低浓度聚合物压裂液体系研究与应用效果评价讲课讲稿.doc

低浓度聚合物压裂液体系研究与应用效果评价精品文档第 34 卷第 3 期钻采工艺收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 Vol 34No 3DRILLING PRODUCTION TECHNOLOGY91低浓度聚合物压裂液体系研究与应用效果评价朱辉明，卢红杰，沈彬彬，谢金丁，马云瑞，谢泽洪（ 吐哈油田公司井下技术作业公司技术开发部）朱辉明等低浓度聚合物压裂液体系研究与应用效果评价 钻采工艺，2011，34（ 3） ： 91 94，99摘要：聚合物压裂液冻胶体系在压裂施工过程中会在裂缝中和裂缝壁留下残渣造成储层伤害，降低聚合物浓度可以减轻这种伤害，但又会遇到冻胶体系黏弹性降低支撑剂沉降的问题，因此，研究优选满足携砂要求的低浓度聚合物压裂液体系具有实际意义。用实验方法研究了低浓度聚合物压裂液的增稠剂、交联剂及破胶剂，并评价了压裂液体系的抗温抗剪切性能、流变性能、携砂性能、破胶性能、低伤害性能、防膨性能和滤失性能。实验结果表明，低浓度聚合物压裂液的浓度为常规聚合物压裂液浓度一半时即可满足压裂时的携砂要求，抗温抗剪切性能优于清洁压裂液和常规聚合物压裂液，并且破胶后的残渣量明显减少，降低了对储层的伤害程度，是一种较为环保的低伤害压裂液。关键词：低浓度聚合物；压裂液体系；增稠剂；交联剂；破胶中图分类号：TE 357 12文献标识码：ADOI：10 3969 / J ISSN 1006 768X 2011 03 27（ 聚氧 化 乙 烯 ）和 PHPAM 合 成 的 聚 合 物 （ 分 子 量一、低浓度聚物压裂液的主要性能压裂液的性能直接影响着压裂效果和井的注采能力。由于胍胶、羟乙基纤维素等高分子聚合物会在裂缝中留下残渣而伤害储层，造成地层渗流能力降低和产能下降1，2，因此，低浓度、低残渣、低伤害的压裂液材料就成了除清洁压裂液外的首选3 8。低浓度聚物压裂液性能介于胍胶压裂液与清洁压裂液二者之间，既有聚合物压裂液的高黏弹性又有清600 万，标记为 Z4） 以及自合成的聚合物 HM（ 高分子聚合物，分 子 量 1 200万，水 解 度 25% ，标 记 为Z5） ，并分别筛选出各聚合物的交联剂，标记为 J1、J2、J3、J4、J5。选用过硫酸钠作为破胶剂，在 70 下恒温 8 h 使压裂液彻底破胶后，测定残渣含量，结果见表 2。表 1低浓度聚物压裂液的性能指标洁压裂液的低伤害性。低浓度提升了其经济性，在降本增效、保护油层的大背景下更受油田的欢迎。低浓度聚物压裂液主要由增稠剂、交联剂、破胶剂、pH 调节剂、黏土稳定剂等成分组成，其主要性能见表 1。二、压裂液体系研究1.增稠剂优选及评价增稠剂作为压裂液的主剂，目前主要应用天然植物胶及其衍生物和人工合成类聚合物。选取已经商业化的人工合成聚合物PAM（聚丙烯酰胺，分子量 400 万 600 万，实验中标记为 Z1） 、PHPAM1（ 部序号12345678参数剪切稳定性温度稳定性耐温性破胶液黏度破胶液表面张力破胶液 柴油界面张力残渣含量交联时间性能指标170s 1 剪切 60min表观黏度50mPas30 110 恒温 60min表观黏度50mPas30 110 恒温 60min表观黏度50mPas10 mPas26 mN / m5 mN / m300 mg / L180 s分水解聚丙烯酰胺，分子量 400 万 600 万，水解度10% 15% ，标记为 Z2） 、PHPAM2 （ 分子量 800 万 1000 万，水 解 度 20% 30% ，标 记 为Z3） 、PEO收稿日期： 2010 12 25结果表明，Z1 + J1、Z4 + J4、Z5 + J5 三组压裂液冻胶破胶后，残渣含量基本符合要求，初选该三组压裂液作为基本体系，进一步优选。作者简介： 朱辉明（ 1959 ） ，工程师，1986 年毕业于西安交通大学内燃机专业，长期从事油田开发技术研究工作。地址： （ 838200） 新疆鄯善县 62 号信箱井下技术作业公司工程管理科，电话： [phone]，E mail： zhuhuiming petrochina com cn钻采工艺2011 年 5 月92DRILLING PRODUCTION TECHNOLOGYMay 2011表 2不同增稠剂破胶后残渣含量增稠剂交联剂破胶剂残渣量 / mgL 1方便。结果见图 2（ 常温下测得） 。Z1Z2J1J2343845Z3Z4Z5J3J4J5过硫酸钠653204124将 Z1、Z4、Z5 三种增稠剂分别配制成 0 1% 0 6% 的溶液，测出其对应的黏度值，对比增粘效果，结果见图 1。实验结果表明，黏度相同时，Z5 溶液的浓度不足 Z1 和 Z4 的一半。因此，选用 Z5 即 HM 作为低聚物压裂液体系的增稠剂，经济性更好，残渣含量也更少。从图 2 中可以看出，交联剂 C 2 与增稠剂的交联时间随 H 1 浓度增加而缩短。3.破胶剂的优选及评价室内实验优选出的过硫酸钠破胶效果最佳，结果见表 4。表 4过硫酸钠在 40 、70 下的破胶性能样品号过硫酸钠浓度破胶时间/ h破胶液黏度/ mPas残渣量/ mgL 11/ 0 140704070407063962481142.交联剂的优选及评价研究发现，HM 增稠剂分子链中存在可交联的基团，一些过渡金属离子可与 HM 分子链中的交联基团发生交联作用。通过筛选，过渡金属离子 P 在加入一种配体后，可与 HM 发生较好的交联作用。234560 20 30 40 50 654 543 53221 5116663363333168145875648957452 943 336 8优选实验结果见表 3。表 3不同配体对压裂液交联时间的影响摩尔比表中数据表明，用过硫酸钠作破胶剂，在 40 、70 条件下，浓度在 0 2 0 6时，低浓度聚合物压裂液的各项破胶性能均超过了标准所要求的指标。配体 / P水杨酸钠 / P顺丁烯二酸 / P反丁烯二酸 / P三乙醇胺 / P乙二醇 / P柠檬酸 / P有机物 RA / P1 0 8 1 1 1 2 11 4 11 6 1 1 8 1交联时间 / s236360420550672723不交联反应生成沉淀反应生成沉淀1215182536525406007208509601100426995131148178在温度 70 、剪切速率为 170 s 1、过硫酸钠浓度为 0 2条件下，测试破胶剂对压裂液黏度的影响，结果见图 3，实验进行 60 min 时压裂液仍然具有较好的携砂性能。通过实验筛选出 H 1 作为交联促进剂，选用有机物 RA / P 摩尔比为 1 1、交联时间为 69 s 的反应产物 C 2 作为交联剂，通过改变 H 1 的用量也可达到调节交联速度的要求，这为现场应用提供了4.压裂液性能评价4. 1 抗温抗剪切性能剪切对 低 浓 度 聚 合 物 成 胶 性 能 影 响 较 大9。第 34 卷第 3 期钻采工艺Vol 34No 3DRILLING PRODUCTION TECHNOLOGY93用六速旋转黏度仪测试 50 120 条件下压裂液的抗温抗剪切性能，结果见图 4。低聚物压裂液的抗温抗剪切性能优于常规胍胶和清洁压裂液，能够满足各种地层温度条件。图 4低聚物压裂液的抗温抗剪切性能4. 2 流变性能高度来评价体系的携砂性能，结果见图 5。图 5低浓度聚合物压裂液的携砂性能4. 4破胶性能温度和破胶剂浓度对低浓度压裂液破胶性能影响见表 6。表 6温度和破胶剂浓度对低浓度压裂液破胶性能影响在 110 、170s 1剪切速率条件下，评价低浓度温度过流酸钠破胶时间破胶后黏度残渣含量聚合物压裂液的流变性能，结果见表 5。表中看出，低聚物压裂液的流变性能明显优于胍胶压裂液。表 5低浓度聚合物的流变性能/ 40506070浓度/ 320 50 2/ h6421 5/ mPas3333/ mgL 1141 3125 878 358 3试验时间/ min流动指数 n低浓度聚物胍胶稠度系数 K / Pasn低浓度聚物胍胶80900 150 1113341 535 9300 3240 5621 3293 015如表 6 所示，低浓度聚物压裂液破胶后的各项60904. 3 携砂性能0 3060 2880 3910 3721 4711 6222 4481 763指标均能够满足低伤害要求。4. 5岩心伤害用压裂液动态滤失与伤害仪在 70 、3 5MPa条件下，测试低浓度聚合物和胍胶压裂液的动态滤通过室内测试石英砂和陶粒在压裂液中的沉降失与岩心伤害率。 表 7 看出，低浓度聚合物对岩心的伤害率比胍胶压裂液小得多。岩心井号温度/ 表 7岩心伤害对比实验结果试验条件伤害前后渗透率 /10 3 m2压力剪切速率K后K前/ MPa/ s 1低浓度聚合物胍胶伤害率 / %低浓度聚合物胍胶雁 6 8温西 3 31870703 53 53003000 02520 03980 02040 03280 01280 018719 017 649 253 04. 6 防膨性能应用 NP 02 型页岩膨胀仪岩心膨胀实验，结果见表 8。结果表明低聚物压裂液有较强的防膨作用，可抑制黏土矿物的水化、膨胀、分散、运移。4. 7 滤失性能在 70 、3 5MPa、剪切速率 300s 1 条件下测定低浓度聚合物压裂液的滤失性，结果见表 9，滤失系数较低。三、低浓度聚合物压裂液应用效果评价2009 年 1 9 月低浓度聚合物压裂液现场应用17 井次，平均单井入井液量 184 m3，平均单井加砂33 3 m3，平 均 砂 比 22 7% ，平 均 最 高 泵 压24 6MPa。施工效果见表 10。钻采工艺2011 年 5 月94表 8岩心膨胀对比实验结果DRILLING PRODUCTION TECHNOLOGY表 9滤失性能实验结果May 2011时间 / min清水膨胀量 / mm破胶液膨胀量 / mm实验条件滤失系数10203050901200 430 590 700 901 021 020 320 410 660 720 840 88岩心井号雁 6 8雁 6 8温西 3 318温西 3 318温度/ 70707070压力/ MPa3 53 53 53 5剪切速率/ s 1300300300300/ mmin 1 /21 53 10 45 29 10 42 74 10 47 26 10 4井号产液措施前产油表 10低聚物压裂液施工效果统计表措施后含水产液产油含水产液对比产油含水雁 6 16雁 608雁 628雁 622雁 615雁 6 7雁 6 3雁 6 20雁 6 27雁新 6 6雁 6 5雁 605雁 603雁 629温 5 100温 5 301/ m3d 14 2326 498 282 0412 771 8816 49 2723 8874 9430 2427 615 810 8516 601/ td 13 370 190 270 181 991 374 843 812 734 312 898 370 913 919 200 78/ %49 199 196898183645035934863935632022/ m3d 130 0613 0850 881223 2143 0842 4250 0427 46103 9249 5664 818 322 833 548 513 2/ td 112 541 728 292 645 92 1212 5220 5214 6413 6334 1421 796 7510 6612 856 6210 51/ %2 4848073694964503584165955435322 120 4/ m3d 125 83 13 4142 69 9610 4441 226 0240 773 5828 9819 3237 22 511 9516 948 512 2/ td 19 171 538 022 463 910 757 6816 721 919 3321 2513 425 846 753 656 629 73/ % 46 7 15 1 16 16 12 34000 9 32 4 38 1321 22 1 1 6应用低浓度聚合物压裂液压裂后，平均单井日增液量为 19 1m3，最大增幅达到 42 6 m3/ d，平均单井日增油量 7 6t，是常规压裂单井日增油量的 2 倍。现场应用中发现，低浓度聚合物压裂液可有效降低油井综合含水，平均降低含水 17 0% ，最大降幅达到了 46 7% 。四、结论与认识低浓度聚合物压裂液破胶后残渣少，对地层伤害小，能够很好的解决常规胍胶压裂液压裂后对地层造成的二次伤害，具有很好的应用前景。低浓度聚合物压裂液增油效果显著，平均单井日增油量达到了常规压裂的 2 倍。低浓度聚合物压裂液具有较好的降低含水的作用，压裂后油井含水普遍降低。参考文献1张士诚 低渗透油气藏增产技术新进展C 北京： 石油工业出版社，2006： 215 2232丁里，杜彪，赵文，等 新型酸性压裂液的研制及应用J 石油与天然气化工，2009，38（ 1） ： 58 603黄禹忠，任山，林永茂，等 川西低渗致密气藏低伤害压裂技术研究及应用J 钻采工艺，2009，35 （ 1） ： 33 354刘鹏，张海龙，曲兆峰，等 大庆探区低伤害压裂工艺技术的实践与认识J石油天然气学报，2005，27 （ 5） ：641 6435丛连铸，李治平，刘学伟，等 致密气藏低伤害压裂液研究及应用J 石油钻采工艺，2008，30（ 2） ： 78 81（ 下转第 99 页）第 34 卷第 3 期钻采工艺Vol 34No 3DRILLING PRODUCTION TECHNOLOGY99钻井液性能： 密度 1 02 1 12 g / cm3，黏度 29 37 s。注气量： 30 90 m3/ min。2现场试验情况罐 005 H2 井实施间断充气钻井，充气钻井及钻井液钻井井段如表 1、表 2 所示，充气钻井总进尺 1 853 95 m，平均机械钻速 7 87 m / h。钻井液钻井总进尺 368 65 m，纯钻时间 94： 50 h，平均机械钻速 3 89 m / h，全井充气钻井平均机械钻速是钻井液钻井的 2 02 倍。表 1罐 005 H2 井充气钻井井段统计表3 现场试验应用效果3 1 治理井漏效果显著在充气钻井期间没有出现井漏现象，取得了较好的防漏治漏效果，节约了处理井漏复杂时间。3 2 机械钻速提高明显充气钻井在沙溪庙 须家河组提速效果明显。罐 005 H2 井在沙溪庙 自流井组，充气钻井平均机械钻速比钻井液钻井提高了 55% ； 须家河组，充气钻井平均机械钻速比钻井液钻井提高了 146% 。全井纯充气钻井进尺 1 853 95 m，纯钻时间 235： 30，平均机械钻速 7 87 m / h，是全井钻井液平介质井段/ m395 00 1557 25层位/ 组沙溪庙 进尺/ m纯钻时间/ h机械钻速/ mh 1均机械钻速 3 89 m / h 的 1 02 倍。本井采用充气钻井，创造了沙罐坪构造机械钻速最高纪录。3 3 行程钻速有较大提高罐 005 H2 井充气钻井行程钻速 82 45 m / d，与罐 002充1618 06 1778 001778 00 1923 48自流井1322 19128 ： 3010 30 X1 井同井眼钻井液钻井行程钻速 59 20 m / d 相比，提高了 40% ，与罐 005 H1 井同井眼钻井液钻井行程钻速 37 58m / d 相比，提高了 120% ，创造了沙罐坪构造行程钻速之最。3 4 节约钻井周期明显。气1925 50 2180 002217 00 2320 002442 22 2471 00须家河399 9880： 30雷口坡 131 7826： 30嘉陵江4 974 97本井间断充气钻井共用 27 d 时间，进尺 2 226 60 m。同罐 005 H1 井共用 45 d，相比节约 18 d，提高了 67% ； 罐 002 X1 井共用 35 d，相比节约 8 d，提高了 30% ； 罐 010 X1 井共用 53 d，相比节约 24 d，提高了 96% 。三、结论（ 1） 通过川东地区开展充气钻井现场试验表明，充气钻表 2罐 005 H2 井泥浆钻井井段统计表井技术可将钻井液控制在低密度范围内，能有效避免恶性井漏带来的损失，防止井漏、治理井漏效果显著。介质井段/ m1557 25 层位/ 组进尺/ m纯钻时间/ h机械钻速/ mh 1（ 2） 充气钻井降低了井底钻井液当量密度，使井底呈现欠平衡状态，能有效提高机械钻速，开展现场试验的罐 005 H2 井充气钻井段机械钻速是同构造最高纪录。1618 061923 48 1925 50自流井60 819： 106 63（ 3） 推广实施充气钻井技术，在防漏治漏、提高机械钻速的同时，减少了处理井漏复杂时间，大大缩短了钻井周期，降低了钻井成本。开展试验的罐 005 H2 井行程钻速创造了钻井液2180 00 2217 002320 00 2367 272367 27 2442 222471 00 2617 60须家河39 0219： 20雷口坡 268 8266： 20嘉陵江2 024 05同构造之最。（ 4） 充气钻井技术在川东沙罐坪构造的成功试验，为充气钻井技术的发展积累了宝贵的经验，为推动川东地区油气田开发进程提供了技术保障。参考文献1左星，李发水，李照，等 充气钻井技术在四川地区的应用J天然气勘探与开发，2010，33（ 3） ： 59 612李颖川 采油工程M 北京： 石油工业出版社，2002，27 31（ 编辑：黄晓川）櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺（ 上接第 94 页）6刘友权，张永国，王小红，等 缝内破胶压裂液的研究及应用J 石油与天然气化工，2010，39（ 1） ： 51 547宋微立低伤害压裂液在扶杨油层的应用J 油气井测试，2007，16（ 3） ： 55 568胡忠前，马喜平，何川，等国外低伤害压裂液体系研究新进展J 海洋石油，2007，16（ 3） ： 93 979翁蕊，韦莉 剪切对低浓度聚合物冻胶成胶行为的影响J 石油勘探与开发，1998，25（ 5） ： 65 67（ 编辑：包丽屏）