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压裂现场配液问题与解决方法-以泌页2HF井为例

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第 41 卷第 15 期2013 年 8 月广 州 化 工41 152013压裂现场配液问题与解决方法———以泌页 2为例李梦楠1, 肖俊杰1, 文 晚2, 蒋尔梁1, 许连洁1( 1 河南油田分公司石油工程技术研究院 , 河南 南阳 473132;2 四川石油天然气建设工程有限责任公司 , 四川 成都 610213)摘 要 : 水力压裂过程中现场压裂液质量严格控制可以最大限度的提高压裂施工成功率 。同时也为分析压后效果提供参考 。本文以泌页 2现场配液过程中出现的问题为实例 , 介绍配液时现场压裂液出现问题现象 、出现问题原因 、解决方法 , 强调预防发生事故实际操作方法 。关键词 : 非常规 ; 压裂液 ; 质量控制 ; 现场中图分类号 : 献标识码 : A 文章编号 : 1001 -9677( 2013) 15 -0222 -04作者简介 : 李梦楠 , 男 , 现从事油田压裂酸化工艺技术研究与现场技术服务工作 。HF as r - 1 73132;2 o. , , 10213, By of be in to of in HF as an of to be of of 页 2介泌页 2是在南襄盆地泌阳凹陷深凹区的一口页岩油水平井 。该井人工井底 4350. 1 m, 有效水平段长度 1344. 1 m。设计施工规模为 : 该井水平段分为 22 段施工压裂 ; 配置压裂液总量 12552. 4 含小型压裂测试液量 115 ; 施工排量 8 ~ 9 m3/施工限压 90 由泌页2区邻井实测求得地温梯度为 3. 5 ℃ /100 m, 计算出该井A 靶温度为 111. 6 ℃, B 靶温度 115. 4 ℃。2 压裂液质量控制难点( 1) 该井压裂目的层较深且温度高 , 压裂液满足携砂性好且耐温耐剪切的同时 , 为保证压后效果良好还具备低伤害的特性 。筛选出一套保证在地层中延迟交联且压裂液基液粘度可满足施工需要的压裂液体系[ 1]。( 2) 该井施工配液量大 , 因此对施工前河水总量储备状况 、施工中河水质量状况 、供水连续性要求高 。( 3) 该井采用易钻桥塞工艺分 22 段压裂施工 , 施工用桥塞入井后到位用时长造成施工周期长[ 2]。存在因夏季高温 、天气突变和压裂段间隔时间长等因素导致压裂液质量不可控影响施工质量的风险 。( 4) 为了保证基液质量 , 管汇 、卧式储液罐洁净程度和对配液车组连续配液的稳定性 、计量软件的准确性要求高 。3 室内压裂液体系评价3. 1 稠化剂评价表 1 稠化剂检测结果 of 测结果外观 自由流动粉末 ( 0. 6%水溶液 ) 7. 0含水率 /% 3. 2表观粘度 μ( 30 ℃、170 s-1、0. 6%) /( s)129水不溶物 /% 3. 5第 41 卷第 15 期 李梦楠等 : 压裂现场配液问题与解决方法 223应用在该井的压裂液需对地层低伤害率 、粘度高的特点 ,根据 5764 -2007《压裂用植物胶通用技术要求 》对泌页2液用稠化剂进行检测 。3. 2 粘土稳定剂组合的浓度优选根据地层特点 , 进行筛选 。为了控制页岩中粘度矿物分散运移 , 对粘土稳定剂 A、粘土稳定剂 B、种防膨剂配比浓度进行优选 。根据实验结果优选出粘土稳定剂最佳组合浓度 : 0. 075%粘土稳定剂 A +0. 1%粘土稳定剂 B +2% 2 防膨率评价表 of 膨率 /% 水溶性0. 5%6. 61%7. 21. 5%7. 52%7. 72. 5%7. 7与水互溶0. 075%粘土稳定剂A +0. 1%粘土稳定剂 900. 075%粘土稳定剂A +0. 1%粘土稳定剂 B +2%70. 075%粘土稳定剂 A +0. 1%粘土稳定剂 B +3%7与水互溶3. 3 节剂浓度优选泌页 2裂液配方 : 0. 45% 胍胶粉 + 0. 5% 杀菌剂 + 现场河水 +0. 075%粘土稳定剂 A + 0. 1% 粘土稳定剂 B + 2% 助排剂 + 节剂 。当 度分别为 3%、4%、4. 4%时 , 都在 9 ~10 之间 , 基液粘度也在 28 s 左右 , 但是 3%、4%、4. 4% 的 节剂可控制交联时间为 1. 5 . 2 . 5 因此 4% 节剂满足延迟交联时间可控的需求 。3. 3 压裂液体系耐温耐剪切性能用 温高压流变仪设定温度 115 ℃、剪切速率170 s-1, 节剂浓度分别在 3%、4%、4. 4%, 连续剪切90 条件下 , 粘度分别为 93. 3 s、119 s、122 s。通过对比该压裂液体系 节剂浓度为 4% 时 ,尾粘保持在 122 s 可以满足现场施工需要 。图 1 115 ℃时 4% 节剂耐温耐剪切曲线1 % pH 15 ℃4 现场配液质量控制4. 1 现场配液流程泌页 2液规模大 , 因此借鉴泌页 1功的施工经验的基础上 , 泌页 2用两级供液系统[ 3]。一级供液系统是储液罐到混砂车之间供液地面流程 。二级供液系统是软体罐到混配车之间供液地面流程 。4. 2 现场压裂液对施工成败的影响4. 2. 1 压裂液携砂性差当压裂液携砂性能差时 , 随着施工时间的增加 , 支撑剂在裂缝中逐渐沉积 , 最终形成砂桥 , 阻止后续的支撑剂进入裂缝 。结果造成增加砂液比的时候 , 地面施工压力也在相近时间增加的现象[ 4]。图 2 泌页 2场携砂性能差施工曲线图2 of in HF 2. 2 施工摩阻大当基液初始粘度略低于质量指标时用提高交联比的方法保证液体携砂性 。泌页 2七层射孔段为 3982. 5 ~ 3983. 7 m、3932. 5 ~ 3933. 5 m, 排量为 8 m3/第十六层射孔段为3471. 5 ~3472. 7 m、3443. 0 ~ 3443. 5 m, 排量为 8 m3/比施工曲线 : 提高交联比后 , 基液过早在交联造成压裂液通过地面管线 、井筒 、射孔眼增加施工摩阻 , 同时增加泵车施工泵压 、备用泵车数量以及对井场施工设备的磨损程度 。图 3 基液粘度较小时摩阻大的施工曲线3 of is is 州 化 工 2013 年 8 月图 4 基液粘度达标时施工摩阻小的施工曲线4 of is is 3 影响现场压裂液质量因素4. 3. 1 温度和天气对水质影响因素泌页 2 9 月初开始施工 , 井场温度 16 ~ 32 ℃ 左右 ,白天温度高 , 昼夜温差大 。夏季高温环境造成河流内水体微生物繁殖较旺盛 , 微生物将基液内胍胶高分子分解 , 氧化反应产生酸性物质影响交联效果 。泌阳地区天气 9 月时 , 局部地区突降暴雨 。施工用水为临近井场的河水 , 夏季突发暴雨导致水中粘土矿物 、上游漂浮垃圾等杂质增加 。4. 3. 2 原料存储运输因素用纸袋包装的胍胶粉是对压裂液基液性能影响最大的影响因素[ 1]。为了节约成本 , 现场施工前备料和施工中补料环节使用开封后的残料 。残料存放时间 、方式差异导致其性能变差 。但车辆运输 、人工搬运造成包装纸袋破损 、开封后的残包受潮造成胍胶粉品质受到影响 。胍胶粉和破胶剂这些易受到周边环境影响的材料在现场放置 、储存和收回环节中会受到人工 、机械损毁和化工料之间混放造成交叉污染 , 从而发生材料浪费乃至变质 , 进而影响配液质量和增加原材料使用量 。4. 3. 3 现场意外情况因素每一段压裂前的下入桥塞 ———射孔枪的环节都为施工开始时间增加不确定的因素 。上一段桥塞没有泵注到目标位置 、射孔弹没有完全射出造成返工 , 这些意外情况使配置好的基液不能用于施工 , 并且压裂液变质后会增加施工方倒液 、洗罐等成本 。4. 3. 4 储液和配液设备因素由于现场大型软体罐是露天的搭建的且池中河水相对静止 , 夏季高温和雨水的影响下水中微生物大量滋生 , 软体罐水质更易变质 。卧式储液罐连续循环使用造成罐底存在上批配置的残液 。储液罐的罐壁 、罐底有铁锈 、油迹等杂质 、储液前残留在罐底的残液以及配液中罐内新老基液混合都会影响现场压裂液质量 , 最终导致压裂液质量变差 。混配车计量仪器实际配液量与其设备显示配液值不符 、混配车调控粉液比软件存在配置压裂液粘度不稳定现象 。这些因素不利于配液过程中各种化工料添加量的控制 , 同时对基液粘度的稳定性造成影响 。4. 4 问题压裂液的解决方法及预防措施4. 4. 1 保证水源质量施工前现场搭建的软体罐内取样进行水质检测时 , 应在远离进水口的位置 , 取水质浑浊的水做检测以保证压裂液质量 。河内的取水口周围加装过滤网 , 减少机械杂质进入取水口 , 避免杂质对供水离心泵损坏和提高水质的纯净程度 。遇到恶劣天气时 , 应当用塑料薄膜覆盖住储液罐的罐口 ,避免外来雨水对基液质量影响 , 雨后及时检测压裂液性能和软体罐中存水状态 。当软体罐内水受到污染后 , 现场配液优先使用新鲜活水 。结合井场情况 , 尽可能多准备软体罐用来储备新鲜河水 ,避免突发恶劣天气造成水质变差延误施工 。白天和夜晚的温差变化大的因素 , 所以尽量在晚上低温时配液 。在低温环境里 ,水中的微生物繁殖速度相对较慢 , 压裂液可更长久的保存 。4. 4. 2 合理保护原料提前准备塑料薄膜等覆盖物对易破损的原料进行包装并把易受潮的原料放置在地势较高的地方避免雨后积水对原料质量的损害 。对不同种类添加剂应分类存放 , 同一种类的新料和旧料也应有明显区分 。现场应醒目的设立该 识牌避免工人将原料混放造成交叉污染 。在降低企业成本的前提下 , 可将受潮胍胶粉配成的基液优先用在泵送桥塞 、前置液阶段或顶替液阶段 。将受潮或板结的破胶剂在顶替液时大量尾追倒入井内 。4. 4. 3 适当控制施工进度为预防因泵注桥塞不到位 、射孔失败等意外导致基液在高温环境下放置造成液体质量不合格而不能施工的事故 。现场配液应提倡基液 “现用现配 ”原则 , 宁可工人辛苦些也应等上一个环节工作完全落实后再进行实施 。如果基液配好后但因故不能施工的情况 , 一方面可以在基液内加入 节剂造成液体碱性环境以抑制微生物生长 , 达到延长基液有效时间的目的 。另一方面技术人员应督促现场其他部门尽早解决问题以保证施工顺利进行 。4. 4. 4 加强现场设备维护及管理施工前对储液罐应做到清洗罐壁和罐底 , 避免因为罐内铁锈 、罐底余液对新配基液质量的影响 。施工中若不能在及时解决意外情况 , 重新开工前应检测罐内基液粘度 、 、交联性等指标[ 5]。当意外情况解决后再次配液时 , 若罐底存在残液应用泵将罐底残液抽走再用清水冲洗干净 , 避免新液受到罐底老液中高含量微生物分解胍胶而变质 。在连续施工配液时 , 每隔一段时间应有专人取混配车出口 、储液罐罐顶 、罐中 、罐底的基液小样并检测各项性能是否达到施工标准 。由于现场混砂车软件设置的粉液比配出基液粘度较在实验室粉内用相同粉液比配出的粘度小 。此时 , 一方面混配车司机略微提高粉液比 ,另一方面应有专人在混配车出口时刻检测基液粘度以配合司机调整粉液比 。5 认识与结论( 1) 压前压裂液稠化剂评选 、各种添加剂浓度优化以及交联时间的调配对水平井施工尤为重要 。( 2) 在施工前和施工中及时掌握施工现场的天气 、温度变化情况 , 并及时采取相应的防护措施 , 将因自然环境突变对施工的影响程度降至最低 。大型压裂中现场配液环节的用水质量对整个施工成败以及施工进度起着至关重要的作用 。( 3) 用选择放置较高地势 、使用覆盖物等方法保护易受潮的原料 , 对不同种类原料要分开存放避免交叉污染 。对性质变差的原料可以用在泵送等环节使用以降低成本 。( 4) 卧式储液罐应当在整个配液过程中保持一个较为清洁的状态 。在条件允许情况下及时清除罐底的老液 , 罐底的老液( 下转第 257 页 )第 41 卷第 15 期 毕磊等 : 新建化学生物学专业中进行双语教学的几点设想 257对化学生物学学科内容的翻译工作 , 但这是一个庞大的系统工程 , 不可能一蹴而就 , 在一朝一夕间完成 。另一方面 , 在化学生物学的专业教学中 , 在某些课程中使用中英文双语教学不但是一种选择 , 也成为一种必然 。双语教学是培养高素质化学生物学人才的有效途径 , 但其首先遭遇的瓶颈问题就是师资 。双语教学对教师的要求非常高 , 不仅专业要精深 , 英语好 , 还要求用英语表述专业知识 、解析专业词汇 。教师素质和使用 “双语 ”的能力是开展双语教学的先决条件 , 在条件不成熟的情况下开展双语教学 , 往往弊大于利 。就安徽工业大学化学生物学专业而言 , 本文作者为堪萨斯大学药物化学博士 , 长年在纯英语的语境环境中学习工作 , 专业知识及术语通过英语教授 , 并用英语讲授过数门课程 , 专业论文也用英语完成 。同时 , 化学生物学专业的合作申报单位 “中美德康生物科技有限公司 ”为高新技术企业 , 其主要技术人员也在美国生活工作多年 , 并都具有博士学位 。因此 , 在师资方面 , 条件已成熟 。同时 , 双语教学对学生素质的要求也相对较高 。安徽工业大学化学生物学专业的 2011 级新生在录取时 , 其高考成绩英语单科必须达到与国际贸易专业相同的标准 。而且 , 该班第一年的学习成绩在化学化工学院乃至全校范围内遥遥领先 , 这些都是有利的因素 。双语教学非常强调教学资源的保障 , 外文原版教材是双语教学的一个必要条件 , 它可以使教师和学生接触到 “第一手 ”的英语 。就化学生物学专业而言 , 外文专业参考书籍较为匮乏 , 对此 , 专业期刊中的科学论文或可起到替代和引领作用 。同时 , 也可保证所授的专业内容具有时效性 。可供选择的化学生物学期刊包括一些国际知名的主要期刊如 : 《自然化学生物学 》( 、《细胞 - 化学与生物 》( 、《美国化学学会化学生物学 》( 、《化学生物学杂志 》( 、《化学生物学与药物设计 》( 等 。双语教学中 , 教师讲解化学生物学内容所使用的英文必须符合学生当前的英文的理解水平 , 需要通过中文的配合来使学生更好的理解 、掌握教学内容[ 2]。首先 , 中文可以为学生的学习内容提供相关的背景知识 , 这有助于他们准确理解英文的信息输入 ; 其次 , 中文有助于发展学生最基本的阅读能力 ; 三是中文有助于学生形成 “高级语言能力 ”; 四是中文能够为学生学习学科知识提供安全感 。但教师尽量将中文的运用降低到最低的限度 , 避免学生对中文产生依赖心理 。就安工大的化学生物学专业来说 , 在起始阶段 , 计划采用过渡型双语教学模式 ,其后 , 逐步发展至保持型双语教学模式 。循序渐进 , 过渡到英语教学到达总学时的一半以上 。讲授采用中文与英文并举 。一开始也许听课难度较大 , 但最终将行之有效[ 3]。同时 , 考虑到学生之间的外语水平差距很大 , 双语教学在提高学生英语听力的同时 , 也应对学生进行特殊的培训 , 保证学生对课程内容有一定的接受能力[ 4]。3 结 语化学生物学是一门年轻的科学 , 安徽工业大学的化学生物学专业是一个全新的专业 。双语教学不应只是 “专业外语 ”一门课的任务 , 而是应该贯穿每一门专业课的学习 。必须明确双语教学的目的不是简单地学英语 , 而是用英语学 , 学生应重点掌握专业知识 。双语教学是一项长期的任务 , 专业知识的习得是日积月累的结果 , 不是一朝一日所能体现出来的 。急功近利的做法只能是轰轰烈烈地走过场 。希望安徽工业大学化学生物学专业的中英双语教学实践能够持之以恒 , 结出硕果[ 5]。参考文献[ 1] 1985.[ 2] 王旭东 . 关于 “双语教学 ”的再思考 [ . 人教网 , .cn/01009/ 3] 王斌华 . 双语教学的十项操作策略 [ J] . 中小学英语教学与研究 ,2008( 12) : 12.[ 4] 钱源伟 . 双语教学有效性初探 [ J] . 当代教育科学 , 2003( 13) :23 -26.[ 5] 姜宏德 . 关于双语教育评价的理性思考 [ J] . 教育发展研究 , 2005( 6) :檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵58 -61.( 上接第 224 页 )对罐内的液体性能影响最大 。如果有条件 , 可以在现场使用立式罐 。现场混配车车工作状态不稳定 , 计量结果与实际配液量不符 , 不仅不利于计量添加剂的加入量 , 也会造成基液性能不稳定 。参考文献[ 1] 黄朝阳 , 裴铁民 . 河南油田安棚区块 1 压裂基液性能研究[ J] . 特种油气藏 2004( 4) : 78 -79.[ 2] 田志宏 , 朱万雨 , 王群立等 . 中途坐封可钻桥塞在水平井的应用 [ J] . 石油机械 , 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