微泡流体在压裂与提高采收率中的研究与应用.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:中国博士后科学基金第 批面上资助()吉林大学教育部地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心开放课题()雄安新区科技创新专项()作者简介:朱文茜()女河南南阳人讲师博士从事地热能勘探与开发研究工作 电话:.通信作者:郑秀华 :.微泡流体在压裂与提高采收率中的研究与应用朱文茜郑秀华(.河南大学 土木建筑学院河南 郑州.吉林大学 地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心吉林 长春.中国地质大学(北京)工程技术学院北京)摘 要:综述了现有泡沫流体在压裂和提高采收率中的研究进展与应用特性提出泡沫流体仍存在苛刻环境下稳定性不足、提高采收率有限、伤害储层等问题 介绍了一种可循环微泡沫流体()分析论证 作为压裂液和驱替液在提高采收率中具有良好的应用前景并提出对其未来研究的展望关键词:微泡流体泡沫流体压裂提高采收率研究进展中图分类号:.文献标识码:文章编号:()()()(.():.().:随着全球油气资源需求日益增长开采逐渐转向低压、低渗、低孔隙度非常规油气藏构建水平井多裂缝网络和水力压裂是改造储层、提高采收率的有效措施 为降低二次储层伤害、提高储层采收率泡沫压裂液备受关注该体系具有地层伤害小、携砂能力强、返排迅速、滤失量低、裂缝表面积大的优点特别适合水敏、低压低渗等非常规储层的压裂改造本文综述了泡沫流体在压裂和提高采收率中的研究进展与应用特性提出其仍存在苛刻环境下稳定性不足、采收率提高有限、伤害储层等问题进一步介绍了稳定性更高、滤失量低、不需专用控压设备的可循环微泡沫流体()分析论证了 作为压裂液和驱替液在提高采收率中具有良好的应用前景 用于压裂和驱油的泡沫流体的研究进展与存在的问题.压裂压裂液是水力压裂中的工作液具有传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用对压裂施工及施工后油气井增产效果至关重要 理想的压裂液应该:具备高表观黏度和悬浮性以确保支撑剂在裂缝表面的有效运输、分布和放置与地层流体和岩石的相容性好地层损害低兼具低成本和环保性向泡沫中加入聚合物、膨润土等可提高泡沫稳定性和储层条件下支撑剂的携带能力优选配比下(.瓜尔胶 .膨润土)质量的泡沫可在 时保持足够的黏度悬浮 支撑剂超过 也有学者认为加入聚合物或其他增稠剂来增加泡沫基压裂液的黏度和稳定性会引起裂缝面堵塞、裂缝导流能力降低聚合物分子的高温降解也使得储层条件下支撑剂与泡沫分离导致支撑剂分布不佳不含聚合物的黏弹性表面活性剂()泡沫压裂液可有效避免上述问题 泡沫的高温稳定机制是在基液中形成了缠绕的蠕虫状胶束表观黏度上升有效减慢液膜的析液速度促使 泡第 期朱文茜等:微泡流体在压裂与提高采收率中的研究与应用沫半衰期延长 个数量级 但是 仍存在抗温抗盐性不足、地层伤害明显(易吸附于电负性岩石表面、润湿反转)、成本高等问题纳米泡沫压裂体系备受关注因为纳米颗粒可发挥稳定泡沫和支撑/增强水力裂缝的双重作用吸附的纳米 可充当连接点将蠕虫状胶束连接在一起形成更强的网络结构减缓泡沫粗化和合并.纳米 颗粒使泡沫稳定性提高了 倍()可更好地悬浮支撑剂、保持导流能力 纳米材料的引入为提高泡沫压裂液的井下稳定性提供了一条新途径但其稳定泡沫压裂液的流变特性和支撑剂输送能力仍有待广泛研究目前泡沫压裂液在施工技术层面仍然存在一些问题:包括表面活性剂在储层岩石上的吸附、气液两相导致施工管线中摩阻高、压力损失大以及返排液主要以泡沫形式存在地面处理成本高 此外泡沫是热力学不稳定体系阴离子型表面活性剂在高矿化度条件下失效保证泡沫压裂液的起泡性和稳定性的前提下、最大程度提升流体性能是当前研究的主题.提高采收率()泡沫驱油技术是提高原油采收率的重要手段在驱油过程结束后大量的温室 气体还可安全埋藏在地下从而达到原油增产与环境保护的双重目的 但由于气体流动性高气体驱油存在着密度效应、气窜和非均质多孔介质中较差的波及效率等缺点刘祖鹏等发现 泡沫能增加流体在裂缝中的流动阻力通过形成横向压差有效降低驱替液流度水/气驱之后采用 泡沫驱的岩心采收率分别增加了 杜东兴等指出超临界泡沫未进一步提高对油相的驱替效果分析沿程压差发现是由于泡沫在多孔介质试样内起泡性能较差 等证明纳米 颗粒在驱油过程中可有效稳定 泡沫使原油采收率提高了 倍尽管实践证明 泡沫驱油具有较好的效果但 泡沫驱在大规模推广能力之前仍要解决下述问题:泡沫体系在地层中存在泡沫稳定性差、作用距离有限表面活性剂在地层岩石上的吸附、采出液乳化严重等 微泡流体在水力压裂中的应用鉴于泡沫流体存在的问题近年来一种比表面积巨大、稳定性良好的微泡沫()在油气藏钻探领域受到了高度关注 微泡流体具有泡沫流体的优势包括含水量和滤失量低、黏度高、携带性强还具有不同于常规泡沫的应用特性这进一步保证了其在压裂工作中应用的可能性()稳定性高 微泡沫是由表面活性剂和生物聚合物制备的粒径约 的胶质气体泡沫具有独特的“一核三膜”结构独特的结构使得微泡在恶劣环境下更能保持稳定()无需专用设备且可循环 微泡是以高于临界速度(/)的机械搅拌或管线的剪切作用形成在现场使用过程中无需空压机等附加设备还可以循环使用()抗高压性强 微泡的抗压能力是传统泡沫的近 倍 测试和高压显微镜证明了微泡在至少 /.可以稳定存在可保证流体黏度、携带支撑剂()足够的抗高温性 中国地质大学(北京)郑秀华与河南大学朱文茜致力于开发适用于高温地热钻井的微泡流体构建了抗高温()、抗盐 抗 钙(、.)的 微 泡 体系高温储层条件下微泡良好的稳定性是其发挥作用的前提()微泡具有暂堵性 微泡已被证明是一种具有强密封能力的流体且微泡彼此之间、微泡与地层岩石表面均无亲和性在压差作用下可轻易地返排可最大程度地保护储层何晓庆报道了微泡流体在密西西比压裂白云石质灰岩气藏现场的应用情况:成功压裂了目标层且无微泡流入储层但微泡受波动压力和抽汲压力的影响快速失稳携带支撑剂效率为预计的 这启发学者们在研究微泡稳定性时应考虑井下压力的作用国内郭本广等率先提出利用微泡的封堵转向机理对煤层气储层进行改造大直径微泡封堵漏失通道后压裂液进入渗透率小的储层开展造缝、扩缝进而提高煤层压裂效率 刘观军等制备了脂肪酰胺丙基二甲基叔胺()增稠剂以为起泡剂开发了抗温 的微泡沫酸性清洁压裂液体系该体系具有高黏度、低滤失和高携砂性加入 原油后可在 内破胶 等申请了一项国际发明专利他们混合了 的水、.增黏剂(丙烯酸酯聚合物和/或至少一种生物聚合物)、.表面活性剂、烃流体、制备了稳定的可生物降解微泡沫压裂液可用于采收碳氢化合物沉积物张雨采用黏弹性表面活性剂胶束与热释电纳米颗粒()复合溶液为稳泡材料制备了微泡沫压裂液体系(式)该体系在高温下()具有满足压裂液行业要求的携砂性(静./)具有耐温耐剪切性无需添加破胶剂便可实现彻底破胶 其抗温原理是:当温度升高/降低时表面活性剂胶束将在球形与蠕虫状之间发生转变而热释电纳米颗粒表面随温度升高释放应用化工第 卷电荷产生协同效应在最新的研究中张晓晗复合了疏水改性水溶性聚电解质()与 采用气流法和加压减压法制备了具有高稳定性的 微泡该微泡体系完全满足支撑剂最大允许沉降速率要求其界面电性使其具有自润滑作用有利于降低流体摩阻 微泡流体在提高采收率()中的应用迄今为止一些研究人员已经通过实验研究了 在多孔介质中的流动、封堵、驱油特性中国石油大学(华东)史胜龙等率先分析注油速率、微泡流体组成、储层非均质性对其在多孔介质中流动阻力的影响以及气液成分和温度对剩余油采收率的影响结果表明微泡有效阻断了孔隙介质提高了砂层注水后的采收率(三次采收率提高了.)但是研究也指出微泡随温度升高而不稳定在 时采收率下降了.等研究了纳米微泡流体在裂缝性多孔介质中的封堵和滤失控制能力 通过压降分析和显微镜观察发现 中发生片层分裂时形成更多的小气泡改变了裂缝中大气泡的方向增大了多孔介质的压降 在裂缝/非裂缝型非均质储层渗透率恢复值分别为.证明 可在孔隙结构中建立有效密封、降低储层伤害 等构建了二维孔/裂隙微模型可视化研究了 微泡在非均质/裂缝模型中的完整的驱油流程:运移桥接扩大侵入降低界面张力回收 注入 微泡约 后微泡能够从基质和裂缝中清除几乎所有的油 等发现微泡在非均质低渗区比二次清水驱的采收率增加了.微泡的三次采收率(.)优于 注气(.)和普通微泡(.)微泡在增加波及面积方面具有优势 等利用单乙醇胺()提高了 微泡在轻质原油中的溶解度降低了油的黏度在 微泡驱油实验中、分别使采收率提高了这进一步提高了 微泡在 作业中的应用潜力 等通过一系列砂层驱油实验研究了影响微泡在非均质地层驱油效率的因素发现当气液比为 时 微泡的封堵能力达到最佳值 随后该课题组进一步研究了聚合物、表面活性剂和盐浓度对 微泡粒径分布的影响规律发现 微泡直径随聚合物和表面活性剂浓度的增加而减小、随 浓度的增加而增大该研究结果有利于指导微泡在 工作中的设计 结论与展望本文综述了近几年来用于压裂和驱油的泡沫流体的研究进展提出目前仍存在下述问题:泡沫抗高温性不足、在储层条件下稳定性差这会影响对支撑剂的携带、运输、分布导致作用距离有限表面活性剂存在岩石吸附、伤害储层、成本高、采出液乳化严重等问题本文介绍了一种可循环微泡沫流体指出其在提高采收率的应用中具有稳定性高、储层保护效果显著、施工工艺简单有利于降低成本等优势进一步论证了微泡流体在提高采收率中具有应用潜力并提出了用于提高采收率的微泡流体未来的研究方向()在保证泡沫压裂液的起泡性和稳定性的前提下最大程度提升流体性能是当前研究的主题进一步突破其抗高温、抗盐抗钙性制备更适合苛刻储层条件的微泡流体()微泡沫具有黏弹性与暂堵特性建议研究微泡在储层条件下的承压能力评估其作为支撑剂的潜力和与地层的配伍性()深入研究各因素对微泡流体性能的影响规律实现在储层条件下对微泡流体应用性能的精确调控构建微泡流体与储层的配伍性关系提高压裂和驱油效率参考文献:.:.:.:.():.:.罗明良贾自龙刘佳林等.压裂酸化用粘弹性表面活性剂溶液研究进展.应用化工():.吕其超李兆敏李宾飞等.双子型 清洁泡沫压裂液稳泡性能.中南大学学报(自然科学版)():.潘一王瞳煜杨双春等.黏弹性表面活性剂压裂液的研究与应用进展.化工进展():.第 期朱文茜等:微泡流体在压裂与提高采收率中的研究与应用 .:.:.毛峥李亭刘德华等.纳米材料在水力压裂中的应用研究进展.应用化工():.刘祖鹏李宾飞赵方剑.低渗透油藏 泡沫驱室内评价及数值模拟研究.石油与天然气化工():.李士伦汤勇侯承希.注 提高采收率技术现状及发展趋势.油气藏评价与开发():.杜东兴郑利晨张旭等.多孔介质内超临界 流体及泡沫驱油特性的比较实验研究.化工学报():.:.:.():.():.:.():.:.:.:.():.():.().():./.():.何晓庆王相春张鹏等.采用微泡流体技术进行完井修井作业.国外油田工程():.郭本广郑力会孟尚志等.绒囊工作液在煤层气勘探开发中的应用前景.资源与产业():.刘观军李小瑞丁里等.微泡沫酸性清洁压裂液的制备及性能.精细化工():.(.)(.):.张雨.基于温敏稳泡体系的微泡沫压裂液制备与稳定机 理 研 究 .青 岛:中 国 石 油 大 学(华 东):.张晓晗.用于提高低渗透页岩油气藏采收率的 泡沬压裂液体系的研究.济南:山东大学:.:.().:.:.():.:.:.:.():.