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一种海水基压裂液体系的研究-刘刚芝

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一种 海水 基压裂 液体 研究 刘刚芝
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【理论研究与应用技术】一种海水基压裂液体系的研究刘刚芝1, 王杏尊1, 鲍文辉1, 李秋月2(1. 中海油田服务股份有限公司,天津 ; 2. 渤海钻探井下作业分公司,河北任丘)]013,30(3):过室内实验研发出一种海水基压裂液体系的关键添加剂——耐盐稠化剂、胶液保护剂、螯合调节剂,优化出了耐高矿化度、黏度高、残渣低、地层伤害低的海水基压裂液体系。对海水基压裂液体系的性能评价结果表明,该体系耐温达到120 ℃,交联时间为2~ 5 渣含量为318 ,破胶液表面张力为26.5 mN/m,mN/m,达到了现场应用的要求。关键词 海水基压裂液;耐盐稠化剂;螯合调节剂;性能评价中图分类号:  文献标识码:A    文章编号:10012013)03 液 是 压 裂 施 工 的 工 作 液, 在 陆 地 油 田 应用 压 裂 技 术 开 发 了 大 量 的 低 渗 透 油 田, 但 是 在 海 洋采 用 压 裂 技 术 开 发 低 渗 油 气 田 才 刚 刚 开 始, 如 沿 用陆 地 的 淡 水 压 裂 液 进 行 施 工, 受 作 业 载 体、 液 体 储存 空 间、 淡 水 运 输 的 限 制, 压 裂 施 工 规 模 受 到 很 大限 制, 如 果 天 气 不 好, 淡 水 供 给 不 能 保 证, 严 重 影响 作 业 周 期, 增 加 成 本 投 入。 因 此, 亟 需 研 究 出 海水 基 压 裂 液 体 系。 据 文 献 调 研, 国 外 海 水 基 压 裂 液体 系 主 要 为 黏 弹 性 表 面 活 性 剂 体 系 和 低 温 硼 交 联压 裂 液 体 系, 主 要 应 用 于 疏 松 砂 岩 压 裂 防 砂 和 低 渗水 平 井 分 段 压 裂 中 , 耐 温 达 93 ℃[1]; 中 国 海 水 基 压裂 液 体 系 主 要 为 黏 弹 性 表 面 活 性 剂 体 系[2], 耐 温 达 90 ℃。笔者研究出了一种海水基压裂液体系,其耐温 达 120 ℃, 可 以 用 过 滤 海 水 进 行 配 制, 压 裂 液 体系 耐 高 矿 化 度、 黏 度 高、 残 渣 低, 储 层 伤 害 小, 为克 服 海 上 压 裂 施 工 对 淡 水 的 依 赖、 降 低 海 上 压 裂 施工的成本, 扩大海上压裂施工规模提供了技术支持。1 研究难点海 水 中 含 有 大 量 无 机 盐, 这 些 无 机 盐 会 影 响 瓜胶 的 水 化 和 增 黏、 的 控 制 和 导 致 沉 淀 的 生 成。海 水 的 矿 化 度 非 常 高, 达 到 30 000~ 40 000 左 右, 海 水 中 复 杂 离 子 元 素 的 存 在 使 常 规 高 分 子 稠化 剂 在 水 化 溶 解 的 过 程 中, 受 到 影 响 而 造 成 溶 解 不完 全, 甚 至 是 不 溶。 海 水 中 含 有 大 量 的 有 机 质 和 腐生 菌, 使 植 物 胶 稠 化 剂 在 配 制、 放 置 过 程 中, 很 容易 受 微 生 物 的 腐 蚀 而 变 质, 这 对 海 水 基 压 裂 液 的 防腐提出了更高的要求。 常规瓜胶压裂液为碱性体系,容 易 与 海 水 中 的 离 子 形 成 沉 淀, 造 成 储 层 污 染。 因此, 对 海 水 基 压 裂 液 体 系, 需 要 开 发 特 殊 的 耐 盐 稠化 剂、 胶 液 保 护 剂 和 螯 合 调 节 剂, 使 压 裂 液 体 系 耐盐性能、防腐性能、储层保护性能满足施工要求。2 化剂水 基 压 裂 液 分 为 天 然 聚 合 物 压 裂 液、 人 工 合成 聚 合 物 压 裂 液、 表 面 活 性 剂 压 裂 液 及 复 合 型 压 裂液 等 几 类。 表 面 活 性 剂 压 裂 液 是 靠 特 殊 表 面 活 性 剂自 身 的 低 临 界 胶 束 浓 度, 使 其 易 在 反 离 子 作 用 下 形成 可 相 互 缠 绕 的 长 棒 状 胶 束 集 合 体 而 起 到 增 黏 作 用的, 但是胶束的形成受温度的影响很大, 在高温下,表 面 活 性 剂 的 临 界 胶 束 浓 度 很 大, 不 利 于 胶 束 集 合基金项目:中海油田服务股份有限公司项目 “海上低渗透储层改造技术研究”(助。第一作者简介:刘刚芝,高级工程师,1984年毕业于华东石油学院机械系矿机专业,现为中海油田服务股份有限公司油田生产事业部副总经理。地址:天津市塘沽区营口道938号天津科技大学2号楼202室;邮政编码 300450;电话 (022)66907928;4体 的 形 成, 所 以 表 面 活 性 剂 的 耐 温 性 差 ; 人 工 合 成聚 合 物 的 抗 盐 性 差, 不 利 于 用 高 盐 度 水 配 制 ; 而 植物 胶 或 以 植 物 胶 为 主 体 的 改 性 物, 由 于 天 然 高 分 子自 身 含 有 刚 性 基 团, 使 其 对 矿 化 度 具 有 一 定 的 耐 受性, 同 时 引 入 耐 盐 基 团 对 其 进 行 改 性 后, 可 使 其 抗盐 性 进 一 步 增 强。 瓜 胶 分 子 上 有 羟 基, 在 碱 的 作 用下可以和一些醚化剂进行反应[3]。采 用 不 同 稠 化 剂 配 制 的 压 裂 液 主 要 性 能 如 表 1所 示。 由 表 1 可 知, 采 用 耐 盐 稠 化 剂 配 制 的 压 裂 液黏度最高,故作为海水基压裂液体系的稠化剂。表1 不同稠化剂的主要性能表稠化剂%水不溶物/%进口瓜胶 103 86 0% 羟丙基瓜胶 99 82 0% 羧甲基羟丙基瓜胶 108 89 0% 耐盐稠化剂 111 94 0% 低聚物 78 42  胶液保护剂常 规 的 杀 菌 剂 虽 对 海 水 压 裂 液 防 腐 具 有 一 定 的作 用 , 但 是 无 法 实 现 隔 离 盐 分 , 对 稠 化 剂 进 行 促 溶 、 增 溶 的 目 的 。 为 此 , 开 发 了 一 种 胶 液 保 护 剂 , 其 不 仅具 有 高 活 性 的 杀 菌 能 力 , 可 以 杀 灭 各 类微 生 物 , 而 且具 有 减 缓 盐分 影 响 、 促 进 水 分 渗 透 、 促 使 链 节 伸 展 、实 现 促 溶、 增 溶 的 功 效, 满 足 海 水 基 压 裂 体 系 的 需求 。 将 常 用 杀 菌 剂 甲 醛 、 胶 液 保 护 剂做 溶 解 性 能 和 防 腐 性 能 对 比 实 验 , 结 果 见 表 2 和 表 3。表2 胶液保护剂对耐盐稠化剂溶解性能的影响胶液保护剂种类常温不同溶解时间 ( 的黏度 /0 15 30 60 120空白 2 2 3 甲醛 2 2 4 2 2 胶液保护剂 9 15 8 胶液保护剂 18 46 2 胶液保护剂 27 54 2 胶液保护剂 54 69 3 胶液保护剂 57 68 1 96表3 杀菌剂对耐盐稠化剂胶液防腐性能的影响t/胶液保护剂0 2 可 知 , 胶 液 保 护 剂 对 耐 盐 稠 化 剂 的 溶 解具 有 一 定 的 促 进作 用 , 且 随着 其 用 量 的 增 加 , 效 果 明显 , 当 其 用 量 超 过 后促 进 效 果 不 明 显 。 由 表3 可 知 , 甲 醛 和 胶 液 保 护 剂 对 耐 盐 稠 化 剂 胶 液 都 具 有一 定 的 保 护 作 用 , 且 以 上 加 量 的 胶 液 保 护 剂 效果 好 于 醛 。 因 此 , 确 定 胶 液 保 护 剂 作 为 耐 盐稠 化 剂 的 原 胶 液 保 护 剂 , 用 量 范 围 为 合调节剂常 规 植 物 胶 压 裂 液 体 系 在 偏 碱 性 的 体 系环 境 下交 联 , 对 于 交 联 剂 活 性 中 心 离 子 的 活 化 和 交 联体 系 的耐 温 性 有 良 好 的 促 进 作 用 , 碱 性 的 增 强 可 以 增 强 交联 剂 中 心 离 子 与 瓜 胶 的 交 联 结 合 能 力 。 但 是 随 着 碱 性的 增 强 , 海 水 中 存 在 的 高 价 / 变 价金 属 就 会 生 成 沉 淀 。 沉 淀 对 稠 化 剂 具 有 很 强 的 絮 凝作 用 , 随 着 碱 性 的 增 强 、 沉 淀 增 多 , 稠 化 剂 有 可 能 会发 生 凝 聚 、 脱 水 , 进 而 失 去 作 用 。对 离 子 屏 蔽 剂 的 耐碱 性 进 行 了 评 价 实 验 , 结 果 见 表 4。由 表 4 可 以 看 出 ,调 节 剂 的 最 低 加 量 应在 以 上 。表4 离子屏蔽剂耐碱性能评价原胶液配方螯合剂 /%调前0 浑 浑 色透明 色透明 色透明 色透明 色透明 无色透明刘刚芝等:一种海水基压裂液体系的研究753 体系性能评价研 发 出 耐 盐 稠 化 剂、 胶 液 保 护 剂 和 螯 合 调 节 剂等 海 水 基 压 裂 液 关 键 添 加 剂 后, 得 到 的 海 水 基 压 裂液体系配方如下,并对该体系进行了性能评价。耐 盐 稠 化 剂 胶 液 保 护 剂螯 合 调 节 剂 温 度 稳 定 剂破 乳 助 排 剂 抗 盐 交 联 剂(0 破 胶 剂 联性能该 压 裂 液 体 系 基 液 的 黏 度 为 97 s,为 9。 加 入 抗 盐 交 联 剂, 交 联 时 间 为 120 s, 300 s 后可挑挂。 交联时间可以在 2~ 5 调整。温耐剪切性依 据 5107—2005《 水 基 压 裂 液 性 能 评 价方 法 》 用 仪 在 170 120 ℃ 下 ,对 该 压 裂 液 配 方 进 行 了 耐 温 性 能 实 验( 见 图 1) 。 可以 看 出, 该 配 方 在 120 ℃ 下 剪 切 2 h 后, 黏 度 均 保持在 80 s 以上, 达到了现场压裂施工的要求 。图 1 120 ℃高温海水基压裂液黏度 - 渣含量压 裂 液 残 渣 会 留 在 支 撑 剂 和 储 层 岩 石 孔 隙 中,降 低 支 撑 剂 充 填 层 和 储 层 的 渗 流 能 力, 对 压 裂 增 产效 果 有 很 大 的 影 响。 稠 化 剂 残 渣 不 但 会 对 岩 心 基 质造 成 一 定 的 固 相 堵 塞 伤 害, 而 且 会 在 岩 心 端 面 形 成滤 饼, 对 储 层 的 伤 害 率 可 以 达 到 20% 以 上。 因 此,对 比 了 海 水 基 压 裂 液 体 系 和 淡 水 基 压 裂 液 体 系 残 渣含量,结果见表 5。表5 海水基压裂液与淡水基压裂液体系残渣含量对比压裂液体系 残渣含量 /( ) 平均值 /( )耐盐稠化剂 + 进口瓜胶 + 5 可 知 , 海 水 基 压 裂 液 体 系 残 渣 含 量 远 低 于进 口 瓜 胶 压 裂 液 体 系 , 能 降 低 压 裂 液 对 储 层 的 伤 害 。心伤害实验对 海 水 基 压 裂 液 进 行 了 岩 心 伤 害 实 验, 结 果见 表 6。 可 以 看 出, 该 压 裂 液 体 系 岩 心 伤 害 率 满足行业标准要求小于 30% 的条件。表6 压裂液岩心伤害实验结果压裂液 岩心 00% 平均值 /%海水基压裂液1#胶性能将 交 联 后 的 压 裂 液 密 封 放 置 于 95 ℃ 恒 温 水 浴中, 使 其 在 恒 温 条 件 下 破 胶, 观 察 压 裂 液 在 不 同时 间 的 状 态, 记 录 其 破 胶 时 间 为 73 取 破 胶 液上 清 液, 在 30 ℃ 下 测 得 破 胶 液 黏 度 为 s,破 胶 液 的 表 面 张 力 为 26.5 mN/m, 其 与 脱 水 煤 油 的界 面 张 力 为 mN/m。 从 实 验 结 果 可 以 看 出, 破胶 后 的 压 裂 液 黏 度 低, 表、 界 面 张 力 小, 有 利 于 施工后压裂液的快速、彻底返排。4 结论与建议1. 研 究 出 了 用 过 滤 海 水 直 接 配 制 的 高 温 海 水 基压裂液体系, 该体系耐高矿化度、 黏度高、 残渣低,对储层伤害小, 克服了海上压裂施工对淡水的依赖。2. 研 究 出 了 耐 盐 稠 化 剂 、 胶 液 保 护 剂 、 螯 合 调 节剂 等 关 键 添 加 剂 , 优 化 并 评 价 了 该 体 系 的 综 合 性 能 。3. 该体系耐温达 120 ℃, 残渣含量为 318 ,岩心伤害率为 达到了现场 应用的要求。参 考 文 献] a a ]21415, 铭, 李 学 军, 陈 小 华, 等 . 海 水 基 清 洁 压 裂 液 体[2] 系 制 备 及 性 能 研 究 [J]. 科 学 技 术 与 工 程,2012,12(8) : 周 . 影 响 羟 丙 基 瓜 胶 能 的 因 素 [J]. 钻 井 液[3] 与完井液,2002,19 (3) : 24收稿日期2013303辑 马倩芸)30,3 7 4 h, of 2 h to of s 57200, 2013, 30(3):70i, in of as of of by of A is in is by by is to of is of is so a to be s 02249, 2013, 30(3):73in as of to it be 20 ℃, -5 18 of 6.5 mN/m, of mN/s 00450, 2013, 30(3):76 is in is of A , F. A is of +it of is to it of it by A s 10500, 2013, 30(3):79ejun
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