一种超低密度支撑剂的可用性评价

常规支撑剂的密度一般比较大,严重影响着有效水力裂缝的形成,并难以应用于长缝压裂,超低密度支撑剂的使用能够增加裂缝有效长度,提高压裂井的增产效益。采用室内实验与软件模拟相结合的评价手段,对一种新型空心覆膜陶粒支撑剂(ST-I)进行酸溶解度、抗破碎率等基本性能评价,分析了其导流能力在不同闭合压力、铺砂浓度下的变化规律。同时将这种超低密度支撑剂与普通陶粒支撑剂进行性能比较,测试了其在不同压裂液黏度下的沉降特性。结果表明,该支撑剂具有较好的物理、导流性能,在压裂液中的沉降速度较普通陶粒支撑剂明显较慢,完全满足长缝压裂的基本要求。通过后期合理的压裂施工设计,能够形成有效支撑半缝长达到180 m左右的裂缝。

低密度支撑剂用酚醛/环氧树脂改性复合材料的研究

采用液体酚醛树脂浸渍,再用环氧树脂包覆的方法制备了以坚果壳为基体的低密度支撑剂用复合材料,通过IN STRON万能材料试验机,TGA,SEM等测试手段测试了复合材料的性能。研究表明,浸渍的酚醛树脂溶液浓度达到70%时,复合材料在60M Pa压力下变形量有一最小值;随着颗粒表面包覆层环氧树脂量的增加,复合材料在60M Pa压力下变形量逐渐减少,当树脂量大于25%时,变形量变化不大;TGA表明复合材料耐热性提高;SEM发现未包覆改性的颗粒表面有较多孔洞,包覆改性后的复合材料表面较光滑,孔洞明显减少;显微镜照片显示未包覆改性的颗粒60M Pa压力下严重破裂,而复合材料没有破裂现象,且颗粒表面有明显的树脂层;吸水能力由30.45%降至6.58%,耐溶剂性能明显提高。

复杂裂缝中低密度支撑剂铺置数值模拟

低密度支撑剂具有沉降速度慢、有效支撑缝隙长等特性,在缝网压裂中的应用越来越广泛。目前低密度支撑剂在复杂裂缝中运移铺置规律研究较少,且主要通过室内实验开展分析。基于计算流体力学(CFD),建立了压裂液和低密度支撑剂的液固两相流数学模型,运用有限体积法进行求解,通过与室内实验结果对比验证了模型的可靠性与准确性,分析了低密度支撑剂在复杂裂缝中的沉降运移规律及其与常规支撑剂的区别,研究了铺置过程中泵注排量、砂比、压裂液黏度以及裂缝夹角的影响因素。结果表明:低密度支撑剂体系运移能力更好,降低了在缝口处的沉降堆积,在复杂裂缝中铺置更均匀;采用大排量、高黏度压裂液可减缓低密度支撑剂在分支缝的阻力效应,更好地铺置裂缝深处,但缝口支撑剂更易被卷起,形成不均匀砂堤;在现场施工时,建议初期采用大排量、高黏压裂液携带低密度支撑剂铺置缝网远端,后期用大排量、低黏度尾追中—高密度支撑剂铺置裂缝近端;裂缝夹角对低密度支撑剂铺置运移影响较小,采用低密度支撑剂可以减缓沉降,有效避免裂缝相交处发生砂堵。

体积压裂低密度支撑剂运移模拟研究

低密度支撑剂在裂缝中的沉降速度较慢,容易随压裂液进入裂缝深处,可以大幅提高压裂后的增产效果,在压裂过程中得到了越来越广泛的应用。为研究体积压裂过程中低密度支撑剂在复杂裂缝中的运移规律,基于计算流体力学,建立欧拉-欧拉固液两相流模型,系统分析不同注入排量、压裂液黏度、注入砂比对支撑剂分布状态的影响。同时开展支撑剂动态运移实验与模拟结果进行对比,结果表明:数值模拟与物理实验所得规律相同,提高泵注排量和增大压裂液黏度可使支撑剂运移到裂缝更深处,增大注入支撑剂含量可有效提高裂缝中形成的砂堤高度,但当砂比增加到15%以上时砂堤平衡高度增长率变小,综合考虑经济性和压裂后的增产效果,现场压裂施工时选取泵注排量5 m^(3)/min,压裂液黏度10 MPa·s,砂比为10%储层改善效果较好。

煤层气水力压裂缝内变密度支撑剂运移规律

针对煤层气水力压裂有效支撑缝长过短且缝内铺砂浓度分布不均匀的问题,研究变密度支撑剂颗粒在裂缝内的运移规律。采用Pseudo Fluid模型考虑了裂缝内支撑剂颗粒之间的相互影响,借助Visual Studio 2012设计平台编制相应计算软件,并通过与现场监测值进行对比,校核了软件计算的准确性。讨论了压裂液黏度、裂缝壁面、排量和支撑剂密度等参数对缝内铺砂浓度和有效支撑缝长影响规律,分析了超低密度支撑剂在不同围压和温度工况下的破碎率。结果表明:坚果壳支撑剂在围压为69 MPa、环境温度为90℃工况下破碎率<2%,满足现场需求;随着压裂液黏度、施工排量增加,裂缝支撑长度增加,缝内铺砂更加均匀;支撑剂颗粒直径增加使得裂缝支撑长度降低;采用变密度支撑剂较单一陶粒砂有效支撑半缝长增加了19.5 m,且铺砂效果更均匀。

一种低密度压裂液支撑剂的研究

本文选用20～40目的坚果壳颗粒,以85%的酚醛树脂乙醇溶液为浸渍液,采用真空浸渍法得到一次包覆支撑剂样品1#,采用涂覆浸渍法得到二次、三次包覆支撑剂样品2#和3#。并对所得支撑剂样品的密度、吸水率、压缩形变率、圆度和球度及导流能力等性能进行了测试。实验结果表明:所得支撑剂的堆密度为0.85 g/cm3,真密度为1.24 g/cm3。随着包覆次数的增加,60℃下支撑剂的吸水率逐渐减小。60℃水中浸泡24 h后,压缩形变率在30 MPa闭合压力下由6.5%(1#)降至3.9%(3#);60 MPa闭合压力下由18.3%(1#)降至14.8%(3#)。随着包覆次数的增加,支撑剂的圆度与球度率略有减小,圆度在0.82～0.86之间,球度在0.84～0.86之间。随包覆次数的增加,支撑剂的导流能力增强,在60℃、20 MPa闭合压力下,短期导流能力由1#的24μm2.cm提高到3#的115μm2.cm,30 MPa闭合压力下,由1#的4.5μm2.cm提高到3#的33μm2.cm;3#支撑剂在60℃、20 MPa闭合压力下的长期导流能力最终稳定在10μm2.cm左右。

低密度陶粒支撑剂的水敏老化机理研究

低密度陶粒支撑剂良好的性能在非常规能源开采工作中显得十分重要。针对低密度陶粒支撑剂在地层水服役期间性能退化的现象,本文选取两种不同规格的支撑剂,在地层水中浸泡不同时间后取出,采用XRF、XPS、XRD、SEM、TEM对浸泡前后的支撑剂进行表征,探索支撑剂老化机理。结果显示:支撑剂中ClO_(2)含量增加,Al2O_(3)、SiO_(2)含量减少,地层水中Cl^(-)、HCO_(3)^(-)含量减少;XPS检测出Cl 2p峰和Cl 2s峰;XRD检测出新相SiCl_(4)。以上结果证实,地层水中的Cl^(-)扩散到支撑剂表面与SiO_(2)反应生成SiCl_(4),SiCl_(4)进一步水化生成硅凝胶或硅酸凝胶包覆在支撑剂表面。支撑剂中Al_(2)O_(3)会与地层水中H^(+)(酸性环境)反应生成Al^(3+),Al^(3+)再与HCO_(3)^(-)反应生成Al(OH)_(3)沉淀进入地层水中。地层水中大量的Cl^(-)和H^(+)共同作用,使支撑剂从表面开始侵蚀,导致支撑剂内部结构致密化程度降低,结构松散,从而使支撑剂的抗破碎能力降低,性能退化。

水力压裂低密度支撑剂铺置规律研究及应用

水力压裂过程中支撑剂在裂缝中铺置情况对增产效果的影响很大。研究低密度支撑剂在清水、0.08%HPG基液、0.3%HPG基液3种不同黏度的流体介质在不同排量(分别为1、2、4、6 m3/h)、不同砂比(5%、10%、15%、20%)条件下的砂堤铺置形态。通过线性拟合计算发现,随着排量增大,支撑剂的水平运移速度增大,垂直运移速度减小,支撑剂在沉降过程中出现"波动"状态;当缝口流速较小时(不大于0.5 m/s),支撑剂水平运移速度增长量较快;缝口流速较大时(大于0.5 m/s),支撑剂水平运移速度增长量减缓。目前已完成3口井低密度支撑剂现场应用试验,平均无阻流量为28.015×104 m3/d,是常规井的1.91倍,对现场施工具有良好的指导作用。

ULW—1.05超低密度支撑剂评价及应用

在分析ULW—1.05超低密度支撑剂参数与特点的基础上,研究常见支撑剂的最小携带运移速度、在滑溜水中的沉降速度和不同闭合压力下的裂缝导流率。结果表明:ULW—1.05型超低密度支撑剂沉降速度最低,超低密度支撑剂的导流率是常规支撑剂导流率的3倍。开展室内实验研究了常规支撑剂用量和粒径大小对压裂效果的影响,结果表明:超低密度支撑剂与同粒径传统支撑剂相比,有效支撑裂缝面积提高5倍以上,与小粒径的常规支撑剂相比,有效支撑裂缝面积提高4倍以上;超低密度支撑剂单层分布与常规支撑剂多层分布相比,裂缝导流能力更高。该支撑剂在大庆油田A井和B井应用后增油2.1 t,比同区块临井平均采油强度提高0.47 t/m,增产效果明显。

北美压裂用低密度支撑剂技术的进展

本文总结了北美最具代表性的七个低密度支撑剂产品,包括通过采用低密度材料制备,通过改变表面性能使得表面聚集气泡从而减低支撑剂的表观比重,或通过表面水溶性聚合物涂层溶胀以将表观比重降低,以及它们在现场运用中的情况。本文的目的是通过提供北美当前低密度支撑剂技术的概述以及现场应用的案例分析,促进对低密度支撑剂新技术的研发。

川西中浅层井低密度支撑剂脉冲压裂技术

四川盆地低渗气藏运用脉冲压裂技术取得了降本与增效的双重效果,为了经济高效地对低渗气藏进行开发,将低密度支撑剂运用到脉冲压裂中。室内实验和软件模拟结果表明纤维加量是影响通道率的主要因素;长度9 mm纤维加量为0.5%时,支撑剂砂团的稳定性较好;对于低密度支撑剂脉冲压裂,采用间隔液用量递增工艺时,有利于形成开放式流动通道网;脉冲间隔2~2.5 min,排量3~5 m^(3)/min时,为最优工艺参数。在中江气藏沙溪庙组进行了4口水平井的现场应用,平均无阻流量增幅显著,压裂增产效果良好。该技术对川西中浅层低渗致密砂岩水平井压裂具有一定指导作用。

低密度支撑剂在垂直裂缝储层应用的适应性分析

目前葡萄花油田压裂应用支撑剂主要为石英砂和陶粒,由于其视密度较大,导致在垂直裂缝中沉降速度快,纵向上铺置不均匀,裂缝支撑体积受限,影响改造效果。为此在垂直缝储层上,提出开展低密度支撑剂试验,其满足清水、滑溜水等低黏度压裂液的携砂要求,降低现场施工难度,减少入井液残渣伤害,节能环保。由于其密度低(1.052~1.08 g/cm^3)、承压能力强(52~86 MPa)可有效提高垂直缝纵向铺砂浓度从而降低支撑剂用量1/4~1/3,减小施工规模。通过施工参数及施工规模优化,提高储层的动用程度和导流能力,提高垂直裂缝改造效果。从现场应用效果来看,单井投入产出提高约8%,平均单井次创经济效益8.8万元。

常规压裂作业中一种新型超低密度支撑剂输送体系的开发

随着超低密度支撑剂用量的增加,遇到了几个施工操作上的问题。由于超低密度支撑剂和基液密度差异很小,常规测量系统不适用,支撑剂的混合和计量遇到了困难。由于滑溜水压裂时超低密度支撑剂浓度较低,操作更加复杂;通常支撑剂的起始浓度为60kg/m3。用一种可用泵抽汲的输送流体悬浮超低密度支撑剂来解决这个问题。高浓度的支撑剂混合液可在基地配制,然后运送到施工现场,用清水或线性胶稀释后泵送,或者像泡沫一样泵送。本文详述了新一代超低密度支撑剂的开发、现场试验以及成功应用,把这种新颖的输送想法应用到了常规压裂作业中,使得压裂作业利用最少的设备和人力,能在很小和(或)很偏僻的地方进行。运用该技术在设备利用非常紧张和另外需要压裂船的地区能进行更多次的压裂作业。

低密度支撑剂在Appalachian低渗砂岩气田的应用

就压裂液携带支撑剂能力问题而言,绝大部分注意力和经费开支一直集中于压裂液的性能方面。低黏压裂液在有些情况下是具有成本效益的,但由于其携带支撑剂能力较差,要获得较长、更为有效的支撑缝长较困难。影响携带支撑剂能力的因素有好几个,而其中最易忽略的一个因素就是支撑剂密度。根据Stoke定律计算,尺寸大小同样为20/40目条件下,密度为1.25g/cm3的支撑剂在液体中的最终沉降速度比白渥太华砂低4倍。计算机模拟和应用实例都说明:低密度支撑剂产层覆盖性好;使用低密度支撑剂进行水力压裂产生的支撑裂缝长。美国东北部Appalachian盆地低渗砂岩气田为了解决成本投入与增加生产之间的矛盾、实现低成本开发,自2003年以来在压裂作业中应用了低密度(1.25g/cm3)支撑剂(主要使用淡水和低密度稠化水压裂液体系),应用地层包括UpperDevonian(上泥盆纪)砂岩、Devonian页岩和SilurianMedina(志留纪麦迪纳统)砂岩,应用区域包括纽约州、宾夕法尼亚州、俄亥俄州、佛吉尼亚州,处理井次超过300(其中2003年7月至2004年7月期间超过40井次)。4个州的现场应用实例说明了低密度支撑剂压裂的短期和长期生产回报,证实了这种新技术的应用可行性;其中一个使用低密度支撑剂和砂的泡沫压裂实例经示踪剂测井说明,砂沉降到了产层以下,而低密度支撑剂则充填在产层中。

聚合物在低密度支撑剂中的应用研究进展

低密度支撑剂的设计、合成及应用,对于低渗石油和天然气的高效以及清洁开采具有重要的意义。在简要介绍水力压裂及传统支撑剂应用的基础上,系统总结了聚合物在低密度支撑剂中的应用进展,包括覆膜砂、覆膜陶粒、覆膜果壳,特别是聚合物基超低密度支撑剂等,并对其今后的发展方向和前景进行了展望。

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。

页岩气藏清水压裂悬砂效果提升实验

针对页岩气藏压裂中清水压裂悬砂效果较差问题,分析压裂液和支撑剂性质,通过实验提出增强清水压裂悬砂效果方法:纤维复合清水压裂液技术和超低密度支撑剂技术.结果表明:纤维的加入不仅使清水压裂液的悬砂性能得到提高,同时还可以显著降低液体摩阻.低密度支撑剂可以降低沉降速度50%以上.综合采用纤维复合清水压裂液技术和超低密度支撑剂技术,支撑剂2h的沉降率为17%.不仅可以提高清水压裂的开发效果,还可以降低对地面泵车排量的要求,对于页岩气藏的开发具有指导意义.

深埋煤层气藏水力压裂增产技术探讨

作为非常规天然气的煤层气,勘探开发技术具有特殊性。水力压裂增产技术在浅部煤层气开发中已经得到广泛应用。埋深大于1 000 m的深埋煤层气资源量巨大,占我国煤层气总资源量的61.2%。较之浅煤层,深煤层具有高地应力、高地温、高岩溶水压、强烈的开采扰动的工程力学特征。深埋煤层气藏水力压裂增产面临着井壁稳定难、人工裂缝延伸规律性差、支撑剂有效输运难、煤层渗透率保护困难、煤层气吸附解析规律复杂等难题。鉴于此,有必要在现有的浅煤层压裂增产技术基础上,研制超低密度支撑剂和多重功效的压裂工作液体系,形成深埋煤层气体积压裂的配套技术,从而推动深埋煤层气压裂增产技术的发展。

深煤层直井水力压裂难点剖析及技术对策

分析沁水盆地南部深煤层的储层地质特征,认为深煤层压裂的难点主要体现在:难形成有效缝网、储层伤害严重、难反排及支撑剂输运困难。为解决上述难题提出了三项技术对策。

“水压裂”技术在超低渗透油藏的适用性探靛

在对国内外“水压裂”技术调研的基础上，结合长庆超低渗透储层特点，提出了“水压裂”＋超低密度支撑剂的压裂改造技术思路，并进行了适应性分析，初步开展了室内评价实验。分析结果表明，“水压裂”＋超低密度支撑剂技术．可以降低压裂液对储层和裂缝导流能力的伤害，降低施工成本，提高增产效果，是超低渗透油藏增产改造的发展方向．