氮气泡沫压裂液性能及应用评价.pdf

《氮气泡沫压裂液性能及应用评价.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

天然气勘探与开发2015年1月出版氮气泡沫压裂液性能及应用评价王智君詹斌勾宗武(1．中国石化西南油气分公司工程技术研究院2．中国石化西南油气分公司采油气工程处)摘要针对川西低压气藏低孔、低渗、强水敏和水锁的特征，通过室内实验评价，形成了一套适合于川西低压低渗气藏的N泡沫压裂液配方体系。现场应用试验表明，优选的N2}包沫压裂液体系性能良好，与同区块采用常规压裂液施工对比，能有效降低压裂液的滤失和提高压后压裂液残液的返排率．从而降低压裂液对储层的伤害。可见研究形成的N泡沫压裂液配方体系对川西浅层低压低渗气藏具有较强的适应性，具有较好的推广应用前景。图3表11参5关键词泡沫压裂液低压低渗气藏现场应用系，由于泡沫压裂液体系具有滤失量小，密度小而静O引言水液柱压力低、携砂能力强、返排速度快和返排率高川西浅层气藏具有低孔、低渗、低压、水敏性中等特点，特别适合低压低渗地层的增产改造。因此，等一强等特征，且气藏随着采出程度的增加．地层能泡沫压裂在低压低渗气藏压裂改造中具有广泛的应量(地层压力)逐步降低，加砂压裂改造后，压裂液依用前景。靠储层自身能量返排的能力越来越差、返排速度越1．1泡沫压裂液的优点来越慢，返排率也逐渐降低，滞留地层的压裂液对储泡沫压裂与常规压裂相比，具有如下优点：层的伤害随之增大，因此，常规压裂液技术已不能适(1)携砂、悬砂能力强应川西低压低渗气藏压裂开发的需要，需另辟储层由于泡沫压裂液中气泡对支撑剂的托浮作用，改造新径而引进或采用具有低伤害性能的优良新型使得泡沫压裂液具有较好的携砂和悬砂能力。支撑压裂液体系，以降低压裂液的滤失量，提高压裂液的剂在泡沫压裂液中的沉降速度仅是它在水中或凝胶返排速度和返排率，进而降低压裂液对储层的伤害，中沉降速度的1／10～1／100。有时在泡沫压裂液中的提高气藏压裂改造的增产效果。沉降速度甚至为零。很容易将支撑剂携带到裂缝中根据国内外研究与现场应用经验，泡沫压裂液的较远位置，有利于在裂缝顶部和底部之间形成均具有低滤失和高效返排的低伤害性能，能有效解决匀的支撑剂铺垫层而有效提高支撑裂缝的导流能低压、低渗油气藏压裂改造中压裂液滤失和滞留地力，配以合理的加砂程序设计，能使泡沫压裂施工的层给储层带来的伤害问题，因此，本文特就泡沫压裂增产倍数比普通压裂大很多。液的性能、配方及其在川西低压、低渗气藏改造中的(2)滤失很小。有利于造缝应用予以评价泡沫压裂液体系中含有膨胀性气体(N或CO)，进入地层后，一方面气泡可优先占据地层岩石的孔1泡沫压裂的特点隙与喉道而降低压裂液水相的滤失．另一方面，泡沫压裂液中泡沫的质量比很高，使水相的比例显著降泡沫压裂液具有滤失低、返排能力强、与地层流低．压裂液滤失量中可伤害地层的水相比例较少。表体配伍性良好等特点，可适用于低压低渗低产气井1是采用1mD低渗透岩心对不同压裂液滤失系数的的压裂改造。泡沫压裂液是在常规水基高分子聚合测定结果。物压裂液基础上拌注高浓度泡沫质量的压裂液体作者简介王智君，女，1986年出生，助理工程师；现工作于中石化西南油气分公司工程技术研究院，从事储层改造设计及研究工作。地址四川省德阳市龙泉山北路298号。电话：15281466215。E-mai1：47265172@qq．com·82· 第38卷第1期天然气勘探与开发表1不同压裂液滤失系数对比工井深、施工砂比、施工规模等方面，还与常规压裂压裂液类型典型滤失系数／(m．、／fT)有一定的差距。3％KCl+水+降滤剂9．144x104(2)泡沫压裂需要专用的罐车、泵车，增加了设原油+降滤剂7．62x10-4备配套的成本；另外，液态气体价格较贵，这在一定水+硅粉+胍胶6．096x10。4程度上也增加了施工成本。乳化液+硅粉6．096x10-4(3)泡沫压裂中的气相具有动能和势能，而常规泡沫压裂液(泡沫质量75％)9．144xlO压裂液体系只具有动能而没有势能，因而常规压裂从表1可知，75％泡沫质量的泡沫压裂液，其滤液施工安全；同时，泡沫压裂液施工时的施工摩阻较失系数比一般的压裂液要低近7～10倍。由于泡沫压常规压裂高20％～50％，再加之若在井筒内形成部分裂液视黏度高，滤失小，压裂液效率高，有利于压裂泡沫，则液柱压力也将降低，必将增加施工泵注压力造缝，所以压裂造出的裂缝又宽又长。和施工风险；同时，液态气体的储存和运输也有一定(3)返排能力强，返排速度和返排率高的不安全因素。泡沫压裂施工结束后，随着压力的释放，地层裂缝中的泡沫压裂液气化引起气相体积膨胀。从而对2泡沫压裂液配方及其性能评价研究压裂液施以向井筒的返顶力，这就提供了足够的助推能量使压裂液残液很快排出地层，其增能助排作2．1泡沫压裂液工艺原理用强；同时，由于泡沫密度小而静液柱压力低，压裂目前广泛应用的泡沫压裂液主要包括CO泡沫液返排速度大大加快，不需要抽汲或诱喷等助排工压裂液和N2_}包沫压裂液两种，中石化西南油气分公艺措施就能获得压裂液的快速和彻底返排．因此，泡司现暂无CO：泡沫压裂设备，本文研究的泡沫压裂沫压裂液的返排能力强，返排速度和返排率高，压裂液主要是N泡沫压裂液体系。N：泡沫压裂工艺技术液的返排时间明显比常规压裂液短，能使油气井迅可以分为液氮拌注压裂和泡沫压裂两种工艺。前者速投产。一般在压裂施工的全程或后期拌注液氮，其氮气的(4)地层伤害小质量比一般小于52％；后者是在前置液和携砂液中泡沫压裂液与具有同样体积的常规压裂液相混入液氮。在井口或井底形成均匀稳定的泡沫压裂比，对地层的伤害小，其原因主要有如下几点：液．利用泡沫的结构悬浮和承托支撑剂，达到输送支a．泡沫压裂液的滤失量比常规压裂液低得多，撑剂的目的，其N的质量比一般都大于52％。泡沫压因此通过裂缝面进入地层的量就少得多，对储层产裂液的工艺原理系指液氮被高压注入地层之后，被生的伤害作用也小得多。携砂液和顶替液沿裂缝推入地层深部，N：在地层温b．泡沫压裂液中气相占约65％一85％，因此水相度作用下气化形成泡沫，一方面泡沫优先占据岩石液体量只有同体积的常规压裂液的15％～35％，引起孔隙，降低压裂液水相在地层中的滤失量，进而降低的液相伤害自然就小。压裂液水相对地层的伤害；另一方面，压裂施工结束c．泡沫压裂液增能助排性强，压后压裂液返排放喷排液时，由于井底压力降低，受压缩的N：迅速膨迅速彻底，返排率高，滞留地层的压液裂少，对储层胀，推着压裂液进入井筒，达到气液两相混合，从而的伤害小。降低了井筒液柱压力，使压裂液连同氮气一起喷出d．泡沫压裂中的气相，仅微溶于地层流体，因此井口。达到助排而提高压裂液返排速度和返排率的它不会引起乳化或沉淀而给储层带来伤害。目的，进而降低压裂液滞留地层给储层带来的伤害。(5)适合于低压、低渗、对液体敏感的油气层泡沫压裂液中，泡沫质量表示气相在混气液体泡沫压裂液由于液相本身少以及滤失量低和返总体积中所占百分数，是衡量混气液体性质的重要排速度与返排率高，再加上加入的化学添加剂与地指标。在特定温度和压力下泡沫质量计算式为：层的配伍性好，它进入地层一般不会发生水锁等严枷㈩重伤害地层的情况，因此泡沫压裂液特别适用于低压、低渗、强敏感性地层的加砂压裂改造。用密度表达为：1．2泡沫压裂液的缺点s=(PzP)／)(2)与常规压裂相比，泡沫压裂有以下缺点：式中：(1)受工艺技术特点的限制，目前泡沫压裂在施_)v一泡沫质量，％；．83· 天然气勘探与开发2015年1月出版～某一温度压力下的气相体积，m；表3起泡剂起泡能力评价S一密度表示的泡沫质量，％；一液相体积，m；～气体密度，g／cm；P一液体密度，g／crn3；P一混合流体密度，g／cm。由于气体体积是温度和压力的函数，泡沫质量并非一固定值，而是随温度、压力而变化。同时，气体体积服从真实气体的状态方程：Vg=nZRT／P(3)式中：(2)起泡剂浓度优选R一气体常数，0．008314MPa·m3／(kmol·K)为了合理选择起泡剂的用量，在35cc温度条件一井底温度，K，可使用目的层温度；P～井底压力，MPa，可使用目的层延伸压力；下进行了泡沫压裂液的泡沫稳定性实验评价，起泡Z—N2偏差因子。剂浓度分别为0．5％和1％。实验压力：15MPa。当气体从状态l转变为状态2时，有：泡沫稳定性的表征是用半衰期来衡量的，即从v／v审=z2TL|ZLP24泡沫液中分离出一半液体所需的时间。将起泡剂加计算中氮气体积遵循真实气体定律，可通过计入羟丙基瓜胶浓度为0．25％的常规压裂液中，评价算、查表的方法获取，表2给出了不同压力、温度下高温高压下泡沫压裂液体系的半衰期。结果如表4和1mN：在标准状况所占体积。表5所示(液面高度表示泡沫破裂后析出的液体所占的高度)。当起泡剂浓度为0．5％时，经过2．5h左右，表2不同压力温度下1m。氨气在标况下所占体积泡沫体系消泡量为全部泡沫体积的一半，即半衰期为2．5h左右：当起泡剂浓度为l％时，泡沫压裂液体系半衰期为1h左右。因此，起泡剂加量为0．5％时泡沫压裂液体系的稳泡性能最好，远远好于起泡剂加量为1％时的泡沫压裂液体系的稳定性表4泡沫压裂液稳泡实验(起泡剂浓度0．5％)当泡沫压裂液携砂时，支撑剂均匀分布在泡沫中，为非连续相，可将支撑剂与气体一样视为内相，外相仅有液体。泡沫携砂时的泡沫质量计算为：=自／(内+外)×100％(5)式中：一泡沫携砂质量，％；一内相体积，m；一外相体积，m。2_2添加剂优选(1)起泡剂的优选备注：泡沫压裂液的半衰期为2．5h左右。起泡剂是泡沫压裂液体系的核心添加剂，直接表5泡沫压裂液稳泡实验(起泡剂浓度1．O％)关系到泡沫压裂液的发泡能力以及泡沫压裂液的泡沫质量大小。分别对A、B两种起泡剂进行了发泡能力的实验评价，实验条件：常温常压、采用高速搅拌法制备泡沫、搅拌速度11000转／min。从表3中可以看出：BRD一6起泡剂起泡性能较好，相同浓度下该起泡剂的泡沫体积更大。因此选择B作为泡沫压裂液体系的起泡剂·84· 第38卷第1期天然气勘探与开发(续上表)行泡沫发泡能力和稳泡能力评价(表7)。从表7可看出，随着实验放置时间的延长，泡沫压裂液的总体积逐渐减小。当放置时间达182min时，泡沫压裂液总体积减少到380mL，此时，液氮泡沫体积只有170mL，消失的泡沫体积(180m1)过半，高于液氮泡沫总体备注：泡沫压裂液半衰期为1h左右积的50％(175mL)，因此，35℃下泡沫压裂液体系(3)泡沫质量优选的半衰期为182min。为了评价优选泡沫的最佳质量。在实验室采用表7泡沫压裂液发泡体积和半衰期测定量筒进行了常温常压支撑剂沉降实验。实验方法：将静置时问／rain泡沫体积，mL500mL混合有一定砂浓度的泡沫压裂液装入量筒当中，记录98％以上的支撑剂沉入量筒底部所需要时间。从表6中可以知道：当泡沫质量为60％左右时，支撑剂沉降98％时需要的时间最长，达53min，表明其携砂能力最优，因此，选择N质量浓度为60％左右作为泡沫压裂液的泡沫质量浓度。表6泡沫质量对泡沫压裂液悬砂性能的影响。铝基液：200mL；液氮泡沫350mL；压力：常压：买验温度：放置于35℃水浴锅中(4)泡沫压裂液配方(2)耐温抗剪切性能评价经过上述一系列的室内实验评价研究，形成了针对上述配方，分别配制了不同泡沫质量的泡适合35℃地层温度条件下0．25％羟丙基瓜胶浓度的沫压裂液体系，在35温度条件下进行耐温抗剪切OOOOO0OO∞OO铊00船泡沫压裂液配方：性能评价(图1)。由图1-．7见，当泡沫质量为52％时，0．25％羟丙基瓜胶+0．3％杀菌剂+0．5％黏土稳定剪切80min之后黏度为62mPa·s；当泡沫质量为68％剂+0．5％助排剂+0．5％增效剂+0．5％起泡剂+O．2％时，剪切80min之后黏度为110mPa·s。表明该泡沫Na2CO3。压裂液体系的泡沫质量在52％～70％之间时，均具备2．3泡沫压裂液配方总体性能评价良好的抗剪切性，因此，N质量浓度选择在52％～(1)泡沫稳定性评价70％为宜，结合前述泡沫质量的优选研究结果，最佳应用上述配方，在常压及35℃温度条件下，进泡沫质量可选择为60％。1＼、-^-●时间／milm图135℃压裂液流变曲线(3)滤失性能评价据作图2、图3。在35℃的实验条件下，对常规压裂液和泡沫压实验采用的常规压裂液配方：0．25％胍胶+0．3％裂液进行了滤失系数对比研究，实验测定了不同时杀菌剂+0．5％黏土稳定剂+0．5％助排剂+O．5％多功能间下压裂液的滤失量(如表8所示)，根据表8实验数增效剂+0．3％碳酸钠。·85· 天然气勘探与开发2015年1月出版表8滤失量随时间段变化关系式中：C3一滤失系数，m／rain；m一滤失曲线的斜率，mL／iTlin05；A一滤失面积，m。计算出常规压裂液的滤失系数为1．7x10ITI／min，泡沫压裂液的滤失系数为7~10m／mino如表9所示，泡沫压裂液的滤失系数仅为常规压裂液的41％。可见，泡沫压裂液体系在控制滤失方面远远优于常规压裂液体系。表9泡沫压裂液滤失系数压裂液类型C3滤失系数／(m·mjn)常规压裂液1．7x104泡沫压裂液7×1O(4)助排性能评价实验测定了常规压裂液和泡沫压裂液的破胶液表面张力，通过实验得出，常规压裂液破胶液表面张力为28mN／m。泡沫压裂液破胶液表面张力为26raN／m，低于常规压裂液，更利于返排(表10)。可见，泡沫压裂液体系的返排能力明显优于常规压裂液体系。表10破胶液表面张力测定样品破胶液表面张力／(mN-m--)泡沫压裂液26时恻／rain常规压裂液28图3泡沫压裂液累计滤失量与时间关系3现场试验实验采用的泡沫压裂液配方：常规压裂液+0．5％起泡剂。采用前述研究形成的泡沫压裂液配方体系，在根据标准SYfr5107—2005水基压裂液性能评价CH358—1、HP27-4、GJ22D井进行现场试验，三口井方法，滤失系数的计算公式为：改造目的层均属于低压低渗储层，现场应用情况如C3=0．0o5mIA表11。表11川西浅层气井泡沫压裂工艺试验情况由表l1可见，CH358—1、HP27--4、GJ22D这三口地层的伤害，且压裂后见气时间和测试时间明显缩井物性较差，采用泡沫压裂液按设计顺利完成了压短，相对邻井常规全程伴注液氮的压裂工艺，泡沫压裂施工，压后压裂液返排率比同一区块物性较好的裂工艺技术最终返排率增加12．2％，测试时间缩短井好，特别是初期返排速度较快，有效减小了液体对3．99d，有效的缩短了气井投产时间。·86· 第38卷第1期天然气勘探与开发率，其见气时间和测试时间也明显缩短，特别适合低4结论压低渗油气井的改造。因此，具有较好的推广应用前(1)川西浅层低压低渗气藏采用常规压裂液面景。临着液体滤失量大、返排速度慢，返排率低等问题，参考文献而泡沫压裂液具有滤失量小，返排速度快的特点，能l米卡尔J埃克诺德斯，肯尼斯G诺尔特著，张保平，蒋阒，刘有效提高压后液体返排速度和返排率、减小液体对立云，等译．油藏增产措施(第三版)[M】．北京：石油工业出地层的伤害，从而提高压裂施工效果。特别适合于低版社．2002．压低渗气藏。2钱斌．高温泡沫压裂液流变研究【J]．钻采工艺，1998，11(4)．(2)实验表明泡沫压裂液具有良好的发泡能力3许卫，李勇明，郭建春．氮气泡沫压裂液体系的研究与应和稳泡能力；相对于常规压裂液体系泡沫压裂液具用[J]．西南石油学院学报，2002，24(3)．有将滤失性能更优和更好的携砂性能。而当泡沫质4朱建峰，李志航，管保山．液氮伴注压裂工艺技术研究与应用『J1_低渗透油气田，1994，4(3)．量为60％左右时悬砂性能最好。5张文玉译．低压井的泡沫压裂[J】．油气田开发工程译丛，(3)川西三口低压低渗气泡沫压裂液现场应用1989，10．试验表明，泡沫压裂液施工后压裂返排速度和返排率明显高于相邻井采用常规压裂液的施工后返排(修改回稿日期2014—06—18编辑文敏)·87·