• / 92
  • 下载费用:30 下载币  

煤层气井用压裂液配方优选

关 键 词:
煤层 气井 用压裂液 配方 优选
资源描述:
中国石油勘探开发研究院硕士学位论文煤层气井用压裂液配方优选姓名:梁利申请学位级别:硕士专业:油气田开发工程指导教师:单文文;崔明月20050401摘 要煤层气井用压裂液配方优选2002级硕士研究生:梁利指导教师:单文文煤层气的勘探开发因煤层固有的特性而以压裂作为其重要手段之一,而压裂液在压裂改造中起着极其重要的作用。我国对煤层气开发利用起步较晚,特别是对煤层气井用压裂液的研究还不系统,煤层与聚合物、表面活性剂以及其它化学添加剂之间的吸附、压裂液对煤层的伤害等研究基本上还处于一个比较初步的借鉴常规油气田压裂液的水平。本文试图在跟踪国内外煤层气井用压裂液研究的同时,重点结合山鹾某矿斜、11椭为系统深入的对煤层气井压裂用压裂液进行研究。除了给出常用活性水压裂液、线性胶压裂液、冻胶压裂液相关性能研究的同时,还对清洁压裂液进行了考察与研究。通过常用的添加剂与煤层适应性的研究与评价,对压裂液配方进行了优选,并综合总结出一套比较适合于煤层气特点的评价与优化方法。归结起来,本文主要在以下五个方面进行了创新性研究:1)煤芯片对压裂液及其添加剂的吸附研究;2)压裂液对煤芯柱的动态滤失及伤害研究;3)常用添加剂对煤层适应性优选研究;4)清洁压裂液对煤层适应性优选研究:5)应用环境扫描电镜对煤层伤害的分析研究。通过上述主要研究,使得所选的压裂液配方更适合不同煤层储层,更有针对性,实现了最大限度的减少伤害与最大限度的适应煤层特点,为生产实践提供了有力的支持与指导,也为今后相关研究提供了方法。关键词:煤层储层 压裂液 筛选 吸附 伤害of of of of is in se of in is in is in a he on on to in in n we in #聋、11#of ur or e in to e by up a of tO of a of )on )on to 1 on )on 5)to we is he of is to to of to of ey 我所知,除了文中特别加以注明和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或攥写过的研究成果,也不包含为获得石油勘探开发研究院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。躲叠赳嘲竺塑!占关于论文使用授权的说明本人完全了解中国石油勘探开发研究院有关保留、使用学位论文的规定,即:中国石油勘探开发研究院有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅:学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印等其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后遵守此规定)签名: 导师签名: 日期:劲‘r。z 概况1.1.1概况第一章 前言煤层气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的以甲烷(C 主要成分非常规天然气。热值与常规天然气相当,是通用煤气的2倍至5倍,燃烧后很少产生污染物,属优质洁净气体能源。最新一轮中国煤层气资源预测结果显示.我国煤层气资源非常丰富,中国煤层气资源总量超过3 当于4 5 0亿吨标准煤,位居世界第三,分布于全国2 4个省、市、自治区,尤以山西、陕西、内蒙古等西部省区煤层气资源量最大,有l 7万亿立方米,占全国煤层气总资源量的一半以上。开发利用煤层气,对于充分利用洁净能源,优化我国能源结构,改善煤矿安全生产条件以及减少大气污染,都具有重大的经济和社会效益。但因其不易开采、投资巨大,中国长期以来并未大规模开发利用。与巨大的储量相比,煤层气过去在西部能源开发中并未得到应有的重视,每年有大量煤层气作为矿井有害气体随煤炭开采排入大气,既浪费资源又污染环境。随着中国西部大开发的推进,煤层气正在成为新一轮能源开发中的重要角色。据介绍,中国对煤层气的开发利用始于上世纪九十年代后期,2 0 0 1年中国煤层气的生产量约为1 继美国之后第二个大规模进行地面煤层气勘探的国家。但中国目前煤层气开采多为煤矿井下抽放,真正可用于商业化操作的陆上钻井抽采还不多见。在资源分布上,我国煤层气资源与天然气资源有很好的互补性。即天然气资源主要集中在西部地区,而煤层气资源主要分布于天然气缺乏的中东部地区,其中华北地区占总资源量的62%。资源的丰富,加上地理上的优势,这些为我国大力发展前景广阔中国石油勘探开发研究院硕士学位论文的煤层气产业创造了先决条件。此外,开发煤层气可改变我国目前能源消费结构极不合理的现象,直接减少煤矿甲烷排放量,有效地缓解大量燃煤造成的环境压力,极大地提高煤矿经济效益。1.1.2勘探概况石油天然气已经有了上百年的勘探开发历史,在世界各地的勘探开发基本上都有比较成熟的技术和方法,而煤层气目前只有美国、加拿大和澳大利亚有过成功的经验,在世界其它地方基本还是一个空白。美国2003年的煤层气产量已达500亿立方米,加拿大煤层气产量在2003年1亿立方米的基础上2004年将突破30万亿立方米以上,澳大利亚、英国、德国和波兰等国家在煤矿区的煤层气开发和废弃矿井煤层气的商业开发和利用方面也取得了很大成功。美国是世界上主要的煤层气资源国之一,也是世界上煤层气商业开发最为成功的国家。1998年全美煤层气产量已达324亿占当年天然气总产量的7%,美国煤层气产业的成功发展已在保证美国能源供应安全和经济发展方面起到了不可忽视的作用,同时大大改进了煤炭安全生产环境污染和情况。美国现有14个主要的含煤盆地,1200亿国煤层气资源主要分布在西部的落基山脉中——新生代含煤盆地,在这一地区集中了美国84.2%的煤层气资源。圣胡安盆地和黑勇士盆地在美国煤层气开发规模最大。电是世界煤层气工业的发源地。1.1.3煤层气井压裂的研究进展煤层既是烃源岩,又是储集层。作为储集层,它与常规天然气储层有明显不同的特征。主要区别在于煤储层具有双孔隙结构——基质孔隙和裂隙网络。基质孔隙和裂隙网络的大小、形状、孔隙度和连通性等决定着煤层气的储集、运移和产出。水力2中国石油勘探开发研究院硕士学位论文压裂煤层是完井——增产措施最常见的也是最重要的手段之一。虽然现在针对煤层而在施工工艺上作了大量改进,但其基本操作和原理上还是与常规的地层压裂方法相同。国外针对煤层压裂液经历了使用水(包括清水、减阻水)、线性胶、交联冻胶、泡沫压裂液、滑溜水之间的反反复复的试验研究和比较,这些不同的液体对压裂工艺上预测不同的裂缝也曾有大量的研究,包括(1)预测裂缝的走向节理; (2)形成裂缝高度显著增长的同时压力下降,即垂直裂缝; (3)压力恒定裂缝被局限于同一层中; (4)形成目前,这些研究尚没有一个统一的定论,但是,可以肯定的是,这些不同的压裂液都将对煤层的渗透性(通过吸附或膨胀引起堵塞)产生影响。令人遗憾的是这方面同样没有一个系统得研究和明确的结论。1.2选题依据开发煤层气是增加优质洁净气体能源的有效途径,它可以改善中国的能源结构,弥补天然气资源的严重不足,缓解能源供给的紧张局面。但我国煤层气勘探起步较晚,相对常规油气田,无论是勘探还是开发都存在一定的差距,作为煤层气开发的主要措施一一压裂,特别是针对煤层的压裂液的研究,国内、国外在这方面的研究都比较少。有关煤层与含有聚合物、表面活性剂以及其它化学添加剂的压裂液之间的配伍性、膨胀、吸附、伤害等研究更是没有~个系统的方法和认识。还有待进~步完善提高。为了进一步提高煤层气的产量,最关键的是压裂液要尽量减少对基质孔隙和裂隙网络的伤害。我们认为在室内对压裂液与煤层的配伍性进行相关研究,总结规律,以便对煤层气井用压裂液的优选及评价形成一套科学的方法和技术体系,是十分必要和迫切的。由于煤层储层具有松软、裂隙网络发育、表面积大、吸附性强、压力低等与油藏储层不同的特性,使得它与常规油气藏储层在选择和使用压裂液时应注意如下差别.主要表现在:中国石油勘探开发研究院硕士学位论文一、由于煤岩的基质孔隙细小,表面积非常巨大,具有较强的吸附能力,要求压裂液同煤层及煤层流体完全配伍,不发生不良的吸附和反应;二、煤层裂隙网络发育,要求压裂液本身清洁,除配液用水应符合低渗层注入水水质要求外,压裂液破胶残渣也应较低以避免对煤层孔隙的堵塞;三、压裂液应满足煤岩层防膨、降滤、返排、降阻、携砂等要求。对于交联冻胶压裂液,要求其在规定时间内快速、彻底破胶。因此,本文根据煤层气试验区的煤层地质特征及压裂工艺的要求,蘑点研究了几种压裂液的优选,并集中一定的篇幅讨论了压裂液吸附特性及电镜扫描研究伤害的结果。作为研究对象的几种压裂液及其特点如下;一、活性水压裂液1.适合低温地层;2.水质清洁;3.有较低的表面张力、界面张力;4.要控制煤储层对其的吸附;5.有较好的防膨性能。二、交联冻胶压裂液1.交联冻胶压裂液适用于温度较高的地层;2.控制其在地层温度、剪切速率170s 1下剪切联冻胶压裂液粘度不低于40a.S:3.破胶时间胶后压裂液粘度小于5s:4.控制压裂液体系的表面张力、界面张力:5.尽可能降低压裂液成本。三、线性胶压裂液1.适合中温地层或较深的煤层气井;4中国石油勘探开发研究院硕士学位论文2.破胶后压裂液粘度小于5:3.有较小的表面张力、界面张力。四、清洁压裂液1.适合各种温度的地层;2.控制煤储层对其的吸附;3.由于其成本较高,要尽可能降低成本,才能大力推广使用。考虑到煤层储层特点及压裂工艺的要求,本研究提出对煤层气井压裂用压裂液的各种添加剂的优化原则为:一、尽可能少地使用添加剂,特别是有机类添加剂,以减少压裂液添加剂对煤层储层的伤害;二、开发适合煤层气压裂用的压裂液材料,使之与煤层储层相配伍;三、在保证压裂工艺及施工条件下,降低压裂液成本,以满足市场经济的要求。几种压裂液的特点还在于活性水压裂液造缝性能和携带支撑剂的能力都比较差,因此需要较大旋工规模来满足煤层压裂要求,这就增加了压后排液的负担。但其价格比较便宜,对煤层污染小,在较低煤层温度,活性水压裂液对煤层气井的压裂较为适应。对于埋藏较浅、温度较低的煤层储层,交联冻胶压裂液首先遇到的问题是低温下的破胶和破胶后粘度是否满足要求。但对相对埋藏较深、中温的煤层储层,破胶问题已不显得十分主要,虽然已有实验证实了冻胶压裂液对煤层有一定的污染,但由于其低滤失和高携砂性能造成了一条高导流能力的长裂缝,从而弥补了液体对煤层的伤害。交联冻胶压裂液的成本在对配方进行调查、优化后,并非如过去人们所想象的那么高。所以在中高温煤层气井中可以考虑使用。在油藏压裂中,清洁压裂液作为一种新型的压裂液体系也逐渐被人们所认可。清洁压裂液是由表面活性分子构成的,它最大的优点是没有残渣。这样对储层的伤害就比其他类型的压裂液要小得多。同时它也象交联冻胶压裂液一样可造成一条高导流能中国石油勘探开发研究院硕士学位论文力的长裂缝,这些优点使得它具有广阔得应用前景。但针对煤层储层来说,情况要复杂得多。由于煤层和油气藏有很大的区别,煤层对压裂液中有机成分的吸附是很明显的,这要求对不同的煤层要进行筛选,同时清洁压裂液的破胶也有一定要求。处理好以上问题,清洁压裂液对煤层气井来说是很适合的一种液体。综上所述,本研究的覆盖面比较宽,从中总结出的认识和规律也是有代表性的。中国石油勘探开发研究院硕士学位论文第二章煤层储层的基本特征煤是一种混合物而不是均一组成的有机化合物,其性质极其的复杂,直到现在人们还没有把煤的化学结构认识清楚。但是,对各种不同煤化程度或者同一煤化程度的煤,在表征各种性质的指标之间,仍有明显的、一定的规律可循。认识它们对选择压裂液中的添加剂用一定的帮助。以下简要介绍其矿物质组成、煤阶、润湿性、孔隙体积、孔隙度、渗透率、表面积、工业分析及镜质体反射率等特性。2.1煤中矿物质的组成成分煤中含有多种矿物质,主要为粘士矿物、硫化物矿物、氧化物矿物和碳酸岩矿物。粘土矿物在煤中分布较广,尤其是陆相沉积的烟煤和无烟煤中这种矿物质的比例最高。煤中常见的粘土矿物有高岭石、水云母、伊利石、蒙脱石和绿泥石等。它们常分散地存在于煤中,多数呈微粒状散布在基质中或充填在细胞腔中。除此,粘士矿物有时还集中成小的透镜体或薄层状。因此,应考虑在压裂过程中,由于外来液体浸入造成粘土膨胀,从而导致对煤层的伤害。通过环境电镜扫描、能谱定量分析以及的矿物组成进行了矿物质的组成分析,其结果分别见表2.1:912.2。表2.1晋城3艨矿物物种类及含量,%石英 钾长石 钠长石 方解石 白云石 菱铁矿 黄铁矿 粘土1 1.5 O.5 1.1 26.22 0.5 0.9 28.53 0.4 O.4 24.74 1.2 O.5 1.7 23.2由粘土的绝对含量看,其占矿物总量的900,6左右,可见晋城3样煤储层中含有大量的粘七,这应对该煤层气井的入井液(钻井液、完井液、洗井液及压裂液等)要严格把关,中国石油勘探开发研究院硕士学位论文尽量减少外来液体浸入煤层储层,从而降低对储层的伤害。表2.2晋城3#煤粘土矿物的相对含量序号 S [/s I K C c/s i/5 47 0 402 37 6l 12 23 403 15 37 8 g 404 25 46 14 15 40从粘土的相对含量看,易膨胀的蒙脱石及易运移的伊利石含量较大,这要求入井液必须具有防膨性能,以减少外来液侵入造成煤储层渗透率的降低。在环境扫描电镜下,可进一步观察到煤基质中裂缝及微孔隙被充填的情况,见图2.1~2.2。图2.1煤基质中微裂缝被填隙物部分充填 图2.2煤岩中孔隙和裂缝被充填物充填由图表可知,晋城3#煤中的矿物组成以粘土矿物为主,基本为90%左右。在粘土矿物中又以伊利石为主,大约为50%,同时还存在较高含量的伊/蒙混层。由此可见3#煤在压裂过程中,压裂液遇煤膨胀的问题相当重要。8中国石油勘探开发研究院硕士学位论文2.2煤阶对于每个煤阶来说,其含气量都有一定的变化范围。但总体上含气量是随着煤阶的增加而增大的。低煤阶的煤,含气量为2.5煤阶的煤,含气量可达31g。在亚烟煤气量增加较快。其主要原因在于处于高煤阶期的煤化作用形成的热成因气比低煤阶期生物成因气要多得多。高煤阶的煤通常能预测到高的含气量。2.3煤的润湿性固体表面一般可以分为高能表面和低能表面两类。高能表面指的是金属及其氧化物、二氧化硅、无机盐等的表面。其表面自由能一般在500m~5000能表面指的是有机固体表面,它们的表匾自由能一般低于m。经试验测得晋城3撑煤的表面自由能为51.m,属于低能表面。由于水的表面张力较高,它一般不在低能表面上自动铺展。如果要使水在低能表面上铺展,最方便的办法就是在水中加入表面活性剂。从固体表面自由能也可以看出,对油气藏而言,它属于高能表面。它对外来液体的表面张力和界面张力不是特别敏感。水的表面张力常温下为72左右,假如某助排剂水溶液的表面张力为25mN/m,相对于岩石500mN/m~5000mN/者会发生一样的润湿情况:面对于50mN/者的润湿情况就大不一样了。从这个角度讲,作为压裂液而言,里面不应该加入助排剂。加入以后,改变了液体和煤的润湿关系,对压裂液的返排反而不利。2.4煤的孔隙体积煤孔隙体积是煤层甲烷储层的重要之一。参数孔隙体积随煤阶而变化,煤阶时孔隙体积大,高煤阶时孔隙体积减小,微孔占主要地位。煤储层里可采的天然气是吸附在微孔系统里的,而裂缝系统为气体运移提供了通道。中国石油勘探开发研究院硕士学位论文2.5煤的孔隙度作为固态胶体的煤,其内部存在着许多孔隙,孔隙体积占煤的总体积的百分数为煤的孔隙度。孔隙度与煤化程度有关:煤化程度低的煤,其孔隙度基本在10%以上;中等煤化程度的煤,其孔隙度最低,约3%;当煤化程度加深孔隙度又出现增加的趋势。孔隙度大小还受成煤条件、煤岩组成等因素的影响,所以.同~煤化程度的煤其孔隙度都有~个波动范围。煤的孔径大小并不是均~的,有微孔,其直径小于20 X 0孔,孔径为20~200其中多数小于0孔,孔的直径大于2000m。各种煤孔的分布有一定的规律:1.褐煤,其大孔占优势,中孔基本没有。2.82%之间的煤,中孔特别发达,空隙总体积主要由中孔和微孔所决定。3.91%的煤微孔占优势,其孔体积占70%以上。中孔一般很少。通过封蜡法,测得晋城3#煤孔隙度的结果见表2.3。表2.3 晋城3#煤孔隙度测试结果序号 孔隙度,% 序号 孔隙度,%1 5.91 6 3.122 4.65 7 3.543 5.21 8 4.794 3.10 9 3.845 4.12 10 4.85由试验结果可知,晋城3#煤孔隙度在3~6%。属中等发育的孔隙。2.6煤的表面积煤是多孔物质,其表面积包括颗粒外表面积和内部孔隙“壁”两部分。对于具有微孔结构的物质来说,表面积与孔隙体积之比率很大,能够吸附大量物质,所以,微10中国石油勘探开发研究院硕士学位论文孔及其发育的煤能吸附大量气体。煤的表面积主要是内部孔隙“壁”,外表面积占的比例很小。煤的表面积大小不仅对了解煤的生成过程和煤的微观结构是重要的,而且与煤的吸附密切相关,因此,它是重要的物理性质之一。随着煤化程度的变化,煤的比表面积具有一定的变化规律。即煤化程度低的煤和煤化程度高的煤其比表面积大,而中等煤化程度的煤比表面积小。2.7煤的渗透率渗透率是煤层气开发中关键的因素之一。由于煤层结构、组成等方面的特殊性,使得实验室对煤层渗透率的准确测试较困难,精确的测试只有来源于钻井的生产测试。煤的渗透率通常分为相对渗透率和绝对渗透率。煤基质对气和水基本是不渗透的。因此裂隙网络系统是气体主要疏导途径。990),煤的基质孔隙即使有,也对流体流动状态影响很小。.E.(1993)指出,煤中主要的流通通道是裂隙网络系统,煤基质的渗透性实际是不存在的。般都小于0.01×104 u 的裂隙网络均较发育,其各向异性比较明显,平行面裂隙网络方向的渗透率一般最大。通常煤层气井的压裂是指的将裂隙网络沟通。煤层渗透率与煤层埋深有着良好的关系相关关系。随着埋深得增加,渗透率降低。除深度对渗透率有影响外,地质构造也是增大渗透率的主要因素。通过对晋城3#煤钻取煤芯,测得其渗透率见表2.4。表2.4晋城3#煤渗透率测试结果序号 渗透率,104u 号 渗透率,104p .038 6 0.0222 0.045 7 0.0773 O.012 8 0.544 0.012 g 0.0245 0.026 10 0.084中国石油勘探开发研究院硕士学位论文由试验结果可知,渗透率普遍较低。从样品可观察到,渗透率较高时,其裂缝较发育,如山西某矿1l#煤,它属于高渗煤藏;渗透率较低时,其裂缝发育不好;如晋城3#煤,它属低渗煤藏。2.8储层煤祥工业分析及镜质体反射率目前普遍认为镜质组反射率(反映煤化程度最理想的指标,并把它作为煤分类方案中主要分类指标之一。晋城3#煤的镜质组反射率为3.29,属无烟煤111。煤的工业分析是煤的水分、灰分、挥发分和固定碳四个分析项目的总称。煤层水分是反映煤岩储集性的关键参数。煤层中的水分有束缚水和自由水两种类型,束缚水随煤化程度的升高而降低,自由水与地表条件有关,它是外来水的产物,沿煤层出露区地表水侧向补给煤层而形成局部富水带。一方面煤中水分含量越高,储集游离气的空间就越小,另一方面煤中水分越高,储集性能就越好,更有利于形成承压水封堵型煤层气藏。煤的挥发分是反映煤化程度的重要指标之一,煤岩挥发分愈低,煤化程度就愈高。其中灰分含量的高低,可反映煤中矿物质的含量。晋城3#煤的工业分析结果为水分2.1%、灰分16.0205及5.27%挥发分。由灰分结果可预见,晋城3#煤的粘土含量有较高的可能。通过以上试验,对晋城3#煤储层物性有了基本的认识:1.其储层为低渗中孔的低压储藏,属无烟煤111。2.矿物含量占25%左右,其中尤以粘土矿物为主,大约占矿物总量的90%。粘士矿物中以伊/蒙混层和伊利石为主,分别占到粘土矿物的25%芹1350%左右。鉴于上述试验,对于低渗中孔低压的晋城无烟煤3#煤储层,在压裂液配方体系研究中,首先应考虑压裂液对煤层的伤害,尤其是针对低渗储层。在实施压裂时,压裂液添加剂中的防膨剂及表面活性剂的优选相当重要,因为该煤储层粘土绝对含量高,蒙脱石及伊利石的相对含量也高,且属低渗储层,粘土的膨胀与运移都会使渗透率急剧降低:同时,高分子表活剂的加入势必改善液体与煤的润湿吸附特性,使得液体吸附在煤固体表中国石油勘探开发研究院硕士学位论文面,导致孔道堵塞。由此,压裂液添加剂的优选及配方筛选应结合煤储层的物性,以使得压裂液侵入煤层后,尽可能的降低对煤层储层的伤害。中国石油勘探开发研究院硕士学位论文3.1试验设备第三章试验设备及方法德国国动态滤失仪;美国静态滤失仪:德[虱温高压膨胀仪;美国环境扫描电镜;美国激光粒度分析仪:表面一孔分布仪;电子天平;离心机;数显温控烘箱;美国国细管粘度计;恒温水浴。3.2主要试验方法3.2.1表/界面张力测定试验将配制好的液体倒在样品杯中,通过K】2全自动张力仪(德国利用.2.2煤粉吸附试验将煤芯粉碎,取80~120目的煤粉,用配制好的表面活性剂溶液浸泡4小时,测清液的表界面张力。3.2.3煤芯片吸附试验将煤块切割成规格为15附物(液体)使用自来水、压裂液破胶液或单一添加剂的水溶液。用特制的夹子将煤片固定好,将一定量的液体置于样品杯中,利用国通过定其吸附速率和接触角。3.2.4煤粉膨胀试验称取一定量的煤粉,其规格为80~120目,置于压力机压模内,在~定的压力下,制成煤样。将压制好的煤样(同压模一起)装入2型泥页岩膨胀仪(无锡产),倒入试验液体,与煤样端面接触,立即开动记录仪,此时由位移传感器感应出煤样轴向的位移信号,经膨胀仪主机测得的膨胀量产生的位移信号转化为电信号,记录仪便可连续描绘出14中国石油勘探开发研究院硕士学位论文煤样随时间的膨胀量。3.2.5动态伤害试验压裂液动态滤失伤害仪是从美国引进的压裂液流体实验室的主要设备之一。由美在室内简单模拟压裂施工过程,压裂液流经100多米的管路进行剪切。该装置从流动通道设置,阀门开关,加热器升温,泵排量改变以及计量,数据采集及处理全部计算机化,自动化程度和精密度较高。系统试验温度可达150℃,围压15流泵排量O~压12 以测定压裂液对储层的动态伤害和滤失性能。取80~120目的煤粉409(在105。装入胶筒中,在一定的压力下制成煤芯柱待实验。将充填好的动态滤失仪胶筒安装在动态滤失仪(美国测其通过标准盐水的渗透率:再将待测液(活性水、线性胶、冻胶压裂液以及清洁压裂液)反向注入模型直至2闭模型数小时;然后再注入标准盐水,测其渗透率,直至渗透率平稳。试验在室温下进行。3.2.6耐温耐剪切及流变试验将配制好的压裂液装入国转粘度计中,在选定的时间及温度条件下测其耐混耐剪切及流变性能。3.2.7静态滤失试验将一定量的压裂液装入静态滤失仪(美国,待温度升到实验温度后,分别记录0、1、4、9、16、25、36其作图并计算滤失系数和初滤失量。3.2.8破胶试验在选定的破胶时间及温度下,用水浴锅进行破胶试验,用毛细管粘度计测破胶液粘度。主里互塑墅堡茎垄婴塑堕堡主兰垡笙茎 一3。2.9残渣试验将破胶液进行离心,取沉淀物进行恒重试验,计算残渣。16中国石油勘探开发研究院硕士学位论文第四章活性水压裂液的优选为了使煤层气井用压裂液能更适合煤储层的特性,对压裂液中各添加剂的优选变得尤为重要。首先应尽可能减少有机物的加入,活性水压裂液是重要选择之~。由于煤是多孔物质,比表面积大,压裂液对煤基质的伤害主要是由于煤基质对液体吸附而引起的,所以在压裂液添加剂的优选时,不仅要考虑各添加剂的性能,还要研究添加剂水溶液与煤基质的吸附润湿特性、膨胀特性,伤害性能。4.1对配液用水的要求配制压裂液所需的水质应清洁透明,与压裂液用稠化剂可交联。对配液用水进行了常规分析,其结果见表4.1。表4.1配液用水水质的常规分析水中各离子的浓度, 总矿化项目 度,K+ 042一 H。现场水 9 60 15 12 42 202 O 0 330现场水的水型为城现场配制压裂液用水的各项指标基本满足要求。4.2表蔼活性剂水溶液的表/界面张力和吸附性能活性水作为煤层压裂液,在我国己进行了多次煤层气的开发实验。其施工排量大,用液最大,加砂量相对较少,但对煤层的污染较小。针对以往活性水压裂液特点,重点对返排性能进行调整,并认为在较低温度(小于30。C)及压裂工艺所要求裂缝较短的情况下使用活性水压裂液。对上述配方,我们主要考察表面活性剂的性能,与常规油气藏不同的是,在煤层气井压裂中,不单要考查其表、界面张力,尤为重要的是要与储层的煤进行吸附润湿试验,中国石油勘探开发研究院硕士学位论文以确定其是否起到助排作用。因为如果煤储层对它的吸附要是很强的话,那么不但对储层造成膨胀伤害,最重要的是势必会造成压裂液中表面活性剂的有效成分减少,对压裂液的返排不利,达不到助排效果,对储层的伤害会加大。表面活性剂具有在低浓度时能吸附在两种互不相溶的物质表面之间的特性。来降低两种互不相溶的物质(油与水)之间的作用力。使压裂液容易返排且更彻底,以减少对储层的伤害。在煤层气井压裂中,助排剂的选择比油气井中助排剂的选择更重要,这是由于煤储层的特性决定的。因为无论是活性水、线性胶和冻胶压裂液均需加入一定量的助排剂,且对于不同的储层特性,同种助排剂所起的作用差异较大。不同表面活性剂水溶液的表/界面张力测量结果见表4.2;煤粉吸附后的表面活性剂水溶液的表/界面张力测试结果见表4.3~4.4。表4.2不同表面活性剂水溶液的表/界面张力项目 表面张力,mN/m 界面张力,mN/0 0.15 0.20 030 O..15 0.20 05.8 21.4 20.1 18,6 1.82 1.11 O.90 0.78D.50 29|3 29.1 29,4 28.7 6.07 2.39 2.28 1.732.9 32.4 32.1 32.1 3.01 2.56 2.42 1.26 25.2 25.】 25.1 25.1 0.27 O.19 O.15 O.】种表面活性剂均具有较好的表界面张力。单从表界面张力看都能满足工艺设计得要求。但针对煤储层,还得考虑吸附问题。毕竟煤储层和油气藏储层有很大区别。18!鬯互迪墅堡茎垄堑壅堕塑主堂垡堡塞表4.3晋城3科某粉吸附后不同表面活性剂水溶液的表/界面张力项目 表面张力,mN/m 界面张力,ⅢN/Ⅲ\表活荆浓,%\表活}队 O.10 0.15 0.20 O.30 0.10 0.15 0.20 0.30\类型 \\8.3 24.8 22.6 20,1 3.46 1.91 1.12 0.996.6 31.4 30.6 28.9 8.12 4.30 2.98 2.232. 3 58.7 50.2 46.3 8.44 5.76 4.31 2.32 3L 9 28.3 25.2 25,9 2.79 2.43 2.18 1.34表4,4山西某矿11#煤粉吸附后不同表面活性剂水溶液的表/界面张力项目 表面张力,mN/m 界面张力,mN/m、衷活剂浓度% ,\表活狄O.10 D.15 0.20 0.30 0.10 0.15 0.20 O.30\类型 \\0 27.4 23.8 22.4 19,3 2,92 2.74 1|94 1.436.8 33.3 31.0 31.2 7.88 4.33 3.56 2.123.1 37.6 35.3 33.7 5.09 3.98 2.93 2.242.9 27.8 25.5 25.2 2.99 2.43 1.82 1.37从上面的数据可以看出,用晋城3#煤粉和山西某矿11#煤粉浸泡后使得四种表面活性剂水溶液的表界面张力都有不同程度的升高,说明两种煤粉对它们有不同程度的吸附。其中,两种煤粉对对的吸附量相对来讲要小得多,它的水溶液表界面张力变化不是很大,从这一点来讲,表面活性剂层。4.3表面活性剂水溶液的润湿吸附性能中国石油勘探开发研究院硕士学位论文在煤层气的开发过程中,压裂是~种重要的作业方式。煤对压裂液的吸附作用将导致煤层孔隙度的降低,对煤层造成污染,并影响煤层气的开发。因此评价压裂液对煤层的吸附性能,定量描述煤对压裂液的吸附作用对研究压裂液对煤层的伤害,对开发煤层气资源将会有~定的指导作用。固体常能或多或少的把周围介质内的分子、原子或离子吸附到自己的表面上,这是因为处在固体表面上的质点,受到相内质点的拉力,所处的力场是不平衡的,具有过剩的能量,即表面自由能。这些不平衡力场由于吸附作用可得到某种程度的补偿,从而使固体的表面自由能降低。所以,在一定的温度和压力下。固体表面可自动地吸附那些能降低其表面自由能的物质。按吸附作用力性质的不同,可将吸附分为物理吸附和化学吸附两种类型。煤对液体的吸附包括物理吸附和化学吸附两种吸附形式。产生物理吸附的作用力是分子间引力,即范德华力。由于分子间引力普遍存在于吸附剂和吸附质之间,所以一种吸附剂可吸附许多不同种类的吸附质,使物理吸附一般没有选择性。但随吸附剂和吸附质的种类不同,分子间的吸引力大小各异,因此吸附量可因物系不同而相差很多。物理吸附不但可以在表面上吸附一层分子,也可以形成多分子层。产生化学吸附的作用力是化学键力。在化学吸附的过程中,可以发生电子的转移、电子的重排、化学键的形成与破坏等过程。此类吸附有明显的选择性,即某一种吸附剂
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:煤层气井用压裂液配方优选
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-49454.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开