力、对高矿化度水的稳定效果及对羟丙基瓜尔胶压裂液性能的影响。结果表明,ELX产率可达72%。ELX与大多数金属离子有较好的螯合效果,其与Mg~(2+)、Ca~(2+)、Cu~(2+)、Fe3+的螯合值为150数350 mg/g。加入0.9%和5%的ELX可分别使高矿化度模拟水和模拟海水保持澄清。ELX与羟丙基瓜尔胶的配伍性良好,可改善基液黏度和压裂液交联性能;压裂液耐温耐剪切性良好;压裂液可在2 h内破胶,破胶液具有较低的表面和界面张力,残渣量及岩心基质渗透率的损害率与清水相当,符合施工要求。将ELX用于京x井现场压裂液配液,采用高矿度水基压裂液压裂施工后产油8.9 t/d。ELX可以用于淡水缺乏的海水、深层水、地表高矿化度水压裂,节约作业成本。     

耐高温海水基压裂液聚合物稠化剂流变性能

为明确聚合物稠化剂分子量、功能单体种类及含量等参数对海水基压裂液流变性能的影响,选用分别具有强电解质单体2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸(AMPS)或可抑制酰胺基水解单体N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的超高分子量聚合物,研究了聚合物溶液的流变性能。对具有超高分子量及不同AMPS含量的5种聚合物进行了聚合物交联冻胶耐温耐剪切性能研究。实验结果表明,具有超高分子量及较低AMPS含量的聚合物黏弹性更好,具有超高分子量及高AMPS含量的聚合物在高温下耐剪切性能更好,具有超高分子量及NVP基团的聚合物在海水中增稠能力更好,具有高AMPS含量的聚合物耐温耐剪切性能更好;具有超高分子量(分子量不低于2×10⁷)、适宜的水解度(20%～23%)、低AMPS含量(3%～8%(w))的聚合物,更适于作为耐高温海水基压裂液稠化剂。     

CT低伤害水基压裂液的研制及应用

水基压裂液的发展趋势是降低液体对储层的伤害。介绍了一种CT低伤害水基压裂液体系,该体系具有稠化剂用量小、残渣少、破胶返排迅速彻底等特点,在四川气田进行了4井次的现场应用,取得了良好的应用效果。     

可重复使用的水基压裂液的制备与性能评价

针对目前水基压裂返排液重复利用效率低的问题,本文以一种疏水缔合型聚合物BT1218为增稠剂、十二烷基苯磺酸和三乙醇胺为黏度促进剂FJ-1、Na2CO3为pH调节剂、KCl为黏土防膨剂、氨基磺酸与过硫酸盐为复合破胶剂,制备了一种可重复使用的水基压裂液RFrac-H,同时利用RFrac-H破胶液制备了新的压裂液,并对其耐温...     

免混配海水基聚合物压裂液流变性研究

通过反相乳液聚合制备了一种速溶耐盐稠化剂,并搭配湛江海水、乙二胺四亚甲基膦酸螯合剂及有机锆交联剂,制得了免混配海水基聚合物压裂液,分析了该压裂液的流变学性能。结果表明,所用稠化剂的临界缔合浓度为0.8%,利用其配制的基液具有较高的结构强度,剪切恢复性能良好。该压裂液用于35 750 mg/L的矿化度水,适宜交联温度为100℃,且在150℃以170 s^-1的速率剪切2 h后,黏度值仍能保持在50 mPa·s以上。经过高温交联后,压裂液的结构强度更高,黏弹性更为显著。     

压裂液破胶性能评价方法探讨

近几年来,随着压裂液伤害研究深入,已经改变了以粘度表示破胶程度的理念,研究表明破胶液中降解产物的相对分子质量、分布等也是考察破胶液伤害的主要因素,是评价破胶剂破胶性能的主要指标。本文针对破胶液滤液含糖量、相对分子质量分布、残渣粒径分布以及破胶剂活性测试原理和方法进行了阐述,为全面分析评价破胶剂破胶性能提供了非常有效手段。     

一种用于水基压裂液稠化剂的制备及性能评价

自制了一种用于水基压裂液,可耐150℃高温的稠化剂。考察了其理化指标和冻胶性能,研究了冻胶的剪切稳定性、耐温性、滤失性、破胶性等系列性能。发现其在170s^-1剪切条件下,冻胶粘度稳定;耐温达150℃;滤失速度为1．08×0^-4m／min,初滤失量为0．017m3／㎡;破胶性、配伍性良好,针对高温油藏具有极好的应用前景。     

耐高温海水基压裂液稠化剂性能评价

为满足耐温180℃海水基压裂液的需求,以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、顺丁烯二酸单十二烷基酯钠盐、N-十六烷基丙烯酰胺为原料,以亚硫酸氢钠-过硫酸铵为引发剂,制得缔合型聚合物稠化剂SWF-T180,评价了SWF-T180的增黏、抗盐、溶胀、耐温性能及其配制海水基压裂液的性能。研究结果表明,稠化剂SWF-T180增黏效果显著,加量超过0.6%时溶液黏度快速增加;SWF-T180具有良好的抗盐抗钙镁能力和速溶性能,在海水中溶胀8 min后的溶液黏度达到最终黏度的84.3%,耐温达180℃;由1%SWF-T180和0.6%交联剂配制的海水基压裂液在180℃下剪切90 min的黏度为60数70 mPa·s,具有良好的剪切恢复性能,满足海上180℃储层压裂施工的要求。图9表1参18     

用于海水基压裂液环氧丙基表面活性剂改性胍胶的制备与性能评价

针对海水中存在大量金属离子附着在胍胶表面,抑制胍胶分子的溶胀,不能满足现场连续混配的问题,以环氧氯丙烷、十八烯酸酰胺丙基二甲基丙胺为原料制得阳离子单体(GOA),再将GOA接枝到胍胶分子链上,得到海水基压裂液稠化剂环氧丙基表面活性剂改性胍胶。研究了GOA改性胍胶的溶胀、耐盐、耐温耐剪切、携砂与破胶等性能。结果表明,改性胍胶分子链上的库仑力及静电排斥等作用避免了金属离子附着在胍胶分子链上,保证了胍胶分子的溶胀,提高了胍胶的耐盐性。GOA改性胍胶在海水中的溶解速度明显大于普通胍胶,在海水中的粒径中值约为普通胍胶分子的1/5。在转速800 r/min下,GOA改性胍胶溶胀约5 min的黏度即能达到最终黏度的80%。微观形貌分析结果表明,GOA改性胍胶形成了无规则网状线团结构,胍胶分子链充分展开的同时交联点位增多。GOA改性胍胶压裂液具有较好的抗盐和耐温耐剪切性能,在160℃、170 s^-1下连续剪切120 min后的黏度仍高于50 m Pa·s,且破胶液黏度为1.6 mPa·s,破胶液中的残渣含量为297 mg/L,满足现场压裂施工需求。     

多功能滑溜水减阻剂的制备及性能评价

为获得滑溜水压裂液优良的减阻性,以柴油为分散介质、失水山梨醇单油酸酯和聚氧化乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯为复配乳化剂、过硫酸钾和偶氮二异丁腈为引发剂,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和α-十二烯(EA)为反应单体,采用反相乳液聚合的方法制备了滑溜水减阻剂DGSA-1。用红外光谱仪对合成产物的结构进行了表征。通过测定减阻剂水溶液的特性黏数,对减阻剂制备条件进行了优选,研究了减阻剂的抗盐性、表面活性和减阻性。结果表明,在AM、AMPS、EA 3种物质摩尔比为1.1∶1∶0.1、引发剂用量占单体总质量的0.048%、复配乳化剂的HLB值(表面活性剂的亲水亲油平衡值)为5.5、反应温度55℃、反应时间6 h的条件下制备的滑溜水减阻剂DGSA-1的减阻效果最佳。DGSA-1减阻剂具有分散溶解性好、抗盐、高效减阻和低表界面张力的特性。0.15%DGSA-1水溶液的黏度在2 min内达到最大,减阻率为73.2%,减阻性能优于国内外同类产品。图3表2参16     

钻井液防黏附剂的合成与性能评价

在钻井液中加入防黏附剂,防止钻头泥包或局部被钻屑黏附是提高钻速有效手段之一。通过腐植酸磺化－酰氯化－酰胺化一系列反应合成了钻井液防黏附剂,筛选出最佳合成条件为：腐植酸与浓硫酸在质量体积比3:5、温度160℃的条件下反应8 h,生成磺化腐植酸;然后与过量二氯亚砜在70℃下反应6 h,生成腐植酰氯;最后按腐植酰氯与脂肪胺质量比25:4加入脂肪胺,在0～10℃下反应 4 h。对防黏附剂性能的评价结果表明,防黏附剂可将钻头和岩屑表面由强亲水性转变为弱亲水性,并能大幅降低钻井液表面张力。防黏附剂质量分数由0增至1.5%时,水溶液润湿接触角由33°增至68.3°,表面张力由74.4 mN/m降为42.0 mN/m。4%膨润土浆中加入2%防黏附剂,润滑系数由0.43降至0.27;膨润土岩心在1.5%防黏附剂水溶液中的膨胀率为1.6%（2 h）和3.5%（16 h）,润滑性和抑制性较好。     

用于压裂液的生物酶破胶剂性能评价

生物酶破胶剂具有破胶彻底、残渣量少、对地层的伤害小等优点。介绍了适用于高、中高、低温条件的3种生物酶破胶剂,通过室内实验,对生物酶的配伍性、生物酶浓度、瓜胶浓度、pH值、温度等条件对酶活性及破胶效果的影响进行了评价。结果表明,该3种生物酶与压裂液添加剂的配伍性好;酶浓度在5～20mg/L、瓜胶浓度在0.2%～1.0%范围内时具有很好的破胶效果;生物酶破胶剂在pH值为5～10、温度为20～120℃范围内,3h可将压裂液黏度降低到5mPa·s以下,达到行业标准;与化学破胶剂相比,生物酶破胶剂用于压裂液,不仅破胶可控,而且破胶后破胶液黏度低、破胶聚合物分子量小、残渣含量少,环境保护性能好。     

高温乳化压裂液的研制及性能评价

室内研制了一种配制W/O型乳化压裂液所需的乳化剂,并讨论了乳化剂加量、油水比、搅拌强度对乳状液稳定性的影响,得到了不同温度(90℃、120℃和130℃)条件下油包水乳化压裂液配方,并对乳化压裂液配方进行耐温耐剪切性能、流变参数、滤失性能及地层伤害性进行了工程评价。实验证明该配方的流变性能满足压裂液对液体的要求,滤失量较小,针对南堡油田东一段储层岩心,与水基压裂液相比,可降低压裂液对地层的伤害率达20%以上。在130℃条件下,170 s-1的剪切速率下,剪切120min后,表观黏度为88mPa·s,可满足中、高温深井、水敏性储层压裂改造。     

适合特低渗透油田的VES清洁压裂液性能

分析了VES清洁压裂液的黏弹性形成机理、抗剪切机理和破胶机理.室内实验表明,该清洁压裂液具有高弹性、低黏度的特性,其形成过程和流变性质对造缝、携砂、降低施工摩阻和控制缝高有重要的应用价值;稠化剂和激活剂之间有一个最佳比值;无机盐在较高的温度下不仅没有提高反而使得压裂液黏度降低,这是因为这些小分子在热运动中的剧烈振动,会增加对清洁压裂液中网络的破坏;复合物FH-1(30％C8醇和70％C10-14烷烃)可满足清洁压裂液在无烃类物质存在下的破胶,其可以有效控制清洁压裂液的破胶速度.该压裂液具有配液方便、使用添加剂种类少、不存在残渣等特点,采用内外相相结合的破胶剂可实现清洁压裂液在油层快速破胶排出地层,从而减少对地层伤害.     

自生气类泡沫压裂液的研制与性能评价

针对一般泡沫压裂液存在成本高、专用设备多、施工风险高等缺点,研制出一种自生气类泡沫压裂液。该泡沫压裂液实验基础配方为:(0.5%～1.5%)NH4Cl+(0.5%～1.5%)NaNO2+(0.5%～5%)弱酸+0.5%pH调节剂+(0.3%～0.6%)GHPG(稠化剂)+(0.5%～1.5%)CT 5-2(起泡剂)+1.0%AC-8(酸性交联剂)+0.04%(NH4)2SO4+0.05%杀菌剂+0.1%助排剂。评价结果表明,该体系具有良好的耐温耐剪切性能和流变性能,携砂能力强,低滤失,破胶性能良好,对储层岩心伤害小,可以满足大多数泡沫压裂施工的需要,在低压低渗油气田具有广阔的推广应用前景。     

HEC煤层压裂液的性能评价及应用

结合煤层孔隙度小、渗透性差等物性特征,对压裂液配方进行 经,筛选出适合煤层物性的ＨＥＣ压裂液,并对其性能进行了评价。研究表明,ＨＥＣ是一种无损害压裂液,适合于低温煤层进行压裂改造,它具有增稠能力强、无残渣、易破胶返排等特点。在陕西柳林地区进行了５次现场试验,效果显著。