低碳烃无水压裂液体系构建及性能评价

非常规油气储层采用水基压裂液压裂施工过程中,易对储层造成二次伤害,并且浪费大量的水资源。因此,室内以正己烷为基液,通过优选合适的交联剂和胶凝剂,研制了一种低碳烃无水压裂液体系,并对其综合性能进行了评价。结果表明:低碳烃无水压裂液体系具有良好的耐温抗剪切性能、黏弹性能和携砂性能,能够满足现场加砂压裂施工的需求。体系的破胶性能良好,加入2.4%的破胶剂醋酸钠破胶2.5 h后体系黏度可以降低至10 mPa·s以下。此外,压裂液体系破胶后对储层岩心的渗透率伤害率小于10%,具有低伤害的特点。低碳烃无水压裂液体系现场应用效果较好,SS-Y2井压裂后日产油量显著提高,达到了压裂增产的目的。研制的低碳烃无水压裂液体系在非常规油气储层压裂施工领域具有较为广阔的应用前景。

喷火油料表观粘度特性及凝油机理研究

为探究喷火油料凝胶形成的基本机制,基于精制直馏油分、二异辛酸铝及二甲酚的复配体系,测试了不同凝油剂配比条件下油料凝胶的表观粘度特性,通过原子力显微镜(AFM)对喷火油料凝胶的微观形貌进行表征,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了油料凝胶的分子作用机制。研究结果表明:二异辛酸铅含量越高,凝胶的表观粘度也越高,较初始表观粘度的下降值减小;二异辛酸铝分子在非极性溶剂体系中通过氢键形成致密的网状结构,使得非极性溶剂分子的运动被限制,进而形成油料凝胶。

胶凝酸及酸化返排液中钛合金管材均匀腐蚀行为研究

针对钛合金油管在酸化作业中的腐蚀问题,开展了在不同温度、压力、流速及添加不同比例缓蚀剂的胶凝酸溶液及酸化返排液中钛合金管材的均匀腐蚀试验。利用扫描电镜、EDS等工具分析了腐蚀形貌和表面腐蚀产物。结果表明:随着试验温度从50℃升至150℃和试验压力从5 MPa增至10 MPa,钛合金管材在0.1 mol/L浓度胶凝酸中腐蚀速率明显增加,且在5 MPa、150℃或10 MPa、100℃条件下发生溶蚀现象。而在90~160℃、16 MPa条件下,添加3%~6%质量分数的钼酸钠类缓释剂可明显降低腐蚀速率,但在3%缓释剂的90℃溶液中,流速增至60 r/min则导致管材腐蚀速率增加约4.5倍。同时,在高温酸化返排液中钛合金管材仍存明显动态腐蚀,需要添加一定比例缓释剂控制钛合金的腐蚀速率。

HPG压裂液水不溶物和残渣来源分析

根据单一或混合液静置沉淀量,求得配制1L携砂量500kg/m3的HPG/硼砂压裂液所用材料和添加剂的水不溶物,最高值为来自陶粒表面的灰尘(1.249g),其次来自HPG(0.466g),少量来自NaOH、KCl和硼砂。根据中原油田多年检测资料,6种植物胶水不溶物为7.6%～26.3%,压裂液残渣为4.2%～15.9%,二者之间有良好线性关系,残渣为水不溶物的62%。采用专门设计的实验方法研究含HPG、有机硼及各种添加剂、过硫酸铵的体系,结果如下:压裂液残渣为HPG水不溶物的74.8%,水不溶物增加则残渣增加,且破胶程度降低;破胶加量增大则残渣减少,但使用高剂量破胶剂是否能减轻地层伤害尚待研究;一部分HPG水不溶物可部分转化为水溶物或悬浮于水中;一部分残渣并不来自水不溶物。

大规模增产作业中液体的回用技术探讨

针对页岩气、致密气等非常规气藏体积压裂过程中存在的配液用水缺乏、压裂返排液处理困难、环境污染风险大等问题,探讨了大规模增产作业中的液体回用技术。大规模增产作业对水资源的需求量大,井场用水供需矛盾突出,且产生的压裂返排液量大,面临的环境形势严峻,制约了非常规气藏的开发。压裂返排液的组成复杂,其成分主要取决于压裂液配液水质、压裂液化学组成、储层地质化学、地层水等,影响其回用时的压裂液性能,需针对性地进行处理。大规模增产作业中的液体回用技术主要是通过杀菌、沉降除机械杂质、化学沉淀除高价金属离子、补充损失的添加剂等措施使压裂返排液的性能满足再次施工要求。该技术在四川盆地须家河致密气储层及侏罗系致密油储层中得到了广泛应用,返排液回收后的利用率达95%,节约了水资源,实现了循环经济。

凝胶推进剂直圆管流动特性探讨

分析了非牛顿流体的类型,认为在液体火箭发动机中有应用前景的凝胶推进剂类型应是有屈服应力的牛顿流体或者幂律流体,关键在于胶凝剂。研究了直圆管中凝胶推进剂的流动特性,依据剪切速率可以将凝胶推进剂在直圆管中的流动分为三个区域。在第二流动区中,可以用幂律流体推导的流阻方程计算管路流阻;在第三流动区,可以近似用牛顿流体流阻方程计算流阻。

新型合成聚合物超高温压裂液体系

松辽盆地深层火山岩储层埋深大于5 000 m,储层温度高达180℃,需要开发一种能应用于超高温(180℃以上)储层的新型低伤害压裂液。在室内合成交联剂AC-12的基础上,通过优化压裂液添加剂的用量,研发了新型的合成聚合物压裂液配方。室内实验表明,合成聚合物压裂液在180℃下具有很好的耐温耐剪切性能,在180℃、170 s-1剪切120 min后,压裂液黏度在100 mPa.s以上。通过将剪切速率由170 s-1增加到1 000 s-1、2 000 s-1,再降到170 s-1,模拟压裂液在泵入过程中管路高剪切和裂缝低剪切的黏度变化情况,得到该配方高剪切下的黏度恢复能力强,进入裂缝后有足够的黏度使支撑剂全悬浮,该压裂液具有高剪切下的黏度恢复性能。同时,合成聚合物压裂液容易破胶,破胶液黏度低,残渣含量少,可以在高温深井使用。

高温延缓型有机硼交联剂OB-200合成研究

从合成反应原理出发,考察了水基冻胶压裂液用的有机硼络合物交联剂的各项合成反应条件,得到了耐高温延缓型交联剂OB 200的最佳合成工艺。反应物的用量以体积计分别为:硼酸盐15%～20%,配位体(质量比1∶7～10的葡萄酸钠和多元醇LB 2)35%,溶剂(体积分数0.25的丙三醇水溶液)45%～50%,催化剂为质量比10∶2的稀土金属硫酸盐和NaOH,用量0.15%,反应温度60℃,反应时间3.5～4.0小时。有机硼OB 200/羟丙基瓜尔胶压裂液(5g/LHPG水溶液,交联比100∶3),交联时间在300～305s,冻胶的耐温性达143℃。图6表2参5。

高温低伤害的有机硼锆CZB-03交联羟丙基瓜尔胶压裂液研究

实验研究了有机硼锆交联剂CZB 0 3(有机锆交联剂OZ 1用一种复合吸附抑制剂处理后与等质量的有机硼交联剂OB 2 0 0的复配物 )与HPG的交联性能、冻胶耐温性和伤害性 ,实验体系为加有 0 .3%复合添加剂CA 0 3的0 .6 %HPG/CZB 0 3压裂液。该体系的最佳pH值为 9～ 11,适宜交联比为 10 0∶0 .3～ 0 .4 ,在温度≤ 4 0℃时延缓交联时间为 2～ 4min。该体系的耐温性高于 16 0℃ ,在 16 0℃、170s-1剪切 12 0min ,粘度保持 10 0mPa·s以上。该体系的滤失控制性能较好 ,加入 1%降滤失剂ZJ 1可使 16 0℃、3.5MPa滤失系数C3 (m/min0 .5)由 9.19× 10 -4降到6 .98× 10 -4。加入 0 .0 4 %专用破胶剂EB 0 3,在 16 0℃放置 2h后破胶液粘度为 5 .2mPa·s。CZB 0 3压裂液对支撑裂缝导流能力的伤害远小于OZ 1压裂液 ,略高于OB 2 0 0压裂液 ,在室温和 4 0～ 70MPa下 ,CZB 0 3,OZ 1,OB 2 0 0交联HPG压裂液的伤害率分别在 13.8%～ 16 .1% ,4 9.8%～ 5 1.2 % ,9.1%～ 11.7% ,平均值分别为 14 .7% ,5 0 .4 % ,10 .6 %。图 3表 3参 2。

低碳烃无水压裂液体系及流变特性研究

用五氧化二磷、磷酸三乙酯和醇反应制得淡黄色的低碳烃无水压裂液胶凝剂二烷基磷酸酯。首次对正己烷、正辛烷、煤油、柴油四种烃代替水作为基液形成的凝胶体系的基本性能(携砂性、耐温耐剪切性)以及流变特性(黏弹性、触变性、剪切变稀性)进行了研究。结果表明,以柴油为基液、络合铁为交联剂,胶凝剂质量分数为1%时的最佳交联比(基液与交联剂质量比)为100:1.0,此时的凝胶黏度为177.26 mPa·s。陶粒在正己烷、正辛烷、煤油、柴油四种压裂液凝胶中静置4 h后的下降距离分别为8.0、5.0、4.5和8.0 mm,凝胶携砂性能良好。在100℃、170 s-1下剪切1.5 h,正己烷、正辛烷、煤油和柴油压裂液凝胶体系的保留黏度分别为16.9、229.5、293.6和324.3 mPa·s。随着基液碳链长度的增加,压裂液的耐温耐剪切性增强,弹性模量和触变环面积逐渐下降。四种凝胶体系在受剪切后均表现出剪切变稀特性,且随着基液碳链的增长,在相同剪切速率下,凝胶体系的黏度相对减小。不同烃基压裂液凝胶体系的流动曲线可用非线性共转Jeffreys本构方程进行表征,且模拟值与实验值吻合良好。

非交联型黄原胶/魔芋胶水基冻胶压裂液的研制

基于黄原胶(XG)和魔芋胶(KG)在水溶液中形成嵌合结构体的原理,研制了非化学交联型XG/KG冻胶压裂液,给出了压裂液配方.XG/KG压裂液的表观粘度与XG、KG用量及其配比有关,用量为0.62%+0.22%～0.46%+0.42%时超过200 mPa·s,用量0.51%+0.36%时最高,为330 mPa·s.对于0.50%XG/0.35%KG压裂液,其表观粘度随温度升高而减小,50～80℃时在50 mPa·s上下;pH值在7.0～4.2时维持高表观粘度,pH值＜4.2时表观粘度下降,pH值=1.0时仍＞210 mPa·s;盐度(KCl浓度)增大时表观粘度增大,盐度为30 g/L时接近400 mPa·s;30℃和80℃下的滤失性能、常温下陶粒的沉降速率均符合常规压裂要求;加入0.1%过硫酸铵和0.2%盐酸后,100～130℃下8小时破胶液粘度为5.4～2.5 mPa·s.该体系压裂液可用于碱敏、天然裂缝发育储层的压裂.图3表5参4.

延迟硅酸凝胶堵剂研究

用模数2.8～3.2、含量40%的硅酸钠(工业水玻璃)、一种活化剂(HHJ)和2种延迟活化剂(YHJ 1和YHJ 2)在清水中配成了可延迟胶凝的硅酸溶液,根据初凝时间和凝胶相对强度(用加荷圆锥沉入法估测)评价其胶凝性能。由3.0%水玻璃、0.1%HHJ、3.0%YHJ 1和0.3%YJH 2组成的基本配方溶胶溶液的初凝时间,60℃下为15d,80℃下为94h,110℃下为6.5h。对基本配方作适当调整,在不同温度下考察了组分用量的影响,得到以下结果:水玻璃最低必需量为2.0%;胶凝温度低时可加大HHJ用量;在高温(90℃)下加大YHJ 1用量,低温(40℃)下加大YHJ 2用量,均可导致初凝时间缩短。在初始水测渗透率1.97～2.63μm2的3支洗油砂填充管中注入实验配方溶胶并在90～95℃胶凝,水测渗透率降至0.164—0.263μm3,堵塞率为90.0%～91.7%,突破压力为1.0～1.5MPa/m。表7参4。

无固相弱凝胶钻井液技术

塔中油田志留系储层的平均孔隙度为8.25%~10.04%,平均渗透率为7.118×10-3~52.628×10-3μm2,属于特低渗储层,加上储层中存在微裂缝、构造缝和收缩缝,为固相颗粒和液相侵入提供了通道,固体很容易对储层造成伤害。通过室内研究优选出了弱凝胶无固相保护油气层钻井液。该钻井液具有独特的流变性,表观粘度低、动塑比高、低剪切速率粘度高、切力与时间无依赖性、即使在140℃下也具有良好的悬浮携砂能力、润滑性和抑制性,渗透率恢复值最高达97.5%。现场应用表明,无固相弱凝胶钻井液性能稳定,能够快速形成低渗透性泥饼,阻止外来流体的侵入,利于油气层保护,岩屑代表性好,荧光级别低,容易清洗,满足录井需要,并具有除H2S效果,维护简单,高温稳定性好,抗温可达140℃,能够满足井深为6450 m的超深井钻井施工的需要。

高温高盐油藏低化学交联疏水缔合聚合物成胶前溶液性能研究

针对高温高盐、低渗透油藏条件下凝胶强度、长期稳定性和大剂量注入能力之间的矛盾,提出了采用疏水缔合聚合物为主剂,物理"交联"和化学交联相结合的技术思路。提出了高温高盐、低渗透油藏条件下凝胶成胶前溶液应具备的性能要求,并且针对新疆石南4油藏条件,对以疏水缔合聚合物AP-P4为主剂的成胶前溶液进行了性能评价,试验表明,该溶液具有耐温抗盐、抗剪切、抗地层水冲稀、注入压力低的特点。

硼交联羟丙基瓜尔胶压裂液回收再用可行性研究

探讨了羟丙基瓜尔胶／硼冻胶压裂液回收再用的可行性。分析了谊压裂液冻胶在无通用破胶荆情况下的非降解性破胶机理，控制因素为pH值和温度，破胶液黏度最低可达基液水平。基于一种有机硼交联HPG冻胶压裂液的实验数据及文献资料，讨论了升温，使用缓释酸及稀释3种非降解性破胶方法。①根据压裂过程中裂缝附近温度场分布设计压裂液，携砂液耐温性只需达到裂缝内的较低温度．地层温度恢复后其黏度将大幅降低；使用产气生热荆可提高裂缝温度。②加入设定量未指明组成的缓释酸使实验压裂液120℃黏度降至〈40mPa·s。补加NaOH后黏度维持〉200mPa·s近3小时。③压裂液与地层水等量混合后破胶，黏度～20mPa·s，复合清水压裂工艺即基于此原理。不同泵注阶段示踪剂产出曲线表明．影响压裂液返排的因素不只是黏度，某些未破胶压裂液的返排率反而很高；如使用方法适当，缓释酸破胶的返排率可以达到通用氧化型破胶剂破胶的相同水平。国外实践表明．重复使用低分子量瓜尔胶压裂液可提高压裂效果。图7参9。

可快速交联低碳烃无水压裂液用胶凝剂的制备及性能评价

低碳烃压裂液用胶凝剂的合成方法脱胎于油基压裂液胶凝剂,两者分子结构的不同导致了其性能上的巨大差异。为了能够更精准地设计出适合低碳烃的胶凝剂,将胶凝剂中的烷基链分为两类,即提供物理交联点的高碳数烷基链和提高相容性能的低、中碳数烷基链。通过设计正交实验的方式合成多种胶凝剂样品,并通过对组分的极差分析、酸度值分析与交联时间分析相结合的方式筛选适合C5-C8低碳烃的胶凝剂。通过交联动力学实验测定了不同胶凝剂使用浓度下的交联情况,得出了胶凝剂的最佳使用浓度。使用流变仪测定最优条件下合成的胶凝剂样品的耐温耐剪切曲线。结果表明,胶液具有良好的耐剪切性能,在60℃条件下剪切2 h的过程中未出现明显的分子结构破坏,且尾粘为140 m Pa·s,可满足现场施工的需求。加入少量多元醇可制备含多元醇的胶凝剂样品。在其它条件相同的前提下,含有多元醇的胶凝剂样品具有更高的交联速率和成胶粘度,即为可快速交联的低碳烃无水压裂液用胶凝剂。

ZYEB胶囊破胶剂的研制

报道了最高使用温度～ 10 5℃的水基压裂液胶囊破胶剂ZYEB的研制。选择过硫酸铵为破胶剂 ,从 10余种材料中筛选出耐油的聚硫 偏丙乳液、防水的PVDC CP、强度好的硅改性纳米乳液 3种材料复合作囊衣。过硫酸铵粒径为 0 .4～ 0 .9mm ,采用Wurster流化床法制备胶囊破胶剂ZYEB ,介绍了制造过程。对ZYEB的性能作了实验评价 :在蒸馏水中的释放率 ,80℃下 1h为 8.6 % ,80℃下 2h为 36 .9% ;加入 0 .1%ZYEB的HPG/有机硼压裂液 ,在 80℃、170s-1下剪切 2h后粘度为 2 13.8mPa·s,粘度保留率为 6 5 .9% ,在 5 0MPa的流体静压力下保持 2h后粘度保留率 >4 0 % ;在 80℃的压裂液中加入 0 .1%压碎的ZYEB(压力 10MPa ,10min) ,30min内粘度下降 80 %以上 ,2h后粘度为 4 .5mPa·s ;加入 0 .1%ZYEB的压裂液 ,80℃时对渗透率～ 0 .0 18μm2 的岩心渗透率的伤害率为8.7% ,远小于国产破胶剂NEB 1和NEB 2造成的伤害率 ,与进口胶囊破胶剂INTEB造成的伤害率 (7.6 % )大体相当。图 3表 4参 7。

低碳烃无水压裂液交联流变动力学研究

本文以双烷基磷酸酯作为胶凝剂,络合铁作为交联剂,对煤油基压裂液和柴油基压裂液交联过程流变学进行了研究,并建立了交联过程流变动力学模型,分别表征煤油基压裂液和柴油基压裂液的交联过程。结果表明,可分别用二级和三级交联流变动力学模型描述煤油基压裂液和柴油基压裂液的交联过程,模拟值与实验值吻合良好,模型参数具有明确的物理意义;模型的结构变化速率常数k随着胶凝剂浓度的提高而减小,最大弹性模量G'max随着胶凝剂浓度的提高而增大。

一种新型低伤害合成聚合物冻胶压裂液体系

报道了题示压裂液体系的性能.合成聚合物稠化剂FA-200不含水不溶物,水溶液呈中性,被能造成酸性环境(pH值4～6)的交联剂AC-12交联而形成冻胶.依次增加稠化剂用量(0.25%～0.6%)和交联剂用量(0.5%～0.8%),加入1.0%乳化剂和1.0%助排剂,得到了适用温度为50℃、80℃、100℃、120℃、140℃的5个配方,在相应温度下剪切50～90 min保留粘度大于150、88、98、94、53 mPa·s,在变剪切之后粘度能恢复.该体系破胶剂为过硫酸铵,其加量随温度升高而减少,破胶彻底,破胶液粘度低.0.5%稠化剂压裂液破胶后残渣含量为125.6 mg/L.该体系压裂液特别适用于碱敏性地层和CO2泡沫压裂.图5表2参2.

高温低伤害压裂液性能优化与应用

中原油田应用的压裂液存在着残渣含量高、表面活性差、地层损害程度严重等问题。针对深井高温地层压裂改造的要求,采取了降低成胶剂残渣含量、提高液体表面活性、稳定地层粘土矿物、改善交联体系以及实行分段破胶等技术措施,使压裂液具有良好的高温稳定性与地层保护能力。新的压裂液体系主要由低残渣羟丙基胍胶、HY-605和HF-605高活性复合表面活性剂体系、新型油溶性树脂、复合型粘土稳定剂和高温延迟交联剂OB-99组成。高温低伤害压裂液体系在现场3井次应用表明,该压裂液保证了高砂比、大排量和复杂工艺条件下的压裂施工顺利进行,取得了显著的增产效果,压后初期日增油量为51.3 t,累计增油量为4900 t;日增天然气量为8300 m^3,累计增气量为124.5×10~4m^3。