清洁聚合物压裂液研究与现场应用.pdf

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·334·化学世界2016正清洁聚合物压裂液研究与现场应用杜涛，姚奕明，蒋廷学，陈作，张旭东(中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室，北京100101)摘要：清洁聚合物压裂液是目前国内外压裂液研究领域的热点之一。以增稠剂(SRFP一1)、交联剂(SRFC一1)、黏土稳定剂(SRCS一1)和助排剂(SRCU—1)工业品作为研究对象，以现场配液用水配制清洁聚合物(SRFP)压裂液，评价了SRFP清洁聚合物压裂液的变剪切性能、破胶性能及压裂液滤液对岩心的伤害性能；测定了破胶液的表面张力。结果表明：该压裂液在9O℃条件下具有良好的耐剪切性能；在60~80℃，破胶剂加入量为0．005～O．049／6条件下，2h即可破胶，破胶液黏度小于5mPa·S，破胶液表面张力小于28mN／m；压裂液滤液对岩心基质伤害率为18．7；最后将该压裂液成功应用于鄂尔多斯盆地某重点水平井的压裂作业。关键词：清洁聚合物压裂液；变剪切性能；破胶性能；岩心基质伤害率；现场应用中图分类号：TE357．12文献标志码：A文章编号：0367-6358(2016)06—0334—04StudyonPropertiesofCleanPolymerFracturingFluidandFieldApplicationDUTao，YAOYi—ming，JIANGTing—xue，CHENZuo，ZHANGXu—dong(SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering，StateKeyLaboratoryofShaleOilandGasEnrichmentMechanismsandEffectiveDevelopment，Sinopec，Beijing100101，China)Abstract：Cleanpolymerfracturingfluidisoneofthehotresearchfieldshomeandabroad．gellingagent(SRFP一1)，cross-linker(SRFC_1)，claystabilizer(SRCS一1)andcleanupadditive(SRCU一1)werethetar—getobjects．Cleanpolymerfracturingfluid(SRFP)waspreparedusingthefieldwater．Variableshearper—formance，viscositybreakperformanceandtheeffectsoffracturingfluidonpermeabilitydamageofcoreweretested．Thesurfacetensionofgelbreakingliquidwasmeasured．Thefracturingfluidshowedbettershearingresistanceperformanceundertheconditionsof90℃．Undertheconditionsof60～80℃。0．005～0．04breakerand2h，theviscosityofthegelbreakingliquidwaslessthan5mPa·S。andthesurfacetensionofthegelbreakingliquidwaslessthan28mN／m．ThepermeabilitydamagerateofcorematrixcausedbySRFPwas18．79／6．Finally，thefracturingfluidwassuccessfullyusedforthefractureofonekeyhorizontalwellinOrdosBasin．Keywords：cleanpolymerfracturingfluid；variableshearperformance；gelbreakingperformance；permea—bilitydamagerateofcorematrix；fieldapplication收稿日期：2015—10—12；修回日期：2016-03—17基金项目：国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发一复杂地层储层改造关键技术”(合同编号：2011ZXO5031—004—003)资助；中国石化石油工程技术服务有限公司重点项目“合成聚合物压裂液开发与应用”(合同编号：10010099—13一ZC0607—0037)资助；国家自然科学基金重大项目“页岩地层动态随机裂缝控制机理与无水压裂理论”(合同编号：51490653)资助中国石化科技攻关项目“LPG无水压裂液研究”资助；中国石化科技部院控项目“抗盐压裂液研制”资助；国家重大科技专项“彭水地区高效钻井及压裂工程工艺优化技术”(合同编号：2016ZX05061—002)资助。作者简介：杜涛(1982一)，男，湖北荆州人，副研究员，博士，主要从事储层改造工作液的研发及现场技术服务。E—mail：dutaosongzi@163．CON。 第6期化学世界目前国内外广泛使用的压裂液主要为天然植物的耐剪切性能，流变仪程序设定分以下5步：(1)胶及其衍生物，该类型压裂液具有耐温性能好和成25℃稳定5min；(2)以3℃／min的升温速率从本低等优点，但是其最大的缺点是易生物降解、水不25℃开始升温至实验温度；(3)稳定实验温度，剪切溶物含量高、破胶不彻底和伤害大等[】。]，因此研发速率从170S减小到25s_。，再从25s增加到可替代天然植物胶及其衍生物压裂液是目前国内外170S_。；(4)稳定实验温度，在170S条件下，剪切学者研究的方向。相比于天然植物胶及其衍生物压20rain；(5)再重复步骤(3)和步骤(4)实验2次。评裂液，清洁聚合物压裂液具有耐温、耐盐和耐剪切性价清洁聚合物(SRFP)压裂液耐剪切性能。能好，破胶后几乎无残渣，压裂液滤液对岩心基质伤1．4．2破胶及表面张力实验害小等优点。该类型压裂液目前在压裂施工现场得取一定量的SRFP压裂液，置于6O～80℃的恒到了越来越广泛应用[4。]。本文以增稠剂(SRFP一温水浴中，加入一定量的破胶剂(过硫酸胺)，进行破胶实验。取一定量的破胶液，采用K100型全自动1)、交联剂(SRFC一1)、黏土稳定剂(SRCS一1)和助排表面界面张力仪测定破胶液的表面张力。剂(SRCU-1)工业品制备了清洁聚合物(SRFP)压裂液。1．4．3压裂液滤液对岩心基质伤害实验选取直径为2．5cm、长度为3．75cm的天然岩sRFP一1是以丙烯酰胺、丙烯酸钠等为原料，按心，采用高温高压酸化滤失仪，按照SY／T5107—照溶液聚合法制备成凝胶，再经过造粒、干燥、粉碎2005中的评价方法【8]，测定压裂液滤液对岩心基质、和过筛操作后得到白色粉末状固体；SRFC-1是一伤害率，按照式(1)计算结果。种不含金属元素的低分子化合物；SRCS-1是一种低分子季铵盐化合物；SRCU一1是一种氟碳类表面啦一×100(1)。A1活性剂。室内评价了SRFP压裂液在90℃的变剪式中：铂为岩心基质伤害率；K为岩心挤压裂液滤切性能、破胶性能及压裂液滤液对岩心的伤害性能；液前的基质渗透率；K为岩心挤压裂液滤液后的基测定了破胶液的表面张力；最后将该压裂液在鄂尔质渗透率。多斯盆地某重点开发水平井进行现场试验，取得了2结果与讨论较好的应用效果。2．1变剪切性能1室内实验部分压裂液变剪切性能是评价压裂液是否能进人现1．1主要实验样品场最主要的性能指标之一。本研究对1．3节中实验SRFP一1、SRFC一1、SRCS一1、SRCU-1(工业品，步骤配制的SRFP压裂液开展9O℃的变剪切实验，中国石化石油工程技术研究院)；现场配液用水(国结果如图1所示。由图1可知，当温度为9O℃，170内某油田提供)；过硫酸铵(工业品，北京化工厂)。S条件下，经历3次变剪切，黏度平均值分别为1．2主要实验仪器57．8、56．1和54．5mPa·S，黏度变化不明显，黏度值HAAKEMARSIII型流变仪(德国Thermo符合文献[9]行业标准要求。结果表明：SRFP压裂Fisher公司)；IKARW20digital型数显型顶置式机液具备良好的耐剪切性能，该压裂液体系配方达到械搅拌器(德国艾卡公司)；K100型全自动表面界面张力仪(德国克吕氏公司)；高温高压酸化滤失仪(江苏华安石油科研仪器有限公司)。：1．3耐90℃的SRFP压裂液制备旃向一定量的现场配液用水中加入0．45的祸SRFP一1，充分搅拌5～10min，再加入0．3的器饕SRCS一1和0．19／6的SRCU一1，搅拌1min，制备SRFP压裂液基液。向上述基液中加入0．2的SRFC-1，搅拌1rain形成耐9O℃的SRFP压裂液。1．4SRFP压裂液评价实验1．4．1变剪切实验图1SRFP压裂液耐剪切实验采用HAAKEMARSIlI型流变仪评价压裂液 化学世界2Ol6正现场人井条件。2．3岩心基质伤害实验2．2破胶及表面张力实验压裂液滤液对岩心基质的伤害以岩心渗透率的在60~80℃破胶温度条件下，按照质量分数为变化来表征，影响因素主要有岩心的矿物组成、岩心0．0059／6、0．008、0．01、0．02、0．03％和0．04加渗透率大小和压裂液破胶程度等。本研究利用高温入破胶剂，对1．3节中实验步骤配制的SRFP压裂液高压酸化滤失仪测定压裂液滤液对岩心基质的渗透进行破胶实验，破胶时间为2h，考察破胶液的表观率，从而计算伤害率。岩心基质伤害实验如表1所黏度随破胶剂浓度的变化规律，结果如图2所示；测示。由表1数据可知，SRFP压裂液滤液对岩心基定60~80℃破胶温度下破胶液的表面张力，结果如质伤害前的渗透率为5．2O×10～m，伤害后渗透图3所示。率为4．23×10一m。，代入公式(1)中计算伤害率为18．79／6，符合文献[9]行业标准要求。文献[10]报道有机硼交联的羟丙基瓜胶压裂液(HPG)的伤害率为35．1。由此可见，SRFP压裂液对储层伤害性能远小于羟丙基瓜胶压裂液。表1SRFP压裂液对岩心基质伤害实验岩心基质渗透率／vm压裂液——伤害率／技术指标／伤害前伤害后SRFP压裂液5．2O×104．23×1018．73现场实验部分图2破胶液的表现黏度随破胶剂浓度的变化规律SRFP压裂液室内性能测试符合压裂施工技术指标要求。选择鄂尔多斯盆地某重点开发水平井进行现场试验。该井斜深3725m、垂深2719m、水平段800m、孔隙度均值为8．9，渗透率均值4．8×拿10m，储层温度为9O℃，储层压力为22．1～R25．1MPa，该储层为典型的低孔、低渗储层。该井恒压裂设计共分6段压裂。3．1现场配制SRFP压裂液在泵水过程中，匀速吸入一定量的SRFP一1，加完后搅拌3～5min，然后匀速加入一定量的SRCS一1，搅拌1min，最后匀速加入一定量的SRCU一1，搅图360～8O℃破胶温度的破胶液表面张力拌1min。配制成SRFP压裂液基液备用。六速黏依据文献[9]行业标准要求，破胶完全的技术指度计测定现场配制SRFP压裂液的基液黏度范围标为破胶液黏度小于5mPa·S，破胶液表面张力小54～66mPa·S，在施工过程中再加入质量分数为于28mN／m。由图2和图3数据可知，当破胶温度0．2的SRFC一1。为6O℃，破胶剂质量分数为0．03时，破胶液黏度3．2压裂施工参数为4．87mPa·S，破胶液的表面张力为27．3mN／m，该井压裂施工排量为4～5m。／min，最高施工破胶彻底；当破胶温度为7O℃，破胶剂质量分数为压力为52．5MPa，加入聚合物压裂液2231m。，加0．01时，破胶液黏度为4．56mPa·S，破胶液的表砂240．8In。，压裂施工后关井测压力，60min后立面张力为26．5mN／m，破胶彻底；当破胶温度为即开井排液，破胶液黏度小于5mPa·S，该井压裂施8O℃，破胶剂质量分数为0．005时，破胶液黏度为工取得圆满成功。4．71mPa·S，破胶液的表面张力为24．1mN／m，破4结语胶彻底。结果表明：SRFP压裂液易破胶，易返排。(1)SRFP压裂液在90℃、170S条件下，经 第6期化学世界·337·历3次变剪切，黏度平均值分别为57．8、56．1和54．5胺锆冻胶压裂液优选[J]．石油钻探技术，2012，40(1)：64—68．mPa·S，表现出良好的耐剪切性能。[4]杜涛，姚奕明，蒋廷学，等．新型疏水缔合聚合物压裂(2)在60~80℃破胶温度条件下，破胶剂加入液的流变性能研究[J]．精细石油化工，2014，31(2)：质量分数为0．005％～0．04时，破胶时间为2h，37—40．破胶液表观黏度分别为4I87、4．56和4．71mPa·S，[5]杜涛，姚奕明，蒋廷学，等．新型疏水缔合聚合物压裂破胶液表面张力分别为27．3、26．5和24．1mN／m，液综合性能评价[J]．精细石油化工，2014，31(3)：压裂液滤液对岩心基质的伤害率为18．7％。72—75．(3)SRFP压裂液成功应用于鄂尔多斯盆地某重[6]杜涛，姚奕明，蒋廷学，等．新型疏水缔合聚合物压裂点开发水平井压裂作业，破胶液黏度小于5mPa·S。液性能研究与现场应用[J]．精细石油化工，2015，32(2)：20-24．参考文献：[7]杜涛，姚奕明，蒋廷学，等．新型疏水缔合聚合物压裂[1]陈馥，杨晓春，刘福梅，等．AM／AMPS／AA三元共聚液破胶性能研究[J]．化学世界，2014，55(11)：物压裂液稠化剂的合成EJ]．钻井液与完井液，2010，664—667．27(4)：71—73．[8]SY／T51o7—2005，水基压裂液性能评价方法[s]．[2]WANGXL，QuQ．DevelopmentofaNonresidue[9]SY／T6376—2008，压裂液通用技术条件[s]．Polymer-BasedFracturingFluidEc]．SPE80227，ElO]张劲，李林地，张士城，等．一种伤害率极低的阴离子2003．型VES压裂液的研制及其应用[J]．油田化学，2008，[3]赵辉，戴彩丽，梁利，等．煤层气井用非离子聚丙烯酰25(2)：122—125．