生物柴油基减阻剂研制及滑溜水压裂液体系构建

为了解决常规白油基滑溜水体系在运输过程中容易分层以及减阻剂溶解太慢、对环境污染大等问题,首先通过测试不同相对分子质量及水解度的减阻剂F1~F6的溶解性和增黏性能优选了减阻剂F4;通过对稠化剂、分散剂及固液比筛选,研制了配方为34.0%生物柴油+3.0%稠化剂F-120+3.0%分散剂S-85+60.0%减阻剂F4的生物柴油基悬浮减阻剂,并将生物柴油基悬浮减阻剂与助排剂、防膨剂构建变黏滑溜水压裂液体系。实验结果表明,减阻剂F4在180℃下恒温剪切2 h后的表观黏度保留率为33.0%,热稳定性较好;变黏滑溜水压裂液具有良好的抗剪切能力和抗温性能,在剪切速率为170 s^(-1)下长期剪切后,常温下黏度保留率均可达90%以上,90℃下黏度保留率均达50%以上,其中高黏滑溜水压裂液黏度保留率可高达70%以上,低黏滑溜水压裂液的减阻率可达70%以上;高黏滑溜水压裂液的携砂性能比低、中黏滑溜水压裂液的高,且沉降速率最低,为0.005272 m/min。变黏滑溜水压裂液破胶后表面张力均小于27 m N/m,与煤油间的界面张力均小于2.0 mN/m,破胶液黏度均小于5.0mPa·s,且残渣含量均小于50 mg/L,满足标准要求。

致密油Ⅱ类储层低粘滑溜水携细砂技术研究

致密油Ⅱ类储层是外围油田持续稳产的接替领域和坚实储量基础,目前,Ⅱ类储层探明未动用储量1.4×10^(8)t,“十四五”期间预计新增1.0×10^(8)t。近两年,致密油区块Ⅱ类储层平均占比增至60%,致密油直井区块压后投产效果差异比较大,部分井未达到设计产量,以Ⅱ类层为主的直井未达到设计产量占比62%,提产效果差,达不到效益开发要求。主要阐述开展一体化低粘滑溜水携小粒径支撑剂工艺技术,使Ⅱ储层实现效益开发。经树A、高B和芳C三个区块进行现场试验,证实了应用该项复合工艺,可以对Ⅱ类储层进行有效改造,为该类储层压裂提供借鉴经验。

一体化变黏滑溜水在江苏油田的应用

通过对减阻剂浓度、防膨剂浓度和助排剂浓度的优化研究,形成非交联体系中高黏滑溜水配方为0.10%~0.30%减阻剂+0.20%防膨剂+0.10%助排剂和低黏滑溜水配方为0.08%~0.10%减阻剂+0.10%防膨剂。此外对低中高黏滑溜水进行了携砂、降阻、破胶、岩心伤害性能系统性评价,并在X平台三口致密油井和HZ区块五口页岩油井进行了现场试验,应用效果良好。

滑溜水压裂液用聚合物特性分析

页岩气开发需要体积压裂开采,与瓜尔胶体系相比,滑溜水压裂液因施工泵压低、胶液黏度易调节,成为页岩气开采常用压裂液技术。我国西南地区页岩气资源丰富,现采用聚丙烯酰胺为减阻剂的滑溜水体系,单井注液量上万立方米、排量16~20 m^(3)/min,对滑溜水指标提出更高要求。因此,滑溜水压裂液用聚丙烯酰胺特性分析对页岩气、页岩油的开发提供了重要的技术支持。

高黏滑溜水在秋林致密砂岩气压裂中的应用

常规滑溜水压裂液携砂能力弱、耗水量大,而交联胶和线性胶通常具有较高的储层伤害,因此均难以较好地适应致密砂岩气藏的开发。在四川秋林区块沙二段8号砂组初期实施的水平井压裂中,采用滑溜水组合线性胶或交联胶的压裂效果不理想。为此筛选了一种乳液型高黏减阻剂,各项指标均优于常规减阻剂:其完全水化时间小于90 s;持续高剪切15 min减阻率仍保持在74%以上;当浓度为0.05%~0.25%,黏度达到2.86~18.6 m Pa·s;岩心渗透率损害率低于10%。在秋林地区5口井的应用表明,高黏减阻剂可以实现全程在线混配并通过调整减阻剂浓度实现变黏,简化了施工;携砂能力强,最高砂浓度可达到520 kg/m3;压后试气效果好,单井初期绝对无阻流量均在30×104m3/d以上,最高达214×104m3/d,平均绝对无阻流量为其它压裂液体系的3~5倍。高黏滑溜水高黏弹性、低伤害的特征有利于提高致密砂岩气藏压裂的增产效果。

反相乳液型减阻剂及滑溜水体系的研发与应用

由于常规压裂液降阻效果差,对储层伤害大,为了大幅度降低施工摩阻,降低施工压力,改善压裂改造效果,采用反相乳液聚合法合成了一种用于压裂的反相乳液型减阻剂,并以其为主剂,与优选出的配伍性能好、协同效应好的黏土稳定剂、助排剂等复配形成了一种新型滑溜水体系。室内试验表明：0.10%~0.15%反相乳液型减阻剂溶液的减阻率达到65%以上;新型滑溜水体系的减阻率达到65%,且具有较高的防膨胀和助排性能,较好的耐温抗盐性能。新型滑溜水体系已在青海、江汉、华北等油田薄互致密储层压裂和页岩油气井分段压裂中进行了应用,表现出了良好的特性,获得了良好的改造效果。该体系能够满足页岩油气储层及致密储层压裂的需要,且能降低大型压裂的施工成本。

页岩气体积压裂滑溜水的研究及应用

页岩储层需要采用大排量、大液量体积压裂才能获得工业气流,体积压裂要求压裂液具有可连续混配、低摩阻和高返排率性能。根据四川页岩储层特征和实验结果,研制了降阻性能高的聚丙烯酰胺降阻剂、高效复合防膨剂及微乳助排剂,研制了适于四川页岩气体积压裂的滑溜水。该配方在四川W、C区块直井8井次现场试验表明,降阻率为65.5%～68.3%;W区块平均返排率为46.19%,C区块返排率27.93%;累计增加井口测试产量6.24×104～11.35×104 m3/d。

滑溜水携砂性能动态实验

为了研究支撑剂密度对滑溜水携砂性能的影响,自主设计了大型可视平板裂缝模拟系统,使支撑剂在裂缝中的动态沉降、砂堤形态可视化。运用该装置研究了不同支撑剂密度下滑溜水的携砂性能及支撑剂在裂缝中的沉降运移规律。实验结果表明,随着实验时间延长,砂堤高度逐渐增加,但增幅减缓;随着支撑剂密度减小,砂堤变平缓,砂堤的高度降低,堤峰向深处运移,且砂堤向裂缝深部推进速度增大,更多的支撑剂沉降在裂缝深部;支撑剂密度增大对沉降速度影响较大,对水平运移速度影响较小。研究结果可为支撑剂沉降运移动态研究及支撑剂优选提供参考。

滑溜水压裂裂缝内砂堤形成规律

页岩气压裂施工规模大,常采用摩阻较低、容易沟通天然裂缝的滑溜水作为压裂液,但滑溜水黏度低,携砂能力差。采用透明平行板垂直裂缝物理模型,对滑溜水压裂过程中支撑剂在裂缝中的铺置过程进行了模拟。记录不同时刻砂堤的几何形态,对砂堤的形成规律进行分析。根据实验结果,将砂堤形成过程分为3个阶段,并分别给出了每阶段砂堤形态的计算公式。将支撑剂沉降模型、平衡高度计算模型及砂堤形态计算模型相结合,编制了计算程序,程序计算结果与实验数据有较好的一致性,可为滑溜水压裂设计及施工提供一定的指导。

滑溜水用减阻剂室内性能测试与现场摩阻预测

经验预估滑溜水压裂现场的减阻效果具有差异较大的不足,而以往的减阻剂减阻性能评价实验多侧重于相关产品的对比优选,对其测试结果如何应用于现场实际的说明并不多见。针对以上问题,搭建了室内环路摩阻测试系统,依据Prandtl-Karman定律,通过清水湍流率定出测试用的3条直管管径分别为10.46,7.59和5.86 mm。对不同管径,在一定泵送排量梯度下对5种不同浓度的DR-800减阻剂溶液的摩阻压降进行了测定。对于0.07%和0.10%浓度的减阻剂溶液,将测试压降换算成摩阻系数,与考虑黏度项计算出的雷诺数相对应,可以很好地拟合于Virk渐近线,证明了DR-800减阻剂的优良减阻性能。在定量测试减阻性能后,采用摩阻放大法中的阻力速度法,将室内实验测得的降阻比与阻力速度进行回归得出表达式,确定出各阻力速度所对应的具体减阻率大小。运用该式,通过迭代计算,可以得到每种工况下相对确定的减阻率,比起经验预测,精度明显提高。因此,上述的室内研究方法对减阻剂的现场应用具有指导意义。

快速增粘滑溜水降阻剂的性能研究

以快速增粘和提高携砂性能为核心,采用氧化还原体系引发丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)水溶液进行三元共聚,得到降阻剂AAD-1,用于滑溜水体系的速溶型快速增粘降阻剂。结果表明,AAD-1水溶性好,增粘速度快,清水中加入0.1%(质量分数)AAD-1,2 min内快速溶解增粘,粘度达到6.194 6 m Pa·s;携砂性能好,优于其他降阻剂溶液,具备低浓度高携砂性;AAD-1具有低黏高弹性;摩阻低,降阻率可达60%以上,可满足常规配液方式及连续混配工艺,有助于非常规低渗储层的开采。

玛湖井区低伤害滑溜水压裂液性能评价

玛湖1井区百口泉组为典型的低孔低渗致密油储层。该井区大规模水力压裂面临3大难题,如压裂液减阻效果差、对储层伤害大;水资源匮乏,油田污水处理困难;缝间剩余油分布,采收率有待提高。针对这些问题,以羟甲基苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺、聚乙烯基苄基三甲基氯化铵等为原料,通过分散聚合法制备了减阻剂(JHFR),将其与多功能添加剂(JHFD)复配制得滑溜水压裂液。研究了目标区块的压裂水源、储层岩石的黏土矿物含量对黏土在滑溜水中水化膨胀性能的影响,评价了滑溜水对玛湖致密油藏储层的伤害情况。结果表明,减阻剂JHFR溶解时间(15 s)短,可实现免配直混。由0.1%JHFR和0.2%JHFD组成的滑溜水具有高效减阻(减阻率76.9%)、低油水界面张力(0.89 mN/m)、防膨效果好(防膨率81.12%)等特点,且与玛湖1井区的地层水和返排水的配伍性良好、对岩心渗透率损害程度低,适用于该井区的大规模连续压裂施工。

深层油气用加重滑溜水压裂液体系

塔里木库车山前区块作为典型的超深层气藏,75%施工井泵压在100 MPa以上,最高施工压力达到136 MPa,压裂增产改造一直是制约其油气开发的技术瓶颈,施工排量也受到极大限制。据统计超深加重压裂液施工井,普遍存在液体密度增加,施工压力降低幅度未达到理论效果,基于理论分析及加重压裂液实际应用中存在的问题,借鉴页岩气用滑溜水成功应用的经验和加重压裂液的优点,通过优选加重剂、耐高盐降阻剂和助排剂形成了加重滑溜水体系。该体系加重密度为1.35 g/cm3,耐氯化钙35×104 mg/L,能有效降低施工压力和施工风险,降阻率为62%,与常规瓜胶压裂液减阻率相当,并具有良好的耐温耐剪切性能和助排性能,岩心伤害率为11.2%,对储层伤害低,为超高压超深井储层改造提供新的技术支持。

一种功能型滑溜水体系开发及应用

为实现1套压裂工作液体系兼具滑溜水与携砂液双重功能及回用高硬度返排液的目的,开发出1套功能型滑溜水体系。该体系由液态功能型降阻剂及调节剂构成,低浓度的功能型降阻剂水溶液可作为滑溜水使用,15 s内即可快速增稠,滑溜水降阻率高达74%;加入调节剂后体系黏度迅速增加,实现高砂比携砂,返排液回用时不受硬度影响,返排液回配携砂比可达24%。在陇东气开深井现场试验1口井,施工全程回用26 118 mg/L的高矿化度返排液配滑溜水及携砂液,入地总液量654 m^3,施工成功。

滑溜水在页岩储集层的吸附伤害及控制措施

基于四川盆地长宁区块奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩充填模型,研究滑溜水中聚合物在页岩中的吸附伤害及控制措施。利用驱替实验并结合紫外分光测试,得到了滑溜水中的聚合物在不同时间、浓度、p H值和温度下的吸附规律:吸附平衡时间为150 min;聚合物浓度越高吸附量越大,极限吸附浓度为1 800 mg/L;随p H值增大吸附量呈逐级递减趋势;吸附量随温度先增后减,45℃时吸附量最大。通过电镜扫描、核磁共振成像描述了聚合物在页岩上的吸附形态,证明聚合物吸附会导致阴离子聚丙烯酰胺分子网络结构破坏,且对页岩的吸附构象进行了形貌表征。根据页岩与聚合物间的吸附规律和吸附机理,认为用氢键破坏剂可以降低聚合物在页岩表面的吸附量。对4类电负性较强的小分子物质进行氢键破坏效果对比,氢键破坏剂c效果最佳,可使吸附量降低5.49 mg/g,渗透率恢复至73.2%。研究成果可为优化施工参数和改进滑溜水液体体系提供借鉴。

页岩储层新型清洁滑溜水压裂液体系

滑溜水压裂液体系以其低摩阻、低伤害等特点,在页岩气储层压裂施工过程中得到了广泛的应用,而由于其自身黏度较低导致携砂能力较差,为达到施工设计的加砂量就需要大幅增加滑溜水压裂液的用量,从而增大了压裂施工的成本。为解决滑溜水压裂液携砂能力差的问题,开发出一套新型清洁滑溜水压裂液体系,该体系主要由高效低分子量减阻剂FJZ-2和新型聚合物乳液增黏剂FZN-1组成,体系综合性能评价结果表明,无论在室温还是80℃条件下,体系均具有良好的降阻效果;在80℃、170 s^(-1)条件下剪切90 min后,体系的黏度仍在20 m Pa·s以上,具有良好的耐温抗剪切能力;在一定的应力和频率扫描范围内,体系的储能模量G'一直高于耗能模量G",说明该压裂液体系具有良好的黏弹性能;支撑剂在该压裂液体系中的沉降速度明显低于常规滑溜水压裂液,而不同砂比条件下支撑剂的沉降时间均远远高于常规滑溜水压裂液,说明该压裂液体系具有良好的携砂能力;另外,该压裂液体系的其他性能指标均能满足滑溜水压裂液的技术指标要求。矿场应用效果表明,S-1井压裂施工过程顺利,最高砂比可达25%以上,最大降阻率达到70%以上,压裂施工效果明显。

变黏滑溜水裂缝内携砂运移特征研究

滑溜水在裂缝中的携砂运移规律,对指导滑溜水压裂实践有重要意义。采用可视化平行板裂缝模拟装置,测试了不同注入参数组合的输砂剖面。结果表明,造缝滑溜水+70~140目支撑剂+8%砂比时,滑溜水携砂能力好,裂缝入口端未出现砂堤,支撑剂对裂缝的充填不充分;在低黏滑溜水+40~70目支撑剂+15%砂比和高黏滑溜水+20~40目支撑剂+20%砂比条件下,裂缝填砂量较大,深部裂缝砂堤较高,但裂缝入口处充填差;随着施工排量的增加,几种组合模式均表现出砂堤前缘距入口距离增大,前缘高度减小,平衡高度变化不大的情况。注入组合是影响砂堤形态的重要因素,不同注入参数组合模式对应的砂堤形态和表征参数相差较大,现场需对组合模式进行优化,提高入口处裂缝的导流能力。

纤维提高滑溜水铺砂效果的机理研究

滑溜水的低黏度、大排量有助于创造复杂的裂缝网络,提高页岩气的产量。然而,低黏度的性质使滑溜水具备较差的悬浮和运移支撑剂能力,导致在裂缝纵向和横向上铺砂率低,限制了页岩气产量的进一步提高。为了解决上述问题,利用大型可视化玻璃板装置模拟了支撑剂在加纤维的滑溜水中的铺砂过程。研究表明纤维能够提高支撑剂在滑溜水中的铺砂效果,其机理主要有:纤维能够很好地分散在滑溜水中,形成复杂网络,悬浮和运移支撑剂到裂缝更远处,提高支撑剂在裂缝横向的铺砂率;纤维在砂堆的上部形成了一定厚度的松散、锯齿状通道,提高了裂缝的导流能力。

礁石坝区块页岩气压裂用滑溜水体系研究

随着页岩气压裂过程中,井的垂直深度的不断加深,对滑溜水的减阻性能要求越来越高。为了大幅度降低施工摩阻,降低施工压力,改善压裂改造效果,研发出了一种低摩阻的滑溜水体系。通过黏土防膨实验,优选出最佳防膨剂浓度为1%;通过测定助排剂溶液的表面张力值,优选出的助排剂为FCS-283,浓度为0.5%;将减阻剂与优选出的配伍性能好、协同效应好的黏土稳定剂、助排剂等复配形成了一系列新型滑溜水体系,测定体系了减阻率。实验优选出的滑溜水体系为1%防膨剂+0.5%FCS-283+0.175%JC-J10,其减阻率达73.5%。该体系能够大幅降低滑溜水摩阻,降低大型压裂的施工成本。

致密砂岩变黏滑溜水体系的研制与应用

目的为了满足致密砂岩气藏储层改造需求以及解决作业现场压裂返排液处理难题,开发了一种自缔合乳液变黏滑溜水(VSW)体系,该体系仅含一种多效添加剂。方法通过含量控制实现滑溜水与携砂液的在线转变,评价了压裂液的降阻性能、耐温抗剪切性能、携砂性能、破胶液性能及岩心基质伤害,并在苏里格气田开展了水平井现场试验。结果配方为1.0%(w)VSW的高黏滑溜水在清水和标准盐水中的黏度分别为93 mPa·s和64 mPa·s;清水配制的1.0%(w)VSW高黏滑溜水,在90℃、170 s^(-1)下剪切1 h后,黏度为78 mPa·s;携砂性能良好,0.425~0.850 mm陶粒支撑剂的沉降速度为0.84 mm/s。配方为0.1%(w)~0.3%(w)VSW的低黏滑溜水降阻率可超过75%。高黏滑溜水破胶液黏度为1.74 mPa·s,对岩心基质的损害率低于10%;现场压裂施工最高加砂质量浓度达700 kg/m 3,平均无阻流量达104.69×10^(4)m^(3)/d,返排液回收利用率达97.5%。结论该体系具有良好的增黏性及抗盐性、降阻性能优良、耐温抗剪切性能良好、返排利用率高,增产效果显著。