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页岩气储层低阻高抑制性携砂液添加剂的优选-论文_图文

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页岩 气储层低阻高 抑制 性携砂液 添加剂 优选 论文 图文
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2015年第7期 西部探矿工程 67 页岩气储层低阻高抑制性携砂液添加剂的优选 吕秋香士鹤 ,林 潇 。,杨传坤 ,周 俊1,2,曹 函 。 (1.中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室,湖南长沙410083; 2.中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083) 摘要:根据目前页岩储层水力压裂改造需要,开展了低阻、高抑制性携砂液室内试验研究。通过大 量的室内试验,对携砂液体系中的主要添加剂进行了筛选,并确定了携砂液各添加剂的最佳浓度:通 过对2种低阻携砂剂的粘度和表面张力进行测试,优选出最佳低阻携砂剂其最佳低阻携砂 浓度为0.08%;通过对3种表面活性剂的表面张力及其对携砂液粘度的影响进行评价,确定了最优表 面活性剂4%;通过对3种抑制剂的抑制性能进行评价,优选出了最佳抑制剂 %。最后确定了适用于页岩气储层的低阻、高抑制性携砂液配方。 关键词:页岩气储层;携砂液;携砂液添加剂;抑制剂;膨胀量 中图分类号:文献标识码:004—5716(2015)07—0067—04 页岩气储层具有低孔、低渗的特点,勘探开发难度 较大,大多数页岩气井需要压裂改造才能获得比较理 想的产量,而页岩气藏携砂液是页岩气藏实施压裂增 产的关键,是页岩气高效增产的核心技术。由于页岩 储层的特殊性和压裂改造的新要求,国内外页岩储层 压裂用的携砂液主要分为3种类型[1]:植物胶交联携砂 液体系、线性胶携砂液体系、滑溜水携砂液体系,这些 携砂液体系在某种程度上提高了储层的产量,但大量 的现场试验和应用也充分暴露了现有各种携砂液的缺 点。植物胶交联携砂液体系携砂能力强,液体滤失小, 容易造缝;但成本高,施工摩阻较高。线性胶携砂液体 系携砂能力较强,液体滤失较小,摩阻较低,同时也存 在成本较高、残渣较高等不足 。滑溜水携砂液体系配 制简便,成本低,无残渣,返排快;但滤失大,携砂能力 差。因此,针对目前页岩储层携砂液所存在的某些问 题,本课题开展了低阻、高抑制性携砂液的研究,以期 能达到减小施工摩阻,减小滤失,提高页岩气储层抑制 性的目的。 1试验 1.1试验试剂与仪器 试剂:高分子聚丙烯酰胺(羧甲基纤维 素钠(羟乙基纤维素(十二烷基硫酸钠 (十二烷基苯磺酸钠(十六烷基三甲基 溴化铵(四甲基氯化铵,氯化铵,氯化钾。仪 器:胀仪,显式高速搅 拌机。 1.2试验方法 试验主要以水基携砂液为研究对象,设计多组不 同成分和比例的携砂液配方(0.08%),通过室内流变性、抑制性能对比试验,逐步筛选出 合适的添加剂成分和比重,最终确定可行的携砂液配 方。 2试验结果与讨论 2.1低阻携砂剂优选 携砂液中的低阻携砂剂用以提高携砂液的粘度, 降低携砂液滤失,悬浮、携带和输送支撑剂。一般的低 阻携砂剂为水溶性高分子聚合物口 ,常用提粘剂有植物 胶及其衍生物、纤维素衍生物、生物聚多糖等。本文选 用纤维素衍生物作为低阻携砂剂,因其具有水不溶物 含量低的优点,且用作提粘剂的纤维素衍生物主要是 纤维素醚阻 ,它一般以胶体形式溶解于水中,溶液的粘 度会随浓度的增加而迅速增加。 纤维素醚的品种又包括羧甲基纤维素钠、改性羧 收稿日期:2014—07—18修回日期:2014—07—23 基金项目:国家自然科学基金(1302124)及中南大学大学生创新训练计划项目 第一作者简介:吕秋香(1993一),女(汉族),湖南邵阳人,中南大学在读本科生,研究方向:非常规能源勘探与开发。 68 西部探矿工程 2015年第7期 甲基纤维素、羟乙基纤维素等。本次试验选用的纤维 素醚为比较常见的羧甲基纤维素钠(羟乙基 纤维素(测试了该2种提粘剂的低阻携砂效 果,即在0.08%别添加0.01%、 O.03%、0.05%、0.08%、0.1%的提粘剂,测试携砂液的粘 度,结果如图1所示。 0.0l(%)0.03(%)0.05(%)0.08(%)0.10(%) 图1携砂液表观粘度和低阻携砂剂用量关系曲线 0.01( 0.03( 0.05( 0.08( 0.10( 图2携砂液塑图1中可以看出,效果,且随着两种试剂的浓度的增加,粘度基本呈上 升趋势,两种试剂按提粘性能分: 图l、图2可以看出,随着观粘度逐 渐增大且增幅较稳定,当1%~ 0.08%时,塑性粘度迅速增大;当8% 以后,塑性粘度趋于稳定;当1%~ 0.08%时,携砂液的表观粘度和塑性粘度都呈递增趋 势;当8%%的时候,随着量的增加,塑性粘度降低,可提高携砂液的携砂能 力。因此,综合考虑,初步选用携砂剂,且8%%。 为了进一步确定几组配方进行了 粘度和表面张力测试,基本配方为0.08%4% 十六烷基三甲基溴化铵+0.06%氯化钾,分别添加 0.08%%试结果如表1所示。从表1可以 看出,随着砂液的表观粘度和塑性 粘度均增大,结构粘度降低,0.08%结构粘度,较低的塑性粘度,因此具有较好的低阻携 砂性能。而3种配方的表面张力相差不大。因此,综合 考虑,0.08%表1携砂液低阻携砂性能 2.2表面活性剂优选 (1)表面活性剂对粘度的影响。表面活性剂的加 入会对携砂液的粘度产生一定的影响,因此,为了研究 低阻性携砂液,在选择表面活性剂时,要考虑其对粘度 的影响。 测试了3种表面活性剂对粘度的影响,测试基方为 0.08%.08%别向基方中添加0.02%、 0.04%、0.06%、0.08%和0.1%的3种表面活性剂,采用六 速旋转粘度计测试其粘度,结果如图3~图4所示。 图3表面活性剂对携砂液表观粘度影响 由网3、图4可知,3种表面活性剂中,出明显的降粘效果。随着,携砂液的表观粘度和塑性粘度呈增大趋势。当 2%~0.04%时,携砂液的表观粘度升 高,随着表观粘度降低, 并趋于平稳;当2%8%时,携砂 液的塑性粘度随着 2015年第7期 西部探矿工程 69 图4表面活性剂对携砂液塑性粘度影响 8%%时,塑性粘度升高。 (2)表面活性剂对表面张力的影响。在携砂液中 加人合适的表面活性剂,可以降低携砂液的表面张力, 提高返排能力 。对于致密页岩气藏,携砂液的滞留会 对储层造成严重的水相圈闭损害,使得表面活性剂的 作用更为重要 6_。在基液(0.08%.08%中加入浓度为0.04%的不同表面活性剂,测定其表面张 力,试验数据见表2。 表2表面活性剂溶液的表面张力 从表2可以看出,表面活性剂,后期浆液返排性能较好。 因此,通过对3种表面活性剂的性能及其对粘度的 影响评价可知,能,且当其浓度为0.04%时,塑性粘度相对其他2种 较低,而结构粘度达到最大值,表明在此浓度下,携砂 液的内部摩擦较小,而携砂能力较强,因此,综合考虑, 选择适宜浓度为0.04%。 2.3抑制剂优选 泥页岩中粘土矿物的水化膨胀和分散运移会堵塞 油气层,降低油气层的渗透率口 ,因此须在携砂液中加 入抑制剂,利用粘土表面化学离子交换的特点,改变粘 土表面的结合离子,从而改变粘土的物化性质或破坏 其离子交换能力,达到防止粘土膨胀运移损害油气田 的效果。 本文使用氯化钾、氯化铵和四甲基氯化铵对岩样的抑制效果 进行评价,试验采用的基本配方为0.08%0.08%.04%别向基液中添加0.04%抑 制剂,使用页岩膨胀仪测定岩样的膨胀高度(每 30果如图5所示。 0 60 120 18O 24O 300 360 420 480 540 膨胀时间(图5不同抑制剂性能 由图5可知,岩样遇水具有一定的膨胀性,3种抑 制剂的抑制效果由高到低依次为:氯化钾、四甲基氯化 铵、氯化铵,因此,初步选用为进一步确定抑制剂配方 0.08%.08%.04%加不同浓度的测量其膨胀高度,由图6可知, 当%的时候,膨胀量最小,即浓度下,抑制效果最佳,因此,抑制剂为0.1%。 曹 当 狳 。 8 虽墨虽暑 昙量暑黑景晷孽莩景景 膨胀时间(图6 结论 (1)通过对2种低阻携砂剂的减阻携砂效果及表面 张力性能的评价,确定携砂液的低阻携砂剂为5 0 5 0 5 O 5 O 3 3 2 2 l 1 O — O 5 O 5 O 5 0 3 3 2 2 1 1 O 70 西部探矿工程 2015年第7期 且适宜添加量为0.08%; (2)通过对3种表面活性剂表面张力及其对携砂液 粘度影响的研究,优选出最佳表面活性剂为 最佳浓度为0.04%; (3)通过对3种抑制剂作用下页岩膨胀抑制性能的 评价,优选出最佳抑制剂为确定了最佳抑制剂 浓度为0.1%; (4)通过优化配方得出低阻高抑制性调整型携砂 液配方:0.08%.08%.04%0.1%能够改善页岩气储层中携砂液输送支撑剂 的性能要求。 参考文献: [1】卢拥军,邱晓惠,王海燕,翟文,舒玉华.新型滑}留水压裂液的 研制与应用 流变学进展,2012. [2]王小朵,赵文,李建山,等.线性胶压裂液体系适应性探讨及 现场试验效果分析渗透油气田,2004,9(2):32[3】景步宏,虞建业.耐高温低摩阻低伤害压裂液的研究艺,2010,33(3):101【4]侯晓晖,王煦,等.水基压裂液聚合物增稠剂的应用状况及展 望西南石油学院学报,2004,26(5):61—62. [5]俞绍诚,等.水力压裂技术手册[油工业出版社,2010: 22[6】张凤东.康毅力.杨宇,等.致密气藏开发过程水相圈闭损害机 理及防治研究进展【然气地球学,2007,18(3):458[7]蒋官澄,许伟星,等.减阻水压裂液体系添加剂的优选【 井液与完井液,2013.30(2):70—72. (上接第66页) 利用孔渗分析资料,对研究区块的砂岩作了物性 与含气性关系图(图1、图3),可以明显看出储层的物性 越好,其含油气性越好,符合一般规律。 2.4电性与含气性的关系 储层岩性纯、物性好时,具有低自然伽马、低密度、 高声波、自然电位负异常的电性特征。含气时,具有高 阻正差异、低中子的特征,中子、声波、密度等孔隙重叠 时,可表现出显著的天然气。 2.5四性关系分析 电性和岩性关系 :以自然伽马与自然电位曲线为 基础,同时结合其他测井信息,能够较好地区分储层与 非储层。细砂岩相对泥岩层自然伽马较低,粉砂岩相 对细砂岩自然伽马稍高。储层声波时差为中一高值, 自然电位表现为较为明显的负异常,井径一般较规则, 随泥质含量的t.~然伽马增大,自然电位负异常幅 度减小。 电性和物性关系:通过对研究区块的相关分析可 知,岩芯孔隙度和声波时差具有较好的相关性,随着声 波的增大,岩芯孔隙度也相应的增大。 四性关系显示:油气聚集对岩性、物性有一定的选 择性,油气聚集在电性上有一定的反映。电性特征是 岩性、物性、含气性的综合反映 ]。 3实例分析 以伽马、 高孔隙度、高电阻率的试产能 14.3224~10 a,伽马略高、孔隙度略低、高电阻率的 产量较显降低,体现了岩性、物性对含气性的影响。砂岩层 的高电阻率,低自然伽马(高伽马除外)、声波高值和自 然电位负异常是好气层的重要标志。 4结论 (1)马井什邡地区蓬二气藏获工业产能的储层岩 性主要为细砂岩,少量粉砂岩和中砂岩。细砂岩为其 储层的有利岩性。 (2)含气储层测井响应基本特征为“三低两高一正 一负”,即低自然伽马、低中子、低密度、高电阻率、高声 波、双侧向/微球电阻率正差异、自然电位负异常。 (3)高电阻率、低自然伽马、高声波和自然电位负 异常是好气层的重要标志。 (4)四性关系显示:油气聚集对岩性、物性有一定 的选择性,油气聚集在电性上有一定的反映。电性特 征是岩性、物性、含气性的综合反映。 参考文献: 【1]吴涛,等.玛北油田三叠系百口泉组储层四性关系研究[石油大学学报,2012,34(6):47—51. [2]王志文,等.2012年度储量计算与储量评估测井研究【R].中 国石化西南石油局测井公司,2012:13—22. [3】王亮国,等.成都气田马井什邡区块蓬二气藏新增天然气探 明储量报告[国石油化工股份有限公司西南油气分公 司,29—42. 【4]王志文,等.2R].中国石化西南石油局测井公司,24—23. [5】孟展,等.杨旗地区长6油层组储层四性关系研究地下水, 25109
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