不同支撑剂组合方式下页岩导流能力实验评价

为了深入了解多粒径支撑剂组合条件下页岩储层导流能力的大小,依据达西定律,采用API支撑剂实验装置,评价分析不同支撑剂质量比例、粒径、铺砂浓度、类型、流体类型、岩性等对导流能力的影响。实验结果表明:随着闭合压力增加,各种支撑剂组合方式下的导流能力都有很大程度下降;相同条件下,铺砂浓度与导流能力呈正相关关系,覆膜砂的导流能力高于石英砂,清水条件下的导流能力高于破胶液,硬度高的页岩储层导流能力高于硬度低的页岩储层;70/140目陶粒+40/70目覆膜砂+30/50目覆膜砂支撑剂组合,在质量比为1∶6∶3时导流能力最优;在高闭合压力下,70/140目陶粒+40/70目覆膜砂+30/50目覆膜砂组合的导流能力,略高于70/140目陶粒+30/50目覆膜砂+20/40目覆膜砂支撑剂组合。可见,对于较软地层采用覆膜砂组合支撑剂,更有利于长期保持较高的导流能力;压裂液选用时更要注重压裂液配方的低伤害性,以提高导流能力。

基于淀粉微球交联剂的低浓度羟丙基胍胶压裂液性能研究

目的针对低渗透油藏,需要降低压裂液稠化剂用量,减少对储层的伤害,并确保压裂液具备延迟交联、携砂等性能和耐温耐剪切性能。方法利用反相乳液聚合法合成淀粉微球,通过硅配体和硼羟基修饰淀粉微球表面,制备了一种交联性能优良、伤害性低的微球型硅硼交联剂(KBSM)。结果KBSM交联剂能够实现多活性位点交联,增强交联密度,从而降低羟丙基胍胶(HPG)的用量,具有延迟交联特性。其延迟交联时间在2~6 min内可调。质量分数为0.2%的HPG交联冻胶在120℃、170 s-1剪切120 min后的黏度为80 mPa·s。交联冻胶中砂质量分数(以下简称携砂比)为40%时,陶粒沉降速度为0.1167 cm/min。加入质量分数为0.25%的过硫酸铵破胶剂可使交联冻胶在90℃下、120 min内完全破胶,且残渣质量浓度为214 mg/L。同时,破胶液的岩心损害率为26.55%。结论基于淀粉微球交联剂的低含量羟丙基胍胶压裂液对于降低低渗储层伤害有一定的指导意义。

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。

蓄能缝网压裂开发中表面活性剂作用研究

水平井蓄能体积压裂结合焖井渗吸是提高非常规油藏油井产量的主要方式。通过渗吸动力解析计算和多介质油藏温度常压静态可视平行渗吸实验定量比较渗吸液驱油效率,认识到表面活性剂在非常规油藏开发和渗吸置换中的作用是双向的:正向作用是改善储层表面润湿性、降低残余油饱和度,但是作用深度和程度十分有限。表面活性剂降低界面张力大幅度减小渗吸动力,常态下难以进入微纳米孔缝,进而难以改变非常规油藏细粒沉积岩作为原油主要赋存空间的微纳米岩石的润湿性。表面活性剂在非常规油藏开发中的负向作用是降低油水界面张力、减小毛细管力、减小渗吸动力,大幅度降低了油水渗吸置换效率,而且表面活性剂浓度越高,渗吸排油效率越低。为发挥表面活性剂在非常规油藏中的作用,需要以纳米粒子等为载体,以改善润湿性为主要目的。该成果认识对于致密油、页岩油开发中注入介质和方式的选择具有借鉴作用。

低浓度胍胶压裂液有机硼交联剂BOA的合成及其性能评价

针对胍胶压裂液体系胍胶使用浓度偏高、破胶后残渣含量较高的问题,开展低浓度胍胶压裂液体系有机硼交联剂的合成和性能评价研究。以硼酸、正丁醇、乙二醇及二乙烯三胺为原料合成有机硼交联剂并对其反应物加量进行优化,确定出有机硼交联剂BOA合成中反应物的优选质量分数分别为二乙烯三胺34.5%、硼酸14.3%、乙二醇38.7%和正丁醇6.9%。对交联剂进行性能评价,结果表明:有机硼交联剂BOA与0.2%胍胶交联形成的胍胶压裂液的黏度可达84 mPa·s;有机硼交联剂BOA与0.2%胍胶交联形成的胍胶压裂液具有良好的抗温抗剪切性,在100 s^(-1)下逐渐升温至90℃、剪切60 min时及在60℃、100 s^(-1)下剪切90 min时胍胶压裂液的黏度均维持在90 mPa·s,且具有滤失低(滤失系数为2.0×10^(-4)m/min^(1/2))、携砂性能好(悬砂沉降速度为0.045 mm/s)、破胶速度快(在90 min内可完全破胶)、破胶液黏度<5 mPa·s、残渣含量较低(151 mg/L)的优势,可满足压裂液现场施工要求。

用于薄层油气藏的聚丙烯酰胺全悬浮压裂液

基于薄层油气资源开发中控制缝高和低排量的需求,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、2-丙烯酰胺基乙基溴化铵(DAMAB)、烷基酚聚氧乙烯醚(NP-10)等为原料,通过水溶液自由基胶束聚合法合成聚丙烯酰胺嵌段共聚物(PMASD)。采用荧光分光光度计、流变仪和扫描电子显微镜研究了PMASD的临界缔合浓度、黏弹性和微观结构;同时,研究了PMASD压裂液的静态、动态携砂性能,并与聚丙烯酰胺滑溜水进行对比;最后,将PMASD压裂液进行了现场应用。结果表明,PMASD压裂液存在胶束结构,临界缔合浓度为0.127%。PMASD压裂液体系表现出较好的黏弹性,线性黏弹区范围为0.01~1.00 Pa,疏水缔合后强度大,抗剪切能力强。在低排量(20 L/min)的注入过程中,PMASD压裂液形成的网络结构呈无规则分布,具有很高的结构强度,可以有效携带支撑剂。PMASD压裂液的静态和动态携砂性能均较好。在砂液体积比为12%的实验条件下,PMASD质量分数≥0.25%(黏度为147 m Pa·s)时,在常温及80℃下均表现出较好的悬浮及携砂能力。相较于聚丙烯酰胺滑溜水,PMASD压裂液的携砂效果同比提高160%。在江苏油田X5-X井现场应用中,以2 m3/min的排量泵入PMASD压裂液,日产液由1.4 t增至6.5 t,日产油由0.6 t增至4.2 t,增产效果明显。全悬浮压裂液PMASD体系能满足薄层油气资源在低施工排量下有效携砂的压裂改造需求。

AA-AM-SBMA三元共聚物增稠剂合成及性能

采用水溶液聚合法,以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和两性单体甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)为主要原料,过硫酸铵-亚硫酸氢钠为引发剂体系,合成出压裂用低伤害三元共聚物增稠剂AA-AM-SBMA。采用红外光谱、核磁共振氢谱、扫描电镜等对AA-AM-SBMA的结构进行了表征。结果表明,在35℃下采用注入水配制时,AA-AM-SBMA的增黏、悬砂性能与部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)相当;当配液水的氯化钠浓度大于3 000 mg/L时,AA-AM-SBMA能表现出较强的耐盐性能;配液水的氯化钠浓度为6 000 mg/L时,3 000 mg/L的AA-AM-SBMA溶液的表观黏度比相同条件下的HPAM溶液高58.4%。AA-AM-SBMA在120℃下放置2 h的降解率高达95.13%,比相同条件下HPAM的降解率高3.19%。岩心渗透率恢复率测定实验结果表明,AA-AM-SBMA对应的渗透率恢复率为95.27%,比相同条件下HPAM的高4.52%,表明SBMA的引入有利于降低增稠剂对岩心渗透率的伤害。

耐温耐盐两性聚丙烯酰胺稠化剂的制备及其性能

为了提高压裂液稠化剂的耐温耐盐性能,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)为单体,单体AM、AA、AMPS、DAC质量比为9∶1∶3∶1.5,将单体以总质量分数为30%溶于水中(水相),将质量分数为10%的乳化剂(Span-80、Tween-80质量比为9∶1)溶于白油(油相),油水相比为1∶2.5,合成了具有耐温耐盐性的油包水乳液稠化剂PAAD,其黏均相对分子质量为383×10^(4)。通过红外光谱和核磁共振氢谱表征了PAAD,测定了聚合物PAAD的耐温性、抗盐性、耐剪切和破胶性能。研究结果表明,PAAD具有良好的耐温抗剪切性能,在90℃、剪切速率为170 s^(-1)下,质量分数为1.5%的PAAD聚合物溶液剪切1.5 h后黏度保持在51.7 mPa·s。PAAD溶液在高剪切后进入低剪切区后可快速恢复黏度,可保障悬砂不沉降。PAAD具有良好的抗盐性,在矿化度为50 g/L的模拟高盐海水中,质量分数为1.5%的PAAD聚合物溶液的黏度为45 m Pa·s。在90℃下,破胶剂用量为0.2%时,质量分数为1.5%的PAAD聚合物溶液在3 h内可完成破胶,破胶液的表面张力为30 mN/m,油水界面张力为1.9 mN/m,残渣含量为220 mg/L,对岩心基质的伤害性为9%,达到行业标准要求。

粗糙裂缝内支撑剂运移与展布规律数值模拟

粗糙狭窄裂缝壁面造成水力压裂有效裂缝体积减小,极大地影响缝内支撑剂运移与铺置和压裂改造效果。为此,采用Matlab建立自相关高斯分布曲面,并结合分形理论识别分析裂缝粗糙面,采用计算流体动力学—颗粒元(CFD-DEM)双向耦合方法,建立了不同粗糙度的裂缝三维模型,分析了不同支撑剂粒径组合在不同粗糙度缝道内的沉积和运移过程及规律。研究表明:随着缝面由平滑向粗糙变化,支撑剂堵塞明显;在重力作用下小粒径支撑剂(粒径与缝宽比为0.3)具有出更好的运移能力,但难以保证近井端支撑效果;大粒径支撑剂(粒径与缝宽比为0.8)覆盖面积增加158.1%,堵塞于缝口附近,影响后续支撑剂向远处运移,推荐粒径缝宽比为0.4;对于组合粒径加砂方式,推荐采用“先小后大”的注入顺序,以保证支撑剂运移距离和效率。研究结果有助于更好地理解裂缝粗糙度对支撑剂在裂缝中运移的影响,对压裂设计及施工参数优化具有指导意义。

迂曲裂缝内支撑剂运移数值模拟

水力压裂后,储层形成较多的迂曲裂缝,支撑剂在迂曲裂缝中的运移和铺置规律尚不明确,在稠密颗粒流模型的基础上耦合颗粒物料仿真软件,模拟迂曲角度、支撑剂尺寸、注入速率、携砂液密度和支撑剂密度对迂曲裂缝中支撑剂运移和砂堵的影响。结果表明:大多支撑剂会堆积在裂缝第一转折角处,迂曲角度的变化会显著影响支撑剂的运移和砂堵的发生,迂曲角度大,容易发生砂堵且砂堵程度严重;密度大和粒径小的支撑剂发生砂堵时会形成致密的支撑剂堆积,加剧砂堵程度;注入速率大,支撑剂在裂缝中运移距离较远,但注入速度和携砂液密度的增加,会加剧砂堵程度。

基于改性壳聚糖螯合的新型除钙技术

目的以长庆油田某区块钻井污水为例,解决钻井污水产量大、组分复杂和Ca^(2+)等多价离子含量高,且经常规工艺处理后污水仍难以满足压裂液回配性能要求的问题。方法基于以上难解工艺特征,提出多官能团壳聚糖改性螯合Ca^(2+)新型除钙工艺,并对其除钙效果、除钙机理、适用条件(温度、pH)、环境影响(产泥量)及回配性能进行了评价。结果以高脱乙酰度壳聚糖为原料,过硫酸钾作引发剂接枝丙烯酸,在温度为70℃,m(壳聚糖)∶m(过硫酸钾)∶m(丙烯酸)=1.0∶1.2∶25.0的条件下反应2 h可制得高水溶性多官能团SZ-1螯合剂,采用质量浓度为600 mg/L的SZ-1可将Ca^(2+)质量浓度螯合去除至500 mg/L以下;SZ-1在10~40℃、pH为6~14条件下均适用,产泥量低(0.016 g/L),回配压裂液基液黏度较优(30.9~31.2 mPa·s),满足SY/T 7627—2021《水基压裂液技术要求》的基液黏度范围要求(10~40 mPa∙s)。结论该药剂绿色清洁、性能优异、制备简单,有望为油气田高含钙钻井污水处理提供新方法。

耐盐型聚合物压裂液制备与性能研究

部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)具有良好的溶解性和增稠性,是压裂液中常用的增稠剂。然而,油气生产中的高温和高矿化度等情况限制了其使用。为解决这一问题,采用络合引发聚合的方法合成了具有良好耐温耐盐性能的疏水缔合聚合物CIT。合成的聚合物CIT的分子结构经红外光谱确证。研究了CIT聚合物的水溶性、增稠性和耐盐性。结果表明:CIT聚合物溶液的表观黏度最初随氯化钠的加入而降低。随着盐质量浓度的进一步增加,CIT聚合物溶液的极性也增加,分子间的疏水缔合作用也增强,导致疏水缔合网络结构更加致密,聚合物溶液的表观黏度增加。黏弹性测试表明,随着盐质量浓度的增加,聚合物溶液的黏弹性先减小后增大。此外,与传统的HPAM相比,它具有更好的耐温性、抗剪切性和剪切恢复能力。同时,CIT聚合物可以在行业标准时间内完全破胶,没有残留物。CIT聚合物的优点包括增盐、耐高温和彻底破胶。因此,它具有作为耐温耐盐压裂液增稠剂的巨大潜力。

CO_(2)干法压裂用支化硅氧烷及含氟聚合物类增稠剂研究现状与应用进展

近年来,CO_(2)干法压裂技术作为一种新型无水压裂技术已成为致密油气藏开发的重要研究方向。经调研发现,CO_(2)干法压裂技术尚未成熟,主要是因液态或超临界CO_(2)黏度低而存在滤失量大、携砂性能差等问题,需要加入增稠剂来提高CO_(2)的黏度。针对硅氧烷类增稠剂需借助大量助溶剂、其他增稠剂而增稠效果不理想、温度压力适应性差等问题,从增稠机理和增稠特性两方面概述了目前支化硅氧烷类(不使用或少量使用助溶剂)及含氟类增稠剂CO_(2)压裂液增稠剂的研究进展,并在增稠特性部分综述了这两类增稠剂的结构特征和性能特点。其次,对国内相关液态CO_(2)和超临界CO_(2)干法压裂技术现场应用进行综述。最后,分别从增稠机理、增稠性能和现场应用方面对干法压裂CO_(2)增稠剂及其压裂液体系未来的研究方向进行了展望。

超临界CO_(2)压裂液对页岩储层支撑剂悬浮性能的影响因素分析

超临界CO_(2)压裂液的极低表观黏度导致了低携砂悬砂、漏失严重和压裂效果弱等诸多缺陷。针对超临界CO_(2)的上述缺陷,设计并合成了一种能显著提高CO_(2)压裂液黏度的增稠剂,并探索了不同地质条件(储层温度和储层压力)和化学剂等因素对CO_(2)悬砂性能的影响,同时揭示了超临界CO_(2)压裂液的悬砂机理。研究结果表明:较高含量的增稠剂不仅能够增加压裂液黏度,同时也能改善CO_(2)压裂液对颗粒的悬砂能力,0.5%(质量分数)的增稠剂可使CO_(2)压裂液黏度增大至3.2mPa·s,静置20 s的砂砾沉降量为0.5 g,沉降量低于纯CO_(2)压裂液(其表观黏度为0.04 mPa·s)时的1.7 g。此外,储层压力的升高也有助于提升超临界CO_(2)对颗粒的悬砂性能,而升高储层温度会降低超临界CO_(2)压裂液黏度和悬砂能力,此现象主要归因于超临界CO_(2)压裂液体系中微观网格密度的变化。通过以上研究,可为页岩储层的高效开采和超临界CO_(2)的应用提供切实有效的途径和方案。

A区B油藏聚合物微球调驱的应用与效果评价

A区B油藏通过2015年以来的同心双管分注以及地面分注的实施,基本实现有效分注,层间矛盾基本解决,但水驱治理仍然停留在单点堵水与小区域整体堵水相结合的方式。2021年限压注水后,液量下降,含水率仍然上升,水驱问题依然严重,常规堵水调剖措施无法完成地层深部地带封堵,急需整体实施调驱措施。B油藏于2022年开展纳米微球深部调驱矿场试验,试验结果表明,微球调驱取得较好效果,注入微球后整体油藏B1储层注入压力由11.6 MPa上升到11.8 MPa,B2储层注入压力由11.6 MPa上升到11.9 MPa;吸水状况变好,整体吸水指数由107.0 m^(3)/(d·MPa)下降到80.9 m^(3)/(d·MPa);整体月度递减率由0.98%下降到0.55%,月度含水率上升幅度由-0.10%上升到-0.07%;整体见效比例为82.1%,其中增油型占53.1%,降递减型占46.9%;西部清水区域微球调驱效果较好,月度含水率上升幅度由0.61%下降到-0.73%;B2储层物性较好,调驱效果更佳。

油气开发用表面活性剂压裂液的研制与室内研究

表面活性剂用量严重制约了黏弹性表面活性剂(VES)压裂液的应用。合成了一种新型的长疏水双键双子表面活性剂(ALA),并研制了低浓度ALA压裂液。与KCl溶液复配时,在0.2%~2.6%KCl质量分数范围内具有最好的耐盐性和表观黏度。分子模拟结果表明,当模拟体系矿化度高于质量分数2.2%氯化钾后,回旋半径开始下降,高盐离子会破坏水化层,回旋半径减小。随着温度从18℃升高到107℃,VES流体的黏度从405 m Pa·s降至68 m Pa·s,此外,通过振荡测量证实,该溶液还表现出良好的黏弹性和紧密的网络结构。在170 s^(-1)、107℃条件下对压裂液进行了流变性测试。结果表明,2.2%KCl+3%ALA表面活性剂溶液具有明显优越的流变性,120 min后黏度可保持在58 m Pa·s以上。最后,对优化后的压裂液体系进行了悬砂、破胶性能测试和岩心基质伤害实验,结果均满足行业要求。

返排液重配压裂液性能研究及现场应用

随着非常规油气资源大规模开发,产生大量的压裂返排液,将压裂后的返排液进行重复利用,不仅能保护环境,还可以节约水资源,降低成本。本文针对鄂尔多斯盆地某区块设计一套压裂返排液初级处理工艺,研究处理后的压裂返排液重配进行施工,室内研究表明,该W-1压裂液各项性能良好:在170 s^(-1)、60℃,剪切120 min,黏度为224.500 mPa·s;50℃下破胶2 h,破胶液黏度在1.460 mPa·s;表面张力为21.791 mN/m、界面张力为0.769 mN/m;防膨率85.10%;在60℃下,压裂液冻胶体系静态悬砂时间为60 min,表明了该压裂液有较好的携砂性能;岩心基质渗透率伤害率为14.12%。该井现场施工情况表明,压裂液性能良好,施工压力稳定。压后1 h快速放喷返排,返排效果良好,压后增产效果显著。

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。

一种窜流通道高强度封堵剂的制备与性能

针对大庆外围油田压裂后存在注入水突进、压裂裂缝见水等问题,采用水溶液聚合法合成了抑制窜流通道的高强度封堵剂,以保障后续重复压裂措施对潜力部位的有效挖潜。通过室内实验对封堵剂进行配方优化和性能评价,优选的配方为5%~10%丙烯酰胺+0.1%~0.5%N,N'-亚甲基双丙烯酰胺+0.03%~0.1%过硫酸铵+20%~25%偶联改性G级油井水泥。该封堵剂适用于40~65℃地层,初始黏度为10~15 mPa·s,成胶时间为1~5 h可控,具有较好的注入性能。封堵剂成胶强度为30~300 N可调,岩心封堵率大于98%,突破压力超过20MPa,具有较好的封堵性能。该高强度封堵剂适用于封堵原有压裂裂缝出水通道和射孔孔眼,保证重复压裂时裂缝转向而形成新缝,同时也适用于封堵天然裂缝形成的窜流通道,对油田后续重复压裂措施的有效开展、实现控水增油提供有利的技术支持。

滑溜水压裂液用超疏水型多功能减阻剂制备及应用

目前常规滑溜水压裂液体系普遍具有减阻、携砂、抗盐和耐温等多种功能,但均没有考虑通过改变储层表面润湿性而实现储层保护功能。因此,以丙烯酸、丙烯酰胺、自制材料2-丙烯酰胺基-2-苯基乙烷磺酸和疏水改性剂等为原料,合成了一种超疏水型多功能压裂液用减阻剂SHJZ-1。通过红外光谱仪对合成产物减阻剂结构进行表征,且通过高温高压岩心动态损害评价系统、接触角测量仪、哈克流变仪、闭合管路摩阻测试仪等方法对其性能进行综合评价。结果表明,该减阻剂SHJZ-1溶解时间短,起黏快;当盐水的矿化度达到40000 mg/L时,0.5%SHJZ-1溶液的减阻率在68%左右;0.15%SHJZ-1溶液在140℃下高温老化,减阻率仍能达到70%以上;1.3%SHJZ-1溶液处理后的岩心表现出超疏水效果,岩心接触角为151.21°;该减阻剂溶液对岩心平均渗透率伤害率仅为11.6%。超疏水型多功能压裂液体系在HX-1井顺利进行了现场应用,压裂过程中压裂液性能比较平稳,压后产量与临井相比提升10%以上,实现了提质增效的目的。