油气层保护用清洁压裂液的性能评价.pdf

2 0 1 1 年 1 2月 李超群等． 油气层保护用清洁压裂液的性能评价 油气层保护用清洁压裂液的性能评价 李超群 ， 王增宝， 李 宏， 闰国峰， 宋 奇 中国石油大学 华东 石油工程学院， 青岛 2 6 6 5 5 5 [ 摘要] 清洁压裂液体系是由新型双子表面活性剂与水杨酸钠在无机盐溶液中作用而成。 通过对清洁压裂液体系进行综合性能评价发现 该清洁压裂液体系具有组成简单 、 无固相残渣 、 携 砂性能好 、 遇水或油 自动破胶 破胶时间小于2 h 、 破胶液的表面张力和界面张力均小于所要求的 技术指标、 配制及施工简单等特点， 在6 O℃时黏度达 6 2 4 mP a S ， 满足中高温地层的压裂需求。实 验结果表明， 此清洁压裂液体系可满足常规油气层保护的需要。 [ 关键词] 清洁压裂液油气层保护 低伤害性能评价 随着油气 田开发的深人 ， 不论在钻井和完井 还是在增产措施中， 油气层保护越来越受到关注， 其 中清 洁 人 井 流 体 的 研 制 成 为 一 个 重 要 方 向- Z ] 。目前压裂技术 中， 水力压裂 液主剂多是 天然聚合物的交联产物， 配制时间长且需大量添 加剂， 另外压裂液破胶后会留下大量的残余物， 堵 塞在压开的裂缝中， 降低 了地层渗透率 ， 对地层造 成严重伤害 3 ] 。因此 ， 研制组成简单的清洁压裂 液体系是压裂作业的必然方 向， 也是油气层保护 的重要环节_ 4 J 。笔者针对常规油藏地层环境， 考 察 了筛选出的清洁压裂液体系的携砂 、 滤失 、 破胶 等性能， 结果发现此体系在常规油层 中起到很好 的压裂作用和保护效果 。 1 实验部分 1 ． 1 原料和仪器 季铵盐型双子表面活性剂 N G J ， 型号 3 1 6 5 6， 河南道纯化工技术有限公 司； 水杨酸钠 、 氯化钠 、 氯化铵、 氯化钙 ， 均为分析纯 ； 盐酸、 氢氧化钠 ， 均 为化学纯。 N D J 一1 B型旋转黏度计 ， P H S一2 5型 p H计 ， J Y w一 2 0 0 A型自动界面张力仪， 六速旋转黏度计。 1 ． 2实验方法 1 ． 2 ． 1 黏度的测定 采用 N D J 一1 B旋转黏度计测定黏度。采用 2 7号转子 ， 转速如无特殊说明控制在 6 r ／ mi n ， 性 能评价时使用六速旋转黏度计在 1 7 0 S 下测定。 1 ． 2 ． 2 岩心伤害率测定 岩心伤害率为注入破胶液前后水相渗透率的 差值与该岩心原始水相渗透率的比值， 表征压裂 液破胶液改变岩心原始渗透率的能力， 可考察压 裂液破胶液对压裂后裂缝导流能力的影响。在一 定压力下， 将岩心饱和水 以一定流量 注入压裂液 破胶液， 再 以一定流量注入水 ， 测定岩心渗透率 ， 计算岩心渗透率伤害率 E。 2 对清洁压裂液黏度的影响因素 通过先期实验， 筛选出合适的表面活性剂、 水 杨酸钠及无机盐种类 ， 确定清洁压裂液的基本配 方 4 ％N G J1 ％水杨酸钠 5 ％无机盐 氯化钠与 氯化铵 。其中， m 氯化钠 m 氯化铵 1 1 。 2 ． 1 压裂液基液黏度 温度为 2 0℃ ， 转速为 6 r ／ m i n ， 考察压裂液基 液黏度 ， 测 出平 均黏度为 8 ． 0 m P a s ， 此黏度较 小， 有利于基液的配制及在管线中的输送 J 。 2 ． 2 压裂液体 系 p H 的影响 固定其他条件 ， 考察体系 p H对黏度的影响 ， 结果见图 1 。随着体系 p H升高， 压裂液体系黏度 呈下降趋势 ， 这有利于作业过程 中的携砂 ， 同时也 有利于压裂作业结束后的返排。 ∞ ● 皇 l。 p H 图 1 清洁压裂液 p H与体系黏度的关系 收稿 日 期 2 0 1 1 1 0 2 8 。 作者简介 李超群， 在读硕士研究生， 研究方向是提高采收率 与采油化学。 基金项 目 中国石油大学 自主创新科研计 划项 目“ 异 步延迟 交联 H P A M冻胶深部调驱体系研究” 2 7 R 1 2 0 2 0 0 6 A 。 l 2 精细石油化工进展 第 l 2卷第 1 2期 AD VANC E S I N F I NE P E TR 0C HE MI C AI 2 ． 3 温度的影响 固定其他条件 ， 使用六速旋转黏度计 ， 考察温 度对体系黏度的影响， 结果见图 2 。 温度／ ℃ 图 2 压裂液黏温 曲线 由图 2可看 出， 该清洁压裂液体 系的黏温 曲 线呈先上升后下降的趋势 ， 当温度 6 0℃ 时， 黏度 达最大， 为6 2 4 m P a s ； 而后黏度随温度升高而下 降， 但 8 0℃时 ， 黏度仍可达 4 0 0 m P a s ， 说明清洁 压裂液体系仍保持很好的网状结构， 在较高温度 下没被破坏 ， 可满足压裂液的最低黏度要求 。 2 ． 4剪切速率的影响 固定其他条件 ， 温度为 8 0℃， 使用旋转黏度 计 ， 考察剪切速率对压裂液体系黏度的影响， 结果 见图 3 。 6 0 5 0 ■4 O _ 3 0 诗 2 0 l 0 0 剪切时间／ m i n 图 3 8 O℃下剪切恢复性能 曲线 从图 3可看出 ， 随着剪切速率增加 ， 清洁压裂 液体系黏度迅速下降， 表现 出很强的剪切稀释性 ； 当剪切速率减小时 ， 体系黏度又迅速升高 ， 说明其 网状结构的破坏和形成是可逆 的， 具有 良好的剪 切恢复性。 3 清洁压裂液的性能评价 3 ． 1 流变性能 压裂液的黏度与剪切速率关系常用幂律公式 描述 K 式中， 为剪切速率， s ～； K为稠度系数， mP a S ； 为流动指数 ， 无因次 ； 为剪切应力 ， P a 。 使用六速旋转黏度计 ， 通过下列公式计算得 到 K， n值 ， 并以此作图， 结果如图4 。 n 3 ． 3 2 l g 7 7 6 0 0 ／ 叼 3 o 0 K 0 ． 51 1叼 ／ 51 1 式中， 7 7 为对应转速下旋转黏度计 的读数。 温度 ／ ℃ 图 4 压裂液流变关系曲线 值越大， 压裂液的增稠能力越强， n值越 大， 压裂液的抗剪切能力好 ， ／Z 越小 ， 即偏 离 1的 程度越大 ， 其非牛顿性能明显； 但 K值越大 ， n值 越小。由图4可看出， 6 0℃时， n和 K均达峰值， 分别为 0 ． 1 6 4和 5 3 ． 1 9 2 m P a s 。 3 ． 2 携砂性能 用 量筒量 取一定 体积 的压裂 液， } 昆砂 比为 2 0 ％ ， 在不同温度下 ， 用清洁压裂液和常规胍胶压 裂液做对 比实验 ， 记 录石英砂完全下落至底部时 需要的时间， 计算其沉降速率 ， 结果见表 1 。 表 1 清洁压裂液中砂粒的沉降速率 m m ／ s 由表 1 可看 出， 常温下清洁压裂液体系的砂 粒沉 降速率 是 常规 胍胶 压裂 液 的 1 2 ． 2 7 ％ ， 在 7 0 q C 下 ， 沉降速度是常规胍胶压裂液的 1 ． 5 7 ％。 清洁压裂液体系的携砂性能明显好于常规胍胶压 裂液。 3 ． 3 滤失性能 压裂液的滤失性能直接影响压裂施工 中的液 体造缝能力和裂缝的几何形状， 有效地控制滤失 流体进入地层， 可减少对地层的伤害， 增加压裂液 使用效率， 提高砂液L t o采用静态滤失法， 在 3 ． 5 M P a 下， 考察清洁压裂液在不同温度下的滤失性 能， 结果见表 2 。 2 0 1 1 年 1 2月 李超群等． 油气层保护用清洁压裂液的性能评价 l 3 表 2 清洁压裂液的滤失性能 由表 2可知 ， 清洁压裂液的滤失 系数均较小， 说明压裂液向地层的滤失量较小 ， 但初始滤失量较 大， 这是由于开始时清洁压裂液体系无聚合物不能 形成滤饼， 其降滤失作用主要依靠其网状结构。常 规压 裂 液 在 6 O 下 的滤 失 系数 6 ． 7 0 01 0 叫 m ／ mi n ， 其滤失系数仅为常规压裂液的 4 ． 4 ％。 3 ． 4破胶性能 在地层条件下 ， 压裂液能否彻底破胶直接影 响支撑剂裂缝导流地层伤害能力。为减小压裂液 对地层的伤害 ， 在施工结束后较短时间内， 压裂液 要能彻底破胶 。分别用煤油和水进行破胶实验 ， 将不同体积比的压裂液破胶液混合液在不同时间 测定其黏度 ， 当黏度小于 5 mP a S 时视为破胶 ， 结 果见图 5 。 时l 司／ m i n 图 5 清洁压裂液的破胶性能 从 图5可看 出， 加水破胶速度快 ， 破胶 时间 3 0 mi n ； 而煤油破胶时间为 2 h 。实验结果表 明， 该清洁压裂液体系破胶彻底， 黏度很小。 3 ． 5 表面张力和界面张力 使用自动界面张力仪对不同压裂液破胶液进 行表面张力和界面张力的测定， 结果见表 3 。 表 3 清洁压裂液破胶液的表面张力与 界面张力 mN ／ m 注 1 压裂液与煤油体积比3 1 ， 2 压裂液与煤油体积比1 1 ， 3 为压裂液与水体积 比 1 3 。 从表 3可看出， 压裂液破胶液的表面张力和 界面张力均较低 ， 有利于解除水锁效应 和压裂液 返排 ， 并无需加返排剂 ， 证 明此压裂液体系复配简 单 ， 且性能优 良。 3 ． 6 压裂液对岩心的伤害 压裂液滤液可引起地层黏土膨胀 、 分散 、 运移 而堵塞孔道 ， 滤液进入喉道易造成水锁伤害。分 别考察压裂液对高、 低渗透率岩心的伤害， 结果见 表 4 。 表 4 压裂液对高、 低渗透率岩心的伤害 常规水基 压 裂液 的岩 心 伤害 率 为 1 5 ％ 一 2 0 ％ ， 由表 4可看出 ， 清洁压裂液破胶液对 高、 低 渗透层的岩心伤害均较低 ， 均低于 1 0 ％。另外 ， 由于在注入和冲洗过程 中， 实验所制岩心 内细砂 粒 的运移， 会造成岩心本身导流能力下降。因此 ， 该压裂液体系对岩心的导流能力影响不大。 4 结论 1 该清洁压裂液配方简单 ， 制备方便 ， 且具 有较好的剪切稀释和恢复性能， 便 于其在管道 中 的输送和携砂 ， 可满足压裂液的基本要求。 2 该清 洁压裂液具有 良好 的携砂性能 ， 常 温下砂粒 的沉 降速率是常规压裂液的 1 2 ． 2 7 ％ ， 在 7 O c Ic 下， 沉降速率是常规压裂液的 1 ． 5 7 ％。 3 该清 洁压裂液具有较低 的滤失系数， 在 6 0℃下其滤失系数仅为常规压裂液的 4 ． 4 ％ ， 可 有效地控制滤失流体进入地层 ， 减少对地层 的伤 害， 也可提高砂液比。 4 该清洁压裂液破胶速度快 ， 破胶液 的表 面张力和界面张力均低于所要求的技术指标， 且 清洁压裂液对地层的伤害率仅为常规压裂液的 2 0 ％， 低伤害且易于从地层返排。 参考文献 [ 1 ] K r u e g e r R F ．A n o v e r v ie w n f f o r ma t i o n d a ma g e a n d w e l l p r o d u c t i v i t y i n u i l fi e l d o p e r a t i o n [ J ] ． J o u r n a l o fP e t r o l e u m T e c h n o l o g y ， 1 9 8 6 ， 3 8 2 1 3 11 5 2 ． [ 2 ] R e e d M G ．F o rma t i o n d a m a g e p r e v e n t i o n d u r i n g d r i l l i n g a n d c o m p l e t i o n [ c] ／ ／S o c i e ty o f p e t r o l e u m e n g i n e e r s ．S P E c e n t e n - n i a l s y mp o s i u m a t Ne w Me x i c o t e c h ． Ne w Me x i c o S o c i e t y o f p e t r o l e u m e n g i n e e r s ， 1 9 8 9 3 33 9． [ 3 ] 佟曼丽． 油田化学[ M ] ， 东营 石油大学出版社， 1 9 9 7 7 9 8 1 ． [ 4 ] 陈馥， 王安培． 国外清洁压裂液的研究进展 [ J ] ． 西南石油 学 院学报 ， 2 0 0 2 5 6 5 7 O ． [ 5 ] 王北福． 无伤害压裂液的研究 [ D ] ． 大庆 大庆石油学院， 2 0 0 3 l 4 精细石油化工进 第 1 2卷第 1 2期 AD VANC E S I N F I NE P E T ROC HEMI CAL S Ev a l u a t i o n o n Pe r f o r ma n c e o f a Cl e a n Fr a c t u r i n g Fl u i d f o r oi l a n d Ga s Re s e r v o i r Pr o t e c t i o n L i C h a o q u n Wa n g Z e n g b a o L i H o n g Y a n G u o f e n g S o n g Q i P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e o f C h i n a U n i v e r s i t y of P e t r o l e u m H u a d o n g ， Q i n g d a o 2 6 6 5 5 5 [ A b s t r a c t ] A c l e a n f r a c t u r i n g fl u i d s y s t e m w a s p r e p a r e d w i t h n e w g e m i n i s u r f a c t a n t a n d s o d i u m s a l i c y l a t e i n a n i n o r g a n i c s a l t s o l u t i o n．I t wa s fou n d t h r o u g h c o mp r e h e n s i v e e v a l ua t i o n o n t h i s c l e a n f r a c t u rin g fl ui d s y s t e m t h a t t h i s c l e a n f r a c t u rin g fl u i d s y s t e m i s s i mp l e i n c o mp o s i t i o n，c o n t a i n s n o s o l i d r e s i d u e ，h a s h i g h s a n d c a r r y i n g c a p a c i t y ，c a n b r e a k g e l a u t o ma t i c a l l y wh e n c o mi n g i n t o c o n t a c t w i t h w a t e r o r o i l wi t h t h e g e l b r e a k i n g t i me l e s s t h a n 2 h a n d b o t h t he s u r f a c e t e ns i o n a n d i n t e r f a c i a l t e n s i o n o f b r o k e n flu i d l e s s t h a n t h a t s p e c i f i e d t e c h n i c a l l y，a n d c a n b e pr e p a r e d a n d u s e d e a s i l y，e t c ． Th e v i s c o s i t y o f t h i s f r a c t u r i n g fl ui d c a n r e a c h 6 2 4 mP aS a t 6 0 c 【 ．a n d i t c a n s a t i s f y t h e f r a c t u ri n g r e q u i r e me n t f o r me d i u m o r h i g h t e mp e r a t u r e r e s e r v o i r ． Ac c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f a pp l i c a t i o n， t h i s c l e a n f r a c t u rin g flu i d s y s t e m c a n b e us e d for p r o t e c t i n g c o n v e n t i o n a l o i l a n d g a s r e s e r v o i r ． [ K e y w o r d s ] c l e a n f r a c t u ri n g fl u i d ； o i l a n d g a s r e s e rvo i r p r o t e c t i o n ； l o w d a m a g e ；p e rf o r ma n c e e v a l u a t i o n 朗盛加大巴西投资力度 德国朗盛公司 1 0月 6日表示 ， 公司计划投资 3 0 0 0万欧元扩大巴西的生产能力 ， 包括在公司位于 巴西 P o r t o F e l i z的工厂内新建 2套生产装置。其中一套装置将生产尼龙和聚对苯二甲酸丁二酯 P B T 工程塑料， 设计年产2 0 k t ， 预计在2 0 1 3 年中期建成投产； 另一套装置将生产橡胶添加剂和轮胎定型硫 化水囊， 设计年产 2 k t 橡胶添加剂和 1 7 万个硫化水囊， 预计在2 0 1 2 年第 4季度建成投产， 该装置将由 朗盛旗下 R h e in C h e m i c 子公司负责运营。 此外 ， 朗盛公 司今年 9月 2 1 E l 表示 ， 公 司有望于今年底前 在巴西生产全球首个生物基三元 乙丙 E P D M 橡胶产品。这套位于巴西 T r i u n f o 装置当前年产4 0 k t 常规 E P D M橡胶。E P D M通常以石油基 乙烯和丙烯为原料。朗盛公司将在年底前完全使用来 自于甘蔗的乙烯生产 E P D M橡胶。B r a s k e m将通 过管线向现有的E P D M装置供应生物基乙烯。朗盛公司预计高性能橡胶需求将持续增加， 尤其是绿色 轮胎市场 ， 因为欧盟轮胎标签法将于 2 0 1 2年 1 1月开始执行。该法案要求在欧盟销售的轿车胎 、 轻卡 胎、 卡车胎及公共汽车轮胎必须加贴标签， 标示出轮胎的燃油效率 、 滚动噪声和湿抓着力 的等级 。朗盛 表示， 由于欧盟将开始执行轮胎标签法， 高性能橡胶制成的绿色轮胎的市场份额将从当前的3 5 ％增加 至约 5 0 ％ 。 朗盛公司表示 ， 巴西是公司快速增 长的市场之一， 2 0 0 5年公 司在巴西的销售收入 占公 司总销售收 人的比例不足1 ％， 不过当前已占到约 1 0 ％， 2 0 1 0年朗盛在巴西的销售收入达到创纪录的7 ． 0 1 亿欧元。 C h e mi c a l We e k． 2 01 ll 0一O 6 S i l u r i a技术公 司开发 甲烷氧化偶联直接制 乙烯新催化剂 S i l u r ia 技术公司于 2 0 1 1 年9月2 8日宣布， 通过融资投入 2 0 0 0 万美元开发氧化偶联 O C M反应 直接从 甲烷 C H 制取乙烯 C H 新催化剂。 Gr e e n Ca r c o n g r e s s ． 2 01 l一0 9 3 0