瓜胶类压裂液耐温耐剪切性能影响因素研究

应用高温高压哈克流变仪,对影响压裂液耐温耐剪切性能的主要因素进行了测试分析,发现溶解时间、水质、瓜胶浓度、p H值、稳定剂,添加剂配伍性对瓜胶类压裂液耐温耐剪切性能均有影响。给出优化的配制和测试过程,进而提高检测效率和检测的准确性。

黄原胶及其衍生物的耐温耐剪切性能

耐温耐剪切性能是压裂液性能的重要参数,也是决定压裂施工成败的关键因素之一。为拓宽黄原胶非交联压裂液的应用范围,提高其压裂施工效果,针对黄原胶(XG)溶液的耐温耐剪切性能,研究了化学改性、构象等因素的影响。结果表明,化学改性可以显著增强黄原胶在低温下的耐温耐剪切性能,但对高温下的耐温耐剪切性能提升很小。化学改性可以促使黄原胶的网络结构和黏弹性能得到进一步增强,盐离子的加入可以促使改性黄原胶构象向双螺旋结构转变,将化学改性和盐离子同时作用于黄原胶,可以显著增强黄原胶的耐温耐剪切性能及其在高温下的支撑剂悬浮性能。此外,耐温耐剪切测试(180℃)前、后的流变性能对比表明,盐离子的加入可以增强黄原胶溶液在高温下的黏弹性能、触变性和表观黏度,使其在超高温下仍具有良好的携砂性能,拓宽了黄原胶和改性黄原胶作为非交联压裂液的适用范围。因此,通过化学改性和盐离子共同作用,可显著提高黄原胶压裂液的流变性能和耐温耐剪切性能,使得黄原胶非交联压裂液,特别是海水基改性黄原胶压裂液,具有优良的压裂性能和广阔的应用前景。

基于Moldflow评价注射成型材料中颜料红254的耐剪切性能

颜料红254(PR 254)是一种高性能有机颜料,其分子空间结构会在强剪切作用下被破坏而产生变色,需保证实际注塑时的剪切应力低于临界值。从颜料红254的变色机理入手,基于一系列注塑实验并结合Moldflow模拟分析,建立了颜料颜色、注射速度、剪切应力三者之间的关系,计算得出该颜料变色临界剪切应力为1.316 MPa。基于该方法,模拟计算得出另一款使用PR 254材料变色的注射速度为130 mm/s,与实测变色射速140 mm/s接近,验证了该方法的有效性。该研究可为模具设计和配方优化提供定量参考依据,有利于降低注塑试料成本,提高开模成功率。

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。

耐温耐剪切复合微球的合成及性能评价

聚丙烯酰胺微球是一种改善油藏非均质性的调剖剂,而常规聚丙烯酰胺微球耐温性、耐剪切性差,限制了微球适用范围。以丙烯酰胺为单体,Span80、Tween80为乳化剂,酚醛树脂为交联剂,在其他条件相同的条件下,采用单次引发法和二次引发法两种合成方案,通过反相悬浮法制备了两种AM/PF复合微球。结果表明,二次合成法AM/PF复合微球优于单次合成法的微球性能。二次合成法合成的AM/PF复合微球在140℃下能够稳定存在120 d,溶胀比率为4.93;在剪切速率为10000 r/min下剪切12 min,粒径下降率为7.69%。

海上油田耐温耐钙镁盐调驱体系研制

常规冻胶体系在钙镁离子含量较高的海上油田的稳定性较差。为了提高冻胶的耐钙镁盐能力,制备了一种由耐温非离子聚合物KF、有机醛类交联剂REL和有机酚类交联剂MNE和稳定剂WZ组成的耐温耐盐有机交联聚合物体系。利用成冻强度代码法和突破真空度法考察了聚合物质量分数、交联剂质量分数、稳定剂质量分数、温度、矿化度等因素对体系性能的影响。在此基础上优化出了130℃条件下适于某油田的冻胶体系配方：0.3%数0.6%耐温聚合物KF＋0.3%数0.9%交联剂REL＋交联剂0.3%数0.9%MNE＋2%稳定剂WZ,该体系成胶时间4数50 h可调,成冻强度在0.040数0.089 MPa可调。配方为0.6%聚合物KF＋0.6%交联剂REL＋0.6%交联剂MNE＋2%稳定剂WZ的成胶体系在高温（130℃）、高矿化度（一价盐2.0×10^5mg/L或二价盐8.0×10^3mg/L）条件下老化30 d体积保留率大于90%;经不同程度的岩心剪切后放置在130℃条件下老化30 d未发生脱水现象,且水驱10 PV封堵率仍保持90%以上,显示出较好的耐温抗盐性能和持续封堵能力。

清洁压裂液性能研究

低渗透油藏的开发主要采用水利压裂进行开采,压裂液的性能对于压裂施工的成败至关重要。通过室内合成阴离子双子表面活性剂DS-16-2-16,并将其作为主要成分配制成清洁压裂液,采用室内试验方式分析了该清洁压裂液的耐剪切性能、耐温性能、破胶性能和悬砂性能。试验发现:该压裂液对于温度敏感,但耐温性能较好,温度为90℃时仍具有较好的黏度;同时其抗剪切性能良好,在超过60 min的剪切作用下黏度变化幅度很小;该压裂液处于90℃时,其平均沉降速度为3.73 cm/min,仍然具有较好的携砂性能;清水的作用即可使得该压裂液完全破胶,是一种无污染的压裂液。通过对该压裂液体系的压裂液性能进行分析,得出其为一种可以满足工业压裂液施工的压裂液体系。

大规模体积压裂过程中压裂液性能表征方法研究

针对SY/T 5107-2016《水基压裂液性能评价方法》压裂液性能评价标准未能模拟大规模体积压裂过程中压裂液剪切历史,尤其缺少过炮眼高速剪切对压裂液性能影响的重要环节,项目开展模拟体积压裂施工全过程压裂液体系性能测试方法探索性研究。参照现场实际施工排量,模拟压裂液流经管柱、炮眼和裂缝不同阶段的剪切历史,同时,以压裂液破胶低伤害为前提进行破胶剂量优化,在此基础上进行压裂液流变性能测试,保证压裂液满足施工过程具备携砂性能和施工结束后一段时间内完全破胶的双重要求;采用透明平行板模型,考察使用条件下压裂液动态携砂性能,测试结果为大规模体积压裂“全裂缝支撑”提供设计依据。新方法测试结果表明,复合交联瓜胶压裂液体系和交联聚合物压裂液体系通过高速炮眼后黏度损失较大;乳液缔合型压裂液体系对破胶剂敏感,在满足破胶低伤害的前提下,动态携砂性能难以满足裂缝远端支撑剂铺置要求;低浓度瓜胶压裂液体系添加优化用量破胶剂,体系在施工排量下动态携砂性能良好,满足裂缝远端支撑剂铺置的技术目标。

醇胺改性有机硼交联剂研制及适用性评价

以硼砂、多元醇、多元醇胺为原料,合成了醇胺改性有机硼交联剂,采用单因素法考察了各合成因素对耐温性能和交联时间的影响。确定了最佳合成条件为:20%硼砂+5%多元醇+10%多元醇胺,70℃反应2 h。研发的有机硼交联剂配制的海水基压裂液具有良好的流变性和破胶性,交联时间60~120 s可调,在120℃、170 s^(-1)下剪切120 min后黏度能保持在70 mPa·s以上,破胶液黏度低于3 mPa·s,具有较好的应用性能。

大庆深层致密气藏高温压裂液的研制与应用

针对深层致密气藏储层埋藏深、岩性复杂且微裂缝发育、压裂施工规模大的特点,研制了深层致密气藏压裂液体系(CHTG),改变了传统压裂液受热、剪切快速降解的特点,研究了该压裂液体系性能.室内评价及现场应用表明:CHTG压裂液在170℃高温环境中性能稳定,在150℃条件下,压裂液抗剪切可达到4.0 h,同时可根据需要控制压裂液的流变性,降低压裂液摩阻,并当排量为7 m3/min时,CHTG压裂液的摩阻是清水的16.7%;采用的降滤剂能显著降低双重介质下的压裂液滤失,压裂后表皮因数为-5.92,2口井压后无阻流量超过100×104m3/d,其增产效果显著.

一种新型线性胶压裂液的室内评价及应用

从体系交联性能、耐温耐剪切性能、滤失性能、破胶性能、助排性能以及储层岩心伤害性能等对一种由人工合成的线性胶稠化剂配置而成的新型线性胶压裂液体系进行了室内评价,并在红河油田红河121井长81层进行了现场应用。室内评价结果及现场应用表明,新型线性胶压裂液体系携砂性好,60℃条件下连续剪切90min时压裂液黏度仍保持在100mPa·s左右;破胶彻底,残渣低,在储层温度下均能完全破胶,且180min内破胶液黏度均小于5mPa·s,60℃时破胶后的残渣含量为18mg/L;破胶液黏土防膨效果较强,防膨率达到82.5%;破胶液表、界面张力较低,55℃时,破胶液的表面张力为26.7mN/m,界面张力为1.24mN/m,利于压后返排;破胶液对岩心平均伤害率仅为15.3%,伤害较低,该压裂液既能满足现场压裂施工和压后快速破胶返排的需要,又利于保护储层。

疏水改性聚丙烯酰胺的反相微乳液聚合

以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、可聚合表面活性单体烷基二甲基烯丙基氯化铵为聚合单体,Span80和Tween60为复合乳化剂,白油为连续相,采用反相微乳液聚合,在氧化还原引发体系下制备了乳液型疏水改性聚丙烯酰胺;对主要聚合条件进行了优化,并对产物进行了表征和性能评价。实验结果表明,当可聚合表面活性单体含量为2%(w)、体系亲水亲油平衡值为9.16～9.82、引发剂加量为0.1%(w)时得到的聚合物最稳定。通过动态光散射测定该聚合物溶液的平均粒径为84.4 nm,粒径分布均匀;通过FTIR表征证明该聚合物的结构达到了设计要求;聚合物放置5个月无分层和沉淀,具有良好的稳定性。同时该聚合物具有良好的溶解性能,配制的基液黏度在5 min内基本稳定。由该聚合物配制的压裂液在90℃和120℃下以170 s^(-1)的速率剪切120 min后表观黏度大于30 mPa·s,具有良好的耐温耐剪切性能。

一种低浓度瓜胶压裂液用pH值调节剂

针对常规的羟丙基瓜胶和有机硼交联剂压裂液体系瓜胶使用量大、残渣多、成本高等问题,通过研究新型交联增效剂,改变交联环境,使有机硼交联剂在胶体体系内可以不断提供交联所需的B(OH)4-,保证常规羟丙基瓜胶在极限的低浓度下发挥出最高的成胶性能,从而达到降低瓜胶压裂液稠化剂用量、减少压裂液残渣对地层的伤害目的,形成了一系列在45~120℃下,能有效降低瓜胶用量的低浓度压裂液体系。与常规体系相比,羟丙基瓜胶的使用量下降20%~35%,体系的残渣量减少25%~30%,但体系的耐温性能、耐剪切性能,携砂能力不变,可充分保障施工要求,降低了压裂液体系对地层的伤害,也缩短了配液时间和施工成本。