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粘弹性清洁压裂液的性能评价与应用-余海棠

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压裂设计 分段压裂 修井监督 压裂施工设计 压裂方案设计
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第 42 卷第 9 期2013 年 9 月应 用 化 工2 013收稿日期 : 2013改稿日期 : 2013 余海棠 ( 1980 - ) , 男 ( 土家族 ) , 湖北宜昌人 , 延长油田股份有限公司工程师 , 硕士 , 从事钻井采油工艺的研究工作 。电话 : 0911 -8018131, E - 63. 刘彦锋2, 王迪东1, 许亮1, 曹晶1( 1. 延长油田股份有限公司 , 陕西 延安 716000;2. 陕西省石油化工研究设计院 , 陕西 西安 710054)摘 要 : 采用一种长链脂肪酸季铵盐类阳离子表面活性剂配制成粘弹性清洁压裂液 , 室内性能评价结果表明 , 该压裂液的最佳使用浓度为 1.5% ~2.0%; 60 ℃时静态滤失系数为 3.15 ×10-4m/; 静态悬砂速度为 0.25 mm/s,常温下与原油混合可迅速破胶 ; 具有良好的耐温性能 ( 65 ℃) 、稳定性和抗剪切性能 , 与地层水配伍性良好 ; 岩心伤害率 9.9% ~10.3%, 比瓜胶压裂液下降了 65%。在同类井况条件下 , 粘弹性清洁压裂液和瓜胶压裂液现场应用对比实验结果表明 , 该清洁压裂液在增油效果上具有一定优势 , 推广应用前景良好 。关键词 : 清洁压裂液 ; 粘弹性表面活性剂 ; 性能评价 ; 现场应用中图分类号 : 9; 57.1+2 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 -3206( 2013) 09 -1641 -03of 1. o. , , 16000, . Xi’10054, is of In .5% ~2. 0%, . 15 ×10-4m/0 ℃, .25 mm/s. At be of 65 ℃) , .9% ~10.3%5% in in a ey 渗透率低 , 水力压裂改造已成为最主要的增产措施 。压裂液的好坏对压裂增产起着关键作用 , 常规压裂液主要采用改性的羟丙基瓜胶压裂液 , 但始终存在着水不溶物和破胶不彻底现象 , 不可避免地带来储层伤害[ 1]。粘弹性清洁压裂液由小分子表面活性剂在一定溶液介质中相互缔合形成的网络结构凝胶体系 , 具有不用交联剂和破胶剂 、配制简便 、携砂能力强 、破胶彻底 、无残渣 、返排彻底等优点 , 对岩石裂缝无伤害[ 2]。鉴于此 , 延长油田引进一种新型粘弹性清洁压裂液进行现场应用 , 效果良好 。1 实验部分1.1 材料与仪器长链脂肪酸季铵盐类阳离子表面活性剂 、羟丙基胍尔胶 、为工业级 ; 十二烷基磺酸钠 , 分析应用化工 第 42 卷纯 ; 降滤失剂 、破胶剂均为自制 。恒温水浴锅 ; 速搅拌器 ; 旋转粘度计 。1.2 压裂液体系的制备该压裂液由增稠剂 ( 长链脂肪酸季铵盐类阳离子表面活性剂 ) 、活剂 ( 十二烷基磺酸钠 ) 和降滤失剂混合而成 。在 液中加入一定量的增稠剂 , 搅拌 5 右 , 然后加入少量的激活剂和降滤失剂 。1.3 性能评价按照 107—2005《水基压裂液性能评价方法 》对清洁压裂液的滤失性 、悬砂性 、破胶性能 、耐温性能 、抗剪切性能 、稳定性 、配伍性和岩心伤害等常规性能进行室内评价 , 技 术 指 标 参 照 6376—2008《压裂液通用技术条件 》。通过现场的实际应用情况评价该清洁压裂液体系的各项基本性能 。2 结果与讨论2.1 增稠剂浓度的确定在 30, 60 ℃条件下逐步加大增稠剂的用量 , 测定不同增稠剂浓度下压裂液的粘度 , 结果见图 1。图 1 增稠剂浓度对压裂液粘度的影响 of of of  可知 , 随着增稠剂浓度的增加 , 压裂液体系的粘度随着升高 , 在增稠剂浓度达到 1. 5% 以后 ,再增加浓度 , 对压裂液粘度的影响不大 。为节省成本 , 现场使用时增稠剂浓度一般为 1.5% ~2.0%。2.2 滤失性测定在 60 ℃下测定 1. 5% 粘弹性清洁压裂液静态滤失系数为 3. 15 ×10-4m/, 而在压裂施工过程中一般要求携砂液的综合滤失系数 ≤1 ×10-3m/[ 3], 因此该压裂液基本满足现场要求 ,可配合降滤失剂使用 。2.3 悬砂性测定将浓度 1.5%粘弹性清洁压裂液与现场使用的瓜胶压裂液分别装入 100 量筒中 , 常温下加入0.4 ~0.9 英砂支撑剂 , 测定支撑剂在量筒中沉降所消耗的时间 , 结果见表 1。表 1 压裂液悬砂性能 of ( mm·s-1)测定 1 测定 2 测定 3 测定 4 测定 5 平均值清洁压裂液 0.26 0.25 0.23 0.27 0.24 0.25瓜胶压裂液 0.20 0.23 0.21 0.22 0.21 0.21由表 1 可知 , 该清洁压裂液平均悬砂速度为0.25 mm/s, 瓜胶压裂液平均悬砂速度为 0.21 mm/s,清洁压裂液与瓜胶压裂液悬砂性能相当 , 满足现场施工要求 。2.4 破胶性能测定在常温下 ( 25 ℃) , 分别测定了清洁压裂液与原油接触和采用地层水稀释的破胶性能 。将压裂液与原油以体积比混配成混合液 , 记录表观粘度降至5 体积比分别为 20∶1, 10∶1, 5∶1 时 ,破胶时间分别为 4, 3, 2. 5 h。说明原油对该清洁压裂液的破胶性能良好 , 混合液中原油比例越大 , 破胶时间越短 。将压裂液用地层水 ( 长 4 +5、长 6 地层水 ) 稀释4 倍 , 常温下 ( 25 ℃) 12 h 后破胶液粘度仍高于5 s。因此 , 在实际应用中 , 为提高破胶效果 ,在前置液和顶替液中添加一定量的破胶剂和助排剂 。2.5 耐温性能测定取清洁压裂液置于粘度计样品杯中 , 对样品进行加热 , 同时控制转子以 170 s-1转动 , 逐步升高温度 , 记录其表观粘度 , 结果见表 2。表 2 粘弹性清洁压裂液耐温性能 of ℃ 表观粘度 /2.0640 60.6250 57.1860 55.1265 48.25由表 2 可知 , 当温度升至 65 ℃ 时 , 表观粘度2461第 9 期 余海棠等 : 粘弹性清洁压裂液的性能评价与应用<50 s, 该清洁压裂液的耐温能力为 65 ℃, 满足延长油田的施工要求 ( 地层温度一般在 60 ℃ 以内 ) 。2.6 抗剪切性能测定在 50 ℃, 转速 170 s-1条件下 , 测定该清洁压裂液抗剪切性能 , 记录 60 压裂液体系的粘度 ,每间隔 10 录 1 次 , 结果见图 2。图 2 粘弹性清洁压裂液抗剪切性能 of  可知 , 压裂液的粘度维持在 56. 25 ~58.52 s 之间 , 粘度变化不大 , 性能稳定 , 说明该压裂液具有很好的抗剪切性能 。2.7 岩心伤害测定常温下 , 按照正向挤煤油 →反向挤破胶液 →正向挤煤油的实验程序 , 对 1. 5% 清洁压裂液和瓜胶压裂液破胶液进行了岩心伤害对比评价实验 , 结果见表 3。表 3 岩心伤害实验数据 of of 裂液种类 渗透率k1/透率 k2/%长 4 +5清洁压裂液瓜胶压裂液0.710.730.640.519.930.1长 6清洁压裂液瓜胶压裂液0.800.820.710.5611.331.7由表 3 可知 , 清洁压裂液对长 4 + 5、长 6 储层岩心伤害率小 , 比瓜胶压裂液分别下降了 67. 1% 和64.3%。可见 , 清洁压裂液可明显降低压裂时对地层的伤害 , 该优势在低渗透储层更为突出[ 4]。2.8 稳定性和配伍性测定在常温下将配制好的清洁压裂液放置 7 d, 每天测量 2 次粘度 。在放置期内压裂液表观粘度几乎无任何变化 , 具有良好的稳定性 。在 25, 45℃ 条件下 , 将该清洁压裂液破胶液分别与延长组长 4 +5、长 6 地层水混合 , 无沉淀 、无絮凝 , 与地层水配伍性良好 。2.9 应用效果2012 年 , 使用该清洁压裂液施工百余口井 。为了验证清洁压裂液的使用效果 , 选取储层物性 、生产历史 、当前产量相近的丛式井组 , 分别采用清洁压裂液和瓜胶压裂液进行压裂施工 。从加砂量 、平均砂比等施工参数及增油效果 ( 施工后 90 d 增油量 ) 方面进行了对比分析 , 结果见表 4。表 4 粘弹性清洁压裂液现场应用效果 of 号 层位 压裂液种类 加砂量 /( m3·) 平均砂比 /% 日产液 /长 2瓜胶压裂液清洁压裂液660.80.820.918.510.28.2122147井组 2长 6瓜胶压裂液清洁压裂液20201.61.633.131.32.34.4144165井组 3长 9瓜胶压裂液清洁压裂液30302.52.527.330.54.35.1121162由表 4 可知 , 采用清洁压裂液压裂的井在平均砂比和日产液上与采用瓜胶压裂液压裂的井相当 ,但在增油量上具有一定的优势 , 这是因为清洁压裂液具有的低残渣 、低滤失 、低伤害等优点 。采用清洁压裂液压裂的井返排周期短 , 破胶彻底 , 施工顺利 ,满足现场施工需求 , 现场应用效果明显 。3 结论( 1) 该清洁压裂液具有组成简单 , 配制容易 , 地层伤害小 , 返排彻底 、处理后油井增产效果明显等优点 。( 2) 通过室内实验系统评价了该清洁压裂液的滤失性 、悬砂性 、破胶性能 、耐温性能 、抗剪切性能 、岩心伤害率 、稳定性和配伍性 , 各项性能达标 。( 3) 该清洁压裂液采用地层水稀释的破胶效果有限 , 使用时在前置液和顶替液中添加适当的烃类破胶剂 。( 下转第 1647 页 )3461第 9 期 孙海林等 : 一种新型有机硼交联剂与硼砂交联剂的对比表 5 两种压裂液在 80 ℃下的破胶性能 of 0 ℃交联剂破胶时间/ -1)有机硼交联剂 27 4.1 320硼砂 92 3.3 340由表 5 可知 , 硼砂为交联剂时 , 破胶时间和破胶液粘度明显低于有机硼交联剂 联的瓜胶压裂液 , 但其残渣量较高 。压裂液冻胶在 80 ℃下加入破胶剂后 , 均能在 1 ~ 2 h 彻底破胶 , 破胶液外观清澈透明 、黏度较低 ( <5 s, 达到水基压裂液标准 ) 、肉眼看不到明显的压裂液残渣 。但采用硼砂为交联剂的压裂液破胶时间短 , 较易破胶 , 因此在应用时可根据不同井深采用相应交联剂 。3 结论( 1) 使用有机硼交联剂 压裂液冻胶粘度及交联时间均高于硼砂压裂液冻胶 , 该有机硼交联剂具有一定的延迟性 。( 2) 在 120 ℃、170 s-1的条件下剪切 1 h, 两种交联剂的压裂液冻胶粘度均在 100 s 以上 , 满足施工要求 , 而有机硼 为交联剂时 , 剪切1 23. 67 s, 高于硼砂交联的压裂液 100 s 左右 , 显示出了良好的抗温 、抗剪切性能 。( 3) 使用两种硼交联剂的压裂液滤失系数均小于 1 ×10-3m/, 完全满足压裂施工的要求 , 且有机硼交联剂 联的压裂液滤失系数明显低于硼砂作为交联剂时的滤失系数 , 说明该压裂液滤失量较低 , 具有较强的造缝能力 。( 4) 两种压裂液冻胶均能在 1 ~2 h 彻底破胶 ,且破胶液粘度均低于 5 s, 但采用有机硼 为交联剂的压裂液冻胶所需破胶时间较长 , 为127 加之其交联延时性 、良好的抗温抗剪切性能以及滤失性 , 说明其比硼砂交联剂更适用于温度较高 、井深较大 ( 3 000 ~4 000 m) 的油气井 。参考文献 :[ 1] 陈馥 , 闫醒 , 钟林 , 等 . 有机硼交联 裂液超低温破胶剂室内研究 [ J] . 西南石油学院院报 , 1999, 21( 2) : 74 2] 郭建春 , 王世彬 , 伍林 . 超高温改性瓜胶压裂液性能研究与应用 [ J] . 油田化学 , 2011, 28( 2) : 201 3] 国家发展和改革委员会 .  5107—2005 水基压裂液性能评价方法 [ S] . 北京 : 石油工业出版社 , 2005.[ 4] 陈大钧 , 陈馥 , 李建波 , 等 . 油气田应用化学 [ M] . 北京 : 石油工业出版社 , 2006: 115 5] 鄢捷年 . 钻井液工艺学 [ M] . 东营 : 中国石油大学出版社 , 2001: 57 6] 李小凡 , 刘贺 , 江安 , 等 . 超高温有机硼交联剂的研究与应用 [ J] . 油田化学 , 2012, 29( 1) : 80 7] 任占春 , 张文胜 , 秦利平 . 机硼交联剂研究及应用 [ J] . 断块油气田 , 1997, 4( 1) : 60 上接第 1643 页 )( 4) 现场应用结果表明 , 在同类井况条件下 , 粘弹性清洁压裂液在增油效果上较瓜胶压裂液具有一定优势 , 推广应用前景良好 。参考文献 :[ 1] 陈馥 , 王安培 , 李凤霞 , 等 . 国外清洁压裂液的研究进展[ J] . 西南石油学院学报 , 2002, 24( 5) : 66.[ 2] 王维明 . 洁压裂液性能试验与应用 [ J] . 煤田地质与勘探 , 2010, 38( 3) : 24 3] 陈大钧 . 油气田应用化学 [ M] . 北京 : 石油工业出版社 ,2006: 118.[ 4] 刘彦锋 , 郭学辉 , 张颖 , 等 . 洁压裂液的研制及应用 [ J] . 应用化工 , 2012, 41( 10) : 1777敬的作者 :您好 , 为了进一步提高 《应用化工 》期刊的质量和服务水平 , 更好地为科研生产服务 , 希望您和您的同事 、学生 、朋友为我刊投稿 , 并提出宝贵意见和建议 , 共同把 《应用化工 》办成精品期刊 。网上投稿系统 :

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