压裂复杂裂缝中支撑剂输送数值模拟研究

在非常规储层水力压裂施工过程中,水力裂缝容易与天然裂缝交汇形成复杂裂缝,支撑剂的运移和铺置形态直接决定了储层的增产效果。为了研究支撑剂在复杂裂缝中的铺置规律,基于欧拉-欧拉方法建立了支撑剂-压裂液两相流数学模型,并利用复杂裂缝室内实验装置与数值模拟的砂堤铺置形态对比的方式进行了模型验证,结果表明,选取的模型可用于研究滑溜水在复杂裂缝内的携带支撑剂的运移铺置规律。以相似准则为基础,建立了简化的复杂裂缝平板模型,并将砂堤形态参数、砂堤面积进行归一化处理,获得了压裂液排量、黏度、支撑剂粒径、裂缝宽度以及裂缝形态对支撑剂在复杂裂缝中铺置的影响规律。结果表明:增大排量、黏度和减小粒径均有利于支撑剂向裂缝深处运移,并且排量对支缝中的砂堤形态影响最明显,但增大排量不利于支撑剂填充近井地带。缝宽的影响体现在壁面效应,在注入时间相同的情况下,当压裂液黏度从1 mPa·s增加到5 mPa·s时,主缝砂堤的归一化长度平均增加了37.9%,归一化高度平均降低了61.4%。裂缝结构越复杂,所有支缝中的支撑剂铺置面积占比越高,分流作用越大。随着复杂裂缝的支缝数量、级数以及支缝延伸长度的增大,支缝中的砂堤高度与长度均有所降低;相对于T1型裂缝,T3和T5型裂缝中的砂堤长度、高度减小最多。

The Numerical Investigation on Oil Slick Behavior behind the Oil Boom

The dynamics of contained oil spills is investigated based on multiphase CFD (Computational Fluid Mechanics) model. The oil slick shape behind the oil boom under water current is studied. The velocity field in the oil slick is compared with the velocity field in pure water flow. The thickness of the oil slick is studied quantitatively. It is found that there is a fixed linear relationship between the oil slick relative thickness and the Froude number for different oil, different current velocity, different boom draft and different volume of oil.

低渗页岩储层压裂及一体化压裂液研究现状

常规石油气资源日益减产,能源资源争夺越发激烈,分布广泛、储量丰富的页岩油气等非常规油气藏成为了化石能源开发的焦点。页岩储层具有低孔、低渗、难以造缝的特征,需采用大规模压裂沟通天然微裂缝,扩宽油气通道,方能形成稳定工业气流实现增产。传统现场粉剂配液模式逐渐无法满足压裂作业要求。因此,本文围绕一体化滑溜水压裂液的优缺点、运用等结合页岩油气开采,概述了国内外一体化悬浮体系压裂液使用状况及相关特点,并综合讨论了在低伤害、环境友好等热点趋势下非常规压裂液的发展方向和特点。

非常规油气开发对压裂设备和材料发展的影响

非常规油气开发是国内外目前的热点研究领域,压裂能力和压裂液成为制约增产改造效果的瓶颈。为此,依据中国储层特性、地面条件、开发现状等情况,并以大量的实际生产和统计数据为基础,对中国目前非常规油气的开发模式、设备条件、材料要求、成本构成等进行了深入的论述。结论认为:①国内现有的压裂设备和材料等硬件条件可满足当前非常规油气开发的需求,但存在着开发模式中完井环节的关键技术空白、施工作业成本难以控制的问题;②压裂液将朝高效环保、储层低伤害、低含水量或无水、成本可控以及体系类型多样化的方向发展;③根据中国非常规天然气开发规划的年产量,预测了压裂设备的需求和技术服务市场规模。最后强调,以滑溜水为代表的低成本压裂液和以超临界CO2为代表的无水压裂液是2个最重要的发展方向,而支撑剂将朝小粒径、低密度、高强度方向发展,同时,在原材料和加工工艺上也有待突破创新。

减阻水压裂液用黏土稳定剂的合成与应用

针对现有减阻水压裂液用黏土稳定剂配伍性差、用量大、防膨率低、固体形态不便于现场配液等问题,研制了一种阳离子型液体黏土稳定剂SRCS-1。SRCS-1的分子链上分布阳离子基团,又含有小分子阳离子化合物,2者协同作用达到稳定黏土的效果。其分子量较低,既能保证所含的阳离子基团能够提供较高的防膨率,又能避免过长的分子链和过多的阳离子与阴离子聚合物减阻剂发生相互作用而产生沉淀或絮凝,与减阻水中阴离子聚合物减阻剂配伍性良好,加量0.3%条件下防膨率达到68.2%,优于收集到的现场应用过的同类产品。通过表面张力、ζ电位、粒度测试分析了该黏土稳定剂的防膨机理。SRCS-1在新疆孔探1井进行减阻水压裂液进行了现场应用,配液方便、快捷,表现出优良的配伍性和防膨性,减阻水性能稳定,施工顺利。

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。

缔合型复合压裂液的研制与应用

为简化滑溜水配制工艺、降低现场压裂施工成本,以丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基二甲基十八烷基溴化铵(DH-1)缔合单体为原料、2,2'-偶氮二异丁脒盐酸盐(V50)为引发剂,合成了既可作为滑溜水降阻剂、又可作为胶液稠化剂的抗盐型缔合稠化剂GAF-KYTP;在返排液配液的条件下,优选了GAF-KYTP、有机锆交联剂GAF-5、氟碳类助排剂GAF-6的加量,制得一套添加剂种类一致、加量不同的多功能复合压裂液(滑溜水+胶液)体系,评价了压裂液的降阻性、耐温抗剪切性和对岩心的伤害,并在威远区块进行了现场应用。结果表明,GAF-KYTP在返排液中具有较好的抗盐性和增黏性;配方为0.06%GAF-KYTP+0.1%GAF-6滑溜水溶解速度快,室内降阻率为79%,现场降阻率为78.3%,降阻效果较好;配方为0.4%GAF-KYTP+0.2%GAF-6+0.3%GAF-5的胶液耐温抗剪切性较好,在90℃、170 s^-1下剪切1 h后的黏度为82.6 mPa·s;GAF-KYTP配制的滑溜水和胶液对岩心基质渗透率伤害率小于10%。该体系改善了目前国内页岩气开采过程中滑溜水、胶液体系添加剂不同而导致的现场滑溜水、胶液同时配制时工艺复杂的问题,以及胶液稠化剂抗盐性差,无法采用返排液配制的问题。

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。

大液量大排量低砂比滑溜水分段压裂工艺应用实践

随着油田开发的不断深入,南泥湾油田新建产能主要以常规井扩边开发为主,开发效果不理想,平均单井日产油0.4 t。为了提高储量的有效动用程度,开展了水平井压裂开发研究。针对长6储层地质特征,采用减小段间距(60~80 m减小到20 m)、增加簇数(2~3簇增加到5簇)等措施对水平段进行均匀有效的压裂,以增加排量与液量的方式使储层改造体积增大,并开展了现场优化试验。N199平2井现场施工及地面、井下裂缝监测表明,采用大液量大排量低砂比滑溜水分段压裂,利用主体段塞及变粒径加砂方式,入地液量为7 957.9 m^3,是其他压裂方式的2.5~3.5倍,油井稳定日产油达到了9.5 t/d,是其他压裂方式的2倍多。现场应用结果表明,优化后的水平井压裂参数合理,大液量大排量低砂比滑溜水分段压裂工艺具有良好的推广应用前景。

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。

储层改造用滑溜水压裂液性能研究进展

综述了储层改造用滑溜水压裂液体系的发展状况,总结了不同种类滑溜水压裂用减阻剂,包括天然高分子、粉剂型合成高分子、乳液型合成高分子、表面活性剂等类型,分析了伪塑、黏弹、有效滑移和湍流抑制等4种滑溜水减阻假说机理,探讨了不同类型的摩阻方程,指出了聚合物微观结构和流变性质对携砂性能的影响,根据滑溜水压裂液体系工艺复杂、影响因素较多等方面,指出了下一步机理研究和产品研发的方向。

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。

滑溜水压裂支撑剂在水平井筒内沉降规律研究

为了研究支撑剂在水平井水平段内沉降规律,自主设计了实验装置及实验方法,分别研究了水平井直径、排量、砂比、压裂液黏度等参数对临界沉降速度和临界再悬浮速度的影响。实验结果表明:支撑剂的临界沉降速度和临界再悬浮速度随着砂比、水平井直径的增大而增大,随着压裂液黏度的增大而减小;临界速度受水平井筒直径、压裂液黏度影响较大,受砂比影响较小;在相同条件下,临界再悬浮速度比临界沉降速度大。基于实验数据,通过多元非线性拟合,建立了临界速度计算模型,该模型考虑了支撑剂、压裂液、水平井直径、砂比等影响因素,能较准确预测临界沉降速度和临界再悬浮速度。

国内外页岩气压裂液技术现状与发展趋势

研究了国内外近年来发展的页岩气压裂液技术,分析了降阻剂及压裂液配方的研究进展,提出了页岩气压裂液的重点发展方向。结果表明:①页岩气压裂液均以聚丙烯酰胺及其衍生物为降阻剂,并根据不同需求添加其他添加剂形成压裂液体系;②为满足压裂返排液回用需求,在降阻剂分子结构中引入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)等耐盐基团或疏水单体以提升压裂液耐盐性已成为国内外共识,研究热点集中在疏水缔合型聚丙烯酰胺降阻剂方面;③黏度可调的变黏滑溜水已成为页岩气压裂液的主流,变黏方式主要是通过改变降阻剂浓度以及引入交联组分来实现,满足高强度加砂和处理裂缝发育复杂等要求;④中高黏滑溜水携砂以弹性为主,形成的砂堤形状与注入参数相关,提升压裂液黏度有助于降低支撑剂沉降速率;⑤利用超分子结构强度携砂和结构强度降阻是解决滑溜水低摩阻与高携砂性能难以兼顾的有效途径,但低黏压裂液结构强度的增大是否影响体积压裂缝网的复杂程度还需研究;⑥将矿石浮选技术引入压裂过程中,对支撑剂表面改性实现气悬浮,从而使低黏滑溜水具备高携砂性能是近期研究热点,而如何将支撑剂表面改性剂直接用于压裂液是今后发展方向。总结的页岩气压裂液技术进展和提出的发展方向对于新型页岩气压裂液的研发和应用有重要的指导意义。

一种基于返排水的新型滑溜水压裂液体系

页岩油气开发普遍采用大型体积压裂,返排液量大,处理技术难度大且成本高。为了实现返排水的循环利用,对减阻剂、助排剂、页岩抑制剂进行了研发或优选,形成了一种新型滑溜水压裂液体系:0.1%JHFR减阻剂+0.2%JHJZ助排剂+0.25%JHNW页岩抑制剂。室内研究表明:该体系绿色环保、20 s速溶、减阻达70%、高抗盐、与返排水配伍性良好。该体系在长宁H7平台的3口水平井成功应用,可满足现场连续混配的压裂要求,有利于节约水资源。

页岩气压裂用滑溜水胶液一体化稠化剂研究

为了提高页岩气现场配液施工效率,降低不同压裂液间配伍性对压裂液性能的影响,利用 AM、DMC、DMDB为原料,采用混合胶束水溶液聚合,合成一种滑溜水胶液一体化用稠化剂。用管路摩阻仪和高温流变仪对滑溜水体系降阻性能和组装压裂液体系耐温耐剪切性能进行评价。结果表明,该疏水缔合聚合物溶解时间小于2min,0.1%的滑溜水黏度达到10mPa·s,降阻率为65.7%,组装压裂液在90℃,170s^-1条件下剪切2h,表观黏度大于50mPa·s。滑溜水和胶液具有良好的降阻效果及耐温耐剪切性,能够满足滑溜水和压裂液在线混配的要求,可以实现滑溜水胶液一体化。

耐温型聚丙烯酰胺减阻剂研究与应用现状

滑溜水压裂是页岩气储层开发的主要技术手段之一,聚丙烯酰胺(PAM)减阻剂是滑溜水压裂液的核心添加剂,我国深层页岩气资源丰富,储层温度高,PAM易发生热氧降解而性能下降。回顾了聚合物减阻剂的发展历程,明确了温度对PAM减阻剂分子稳定性的影响机理,概述了三种耐温型PAM减阻剂的研究方法,综述了耐温型PAM减阻剂的合成方法及其在深层页岩气井压裂改造中的应用进展,为深层油气储层耐高温压裂液的研究及应用提供了理论依据。

地层水压裂液体系研制

为了缓解川西气田地层水大量产出带来的环境保护压力和成本压力,对川西地区地层水的类型、成分以及矿化度深入分析的基础上,分别采用低矿化度地层水和高矿化度地层水配制成功了地层水瓜胶压裂液体系和地层水降阻水体系。地层水瓜胶压裂液体系在45℃下剪切90 min黏度可达100 m Pa·s以上,破胶液表面张力为27.66 m N/m,防膨率为87.5%,伤害率为26.5%;通过优选耐盐降阻剂,配制出一种地层水降阻水体系,其降阻率可达69%~71%。地层水瓜胶压裂液在SF38-2井和SF38-4井成功应用,增产效果明显;地层水降阻水体系在X502井非常规气藏体积压裂施工中得到成功应用。2套地层水压裂液体系性能均与清水压裂液性能相当,具有良好的推广应用前景。

乌里雅斯太凹陷砂砾岩油藏压裂三采一体化技术与应用

中康油田内蒙古乌里雅斯太凹陷腾格尔组一段的中段砂砾岩油藏地质特征复杂,渗透率低,物性较差,井区产能主要以常规压裂(压裂液为胍胶压裂液)为主,产量不理想,单井累计产出油量少,XX井先前用常规压裂方式从压裂后至关井,累计产液32.9t,累计产油7.4t。针对XX井的储层地质特征,采用压裂三采一体化的压裂技术,选用一种低伤害、减阻效果好的滑溜水压裂液体系,配方为0.1%减阻剂JHFR-2+0.2%多功能添加剂JHFD-2+0.05%杀菌剂JHS+0.5%生物驱油剂HE-BIO+水,并结合大液量、大排量、低砂比压裂工艺及间断柱状加砂模式与生物驱油剂HE-BIO的特殊洗油驱油功效,增大与储层的接触面积和改造体积,补充低压层和新层地层能量,提高单井产量和累计采出油量。运用压裂三采一体化技术经现场施工后,XX井7个月累计产液781.7t,含油548.9t,大大提高了产油效益。

致密油新一代驱油型滑溜水压裂液体系的研制与应用

鄂尔多斯盆地致密油藏储层渗透率低,地层压力低,油井依靠压裂投产。油藏开发中普遍呈现初期产量高、递减快、稳产难度大、采收率低等特征。为实现油井压裂施工中补充地层能量、储层低伤害、降低界面张力以及提高洗油效率等目的,文中提出了在JHFR-2减阻剂+JHFD-2多功能添加剂滑溜水压裂液体系中加入HE-BIO生物驱油剂,并且在压裂液减阻效果、抗盐性、储层伤害、生物毒性、洗油效率、驱油效率等实验研究的基础上,研制了集压裂、增能、驱油为一体的致密油新一代驱油型滑溜水压裂液体系。该体系具有速溶、无毒、环保低伤害、减阻、抗盐、防膨、超低界面张力等特点。利用该压裂液体系,在南泥湾油田P132平2井开展压裂三采一体化先导试验取得圆满成功,为我国致密油藏的高效开发进行了有益尝试。