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低分子量聚合物压裂液体系的研究与应用-崔会杰

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分子量 聚合物 液体 研究 应用 崔会杰
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【理论研究与应用技术】低分子量聚合物压裂液体系的研究与应用崔会杰1, 李建平2, 杜爱红2, 贾永良1, 谢克俊3(1. 华北油田公司采油工程研究院,河北任丘 ; 2. 华北油田天成实业集团有限公司,河北任丘 ;3. 渤海钻探定向井技术服务公司,河北任丘)]013,30(3):减少瓜胶压裂液对低渗透、碱敏储层的二次伤害,研制出了一种低分子量聚合物压裂液,并解决了该压裂液交联时间不易控制、低温破胶困难的技术难题。通过对主要添加剂进行优选,该压裂液以分子量为20万~ 30万,水溶速度快,现场配液容易,且增稠能力强, 即能满足压裂施工要求;用有机锆与醛的复合物作交联剂;针对不同的地层温度,从低温破胶剂化剂、过硫酸铵、胶囊破胶剂+过硫酸铵中分别选用;最终优选出了低、中、高温低分子量聚合物压裂液系列配方。该压裂液在华北二连的乌里雅斯太油田、鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的油井与天然气井压裂改造中均取得了较好的效果。关键词 低渗;碱敏;低分子量聚合物;中性交联;无渣;压裂液中图分类号:  文献标识码:A    文章编号:1001013)03 雅 斯 太 油 田 位 于 二 连 盆 地 的 东 北 部, 面 积近 3 000 油 层 平 均 孔 隙 度 为 8%~ 10%, 渗 透率 为 00属 于 低 孔、 低 渗透 油 藏, 同 时 具 有 水 敏 与 碱 敏 等 特 征。 压 裂 改 造 一般 采 用 瓜 胶 压 裂 液, 但 其 碱 性 交 联 环 境 与 残 渣 含 量较 大 的 特 点, 对 储 层 造 成 了 一 定 的 伤 害。 低 分 子 量聚 合 物 压 裂 液 呈 中 性、 无 残 渣、 伤 害 小, 是 瓜 胶 压裂 液 的 理 想 替 代 品, 但 目 前 未 得 到 推 广 应 用, 因 为其 交 联 时 间 快, 不 易 控 制, 而 且 在 温 度 低 于 53 ℃时 破 胶 困 难。 通 过 对 低 分 子 量 聚 合 物 压 裂 液 的 交 联体 系 与 破 胶 体 系 进 行 实 验 研 究, 解 决 了 上 述 难 题,优 选 出 了 低、 中、 高 温 低 分 子 量 聚 合 物 压 裂 液 系 列配 方, 并 在 乌 里 雅 斯 太 油 田、 鄂 尔 多 斯 盆 地 伊 陕 斜坡的油井与天然气井中取得了较好的压裂效果[11 低分子量聚合物的研究经 实 验 研 究, 一 元 聚 合 物( 如 聚 丙 烯 酰 胺 ) 与二 元 聚 合 物( 如 丙 烯 酰 胺 与 丙 烯 酸 钠 的 共 聚 物 ) 的耐 盐 与 抗 剪 切 能 力 差, 配 制 的 压 裂 液 往 往 不 能 满 足施 工 要 求, 而 三 元 共 聚 物 具 有 良 好 的 耐 盐 与 抗 剪 切性 能。 因 此 选 用 了 由 丙 烯 酰 胺、 丙 烯 酸 钠 与 2- 丙烯 酰 胺 基 基 丙 基 磺 酸 钠 的 共 聚 物 聚 合物 分 子 量 的 大 小 直 接 影 响 其 水 溶 性 和 增 稠 能 力, 分子 量 小, 则 水 溶 性 好、 增 稠 能 力 差 ; 反 之 则 水 溶 性差、 增 稠 能 力 强, 而 分 子 量 在 适 当 范 围 内 时, 既能 达 到 一 定 的 增 稠 作 用, 又 具 有 较 好 的 水 溶 胀 性能。 分 子 量 为 20 万 ~ 30 万, 仅 为 瓜 胶 分 子量(240 万 左 右 ) 的 1/10, 链 长 只 有 瓜 胶 的 1/25 ;水 溶 速 度 快, 现 场 配 液 容 易 , 在 水 温 为 15 ℃ 下 以300 r/ 速 率 搅 拌 15 液 黏 度为 34.5 s, 约 为 最 终 黏 度(38.5 s) 的90% ; 分 子 量 聚 合 物 对 水 具 有 一 定 的 增 稠 能力, 其 浓 度 为 的 压 裂 液 能 满 足 压 裂 施工 要 求 ; 胶 液 在 30 ℃ 环 境 温 度 下 放 置 7 d, 黏 度 保持 率 为 不 易 受 细 菌 的 腐 蚀 而 变 质, 现 场 配液时不需加杀菌防腐剂。 基金项目:华北油田公司项目“路44、乌里雅斯太区块酸化压裂配方工艺技术改进研究”(2010第一作者简介:崔会杰,工程师,1990年毕业于华北石油职工大学,现在主要从事压裂液的研究与应用工作。地址:河北省任丘市华北油田采研院;邮政编码 062552;电话 (0317)2728489;02 联剂的优选根 据 子 中 含 有 的 —, 可 被 醛、 二 醛、 六 亚 甲 基 四 胺 以 及 多 价 金 属离 子 T 交 联, 而 且 研 究 表 明一 种 交 联 剂 形 成 的 冻 胶 性 能 并 不 理 想, 优 选 出 了 有机 锆 与 醛 的 复 合 物 作 交 联 剂。 基 液 对 压 裂 液的 交 联 性 能 与 耐 温 性 能 影 响 很 大, 当 基 液 的 在 围 内 时, 压 裂 液 不 仅 具 有 一 定 的 延 迟交联时间, 还具有较好的耐温性能, 实验数据见表 1。表1 % 联时间 /s ( s)0~ 15 0~ 35 0~ 50 0~ 70 0~ 120 00~ 360 交联注: 配方: %调节剂 +复合交联剂。胶剂的优选低 分 子 量 聚 合 物 压 裂 液 使 用 氧 化 剂 进 行 破 胶 化水, 当 地 层 温 度 为 53~ 90 ℃ 时, 选 用 过 硫 酸 铵 作破 胶 剂 ; 当 地 层 温 度 大于 90 ℃ 时, 过 硫 酸 铵 的 反应 过 快, 一 般 选 用 胶 囊 破 胶 剂 + 过 硫 酸 铵 的 复 合 破胶 剂 ; 当 地 层 温 度 小于 53 ℃ 时, 过 硫 酸 铵 的 破 胶效 果 差, 选 用 低 温 破 胶 剂 活 化 剂( 加 量 的 复 合 破 胶 体 系。 按 照 破 胶 液 黏 度 小于 5 s 的 要 求, 该 压 裂 液 在 不 同 时 间 破 胶 所 需 破 胶剂的用量见表 2 与表 3。表2 压裂液在不同时间内破胶所需破胶剂的用量T/℃4 h 6 h 8 h 10 h 12 同温度下压裂液在不同时间内破胶所需破胶剂用量T/℃过硫酸铵 /%4 h 6 h 8 h 10 h 12 70 80 90 100 110 120 裂液配方的确定经 过 实 验 优 选, 根 据 储 层 温 度, 确 定 出20~ 130 ℃低分子量聚合物压裂液配方见表 4。表4 不同温度下低分子量聚合物压裂液配方井温/℃稠化剂/%交联剂 /%破胶剂/%调节剂/%活化剂/%耐温剂/%20 基 液 中 加 入 ( 1. 5%) 非 离 子 型 助排剂,温度小于 53 ℃时选用低温破胶剂。3 压裂液的性能评价该压裂液在室温下 30~ 50 s 形成可挑挂、 黏弹性 好 的 冻 胶, 具 有 良 好 的 携 砂 能 力, 见 图 1。 按 配方 配 制 好 压 裂 液, 密 封 后 在 一 定 温 度 下 恒 温 放 置 破胶 12 h, 压 裂 液 破 胶 液 透 明, 无 絮 状 物、 无 残 渣,黏 度 较 低 , 小 于 5 s, 表 面 张 力 低 ,小于 23 mN/m, 对 黏 土 的 防 膨 稳 定 性 能 好, 防 膨 率 在 90%以上,见图 1。图 1 压裂液的挑挂与携砂性能 (左) 及破胶后的形态 (右)崔会杰等:低分子量聚合物压裂液体系的研究与应用81低 分 子 量 聚 合 物 压 裂 液 具 有 良 好 的 耐 温 抗 剪 切性 能, 在 130 ℃、170 剪 切 90 黏 度 大于 100 s,见图 2。图 2 130 ℃、170 低聚物压裂液的流变曲线用不同压裂液, 对太 53 井、 太 29 井、 延 413 井、延 620 井 岩 心 进 行 了 伤 害 实 验, 结 果 表 明 : 低 分 子量 聚 合 物 压 裂 液 对 岩 心 的 伤 害 率 小 于 20%, 瓜 胶 压裂液对岩心的伤害率大于 40%,如表 5 所示。表5 不同压裂液对地层岩心的伤害率岩心井号压裂液类型00%太 53 羟丙基瓜胶 9 羟丙基瓜胶 13 羟丙基瓜胶 20 羟丙基瓜胶 场应用效果在 二 连 盆 地 乌 里 雅 斯 太 油 田 的 太 27 井 区 使 用瓜 胶 压 裂 液 压 裂 4 口 井, 初 期 日 产 油 40.3 t, 平 均单 井 日 产 油 t ; 使 用 低 分 子 量 聚 合 物 压 裂 液压 裂 4 口 井, 初 期 日 产 油 48.9 t, 平 均 单 井 日 产 t,比瓜胶压裂液日产油量提高了 在 鄂 尔 多 斯 盆 地 伊 陕 斜 坡 使 用 低 分 子 量 聚 合 物压 裂 液 压 裂 施 工 油 井 4 口, 产 量 增 加 了 2 倍 以 上,见 表 6。 使 用 低 分 子 量 聚 合 物 压 裂 液 施 工 的 620 天 然 气 井, 试 气 求 产, 分 别 日 产 天 然 0404使用羟丙基瓜胶压裂液压裂井日产天然气量提高了 25% 左右,见表 7。表6 伊陕斜坡油井压裂施工情况井号 压裂井段 /m3/砂量/后产液/m3/t/m3/t/0 6 2 9 21712181 的 施 工压力分别为 18~ 21、19 ~ 25、17 ~ 22 和 23~ 26 7 天然气井压裂施工情况表井号 射孔井段排量 /m3/砂量/%02~ 3 408 1~ 47 79~ 3 383 0~ 46 8511~ 3 3~ 49 93 22~ 3 225注 : 620 井的压裂方式分别为投球分压和合压,返排率分别为 和 5 结论1. 优 选 出 的 分 子 量 聚 合 物 稠 化 剂, 具有水溶性与耐盐性好、 增稠能力强、 无残渣等优点,可在中性 - 偏酸环境下交联形成冻胶。2. 优 选 出 的 低 分 子 量 聚 合 物 压 裂 液 体 系, 具 有黏度高、 造缝与携砂能力强、 耐温与抗剪切性能好、对 支 撑 裂 缝 与 地 层 伤 害 小 等 特 点, 能 够 满 足 低 渗、碱敏与水敏储层压裂改造的需要。3. 该 压 裂 液 体 系 组 成 简 单, 易 于 配 制、 便 于 推广应用。参 考 文 献周 成 裕, 陈 馥, 黄 磊 光, 等 . 一 种 高 温 抗 剪 切 聚 合 物[1] 压 裂 液 的 研 制 [J]. 钻 井 液 与 完 井 液,2008,25(1) : 周, 陈 勉, 胥 云, 等 . 新 型 合 成 聚 合 物 超 高 温 压 裂[2] 液体系 [J]. 钻井液与完井液,2011,28(1) : , 刘 通 义, 赵 众 从, 等 . 抗 高 温 无 残 渣 压 裂 液 的 研[3] 究与应用 [J]. 钻井液与完井液,2012,29(5) : 70收稿日期2013303辑 付玥颖)30,3 7 4 h, of 2 h to of s 57200, 2013, 30(3):70i, in of as of of by of A is in is by by is to of is of is so a to be s 02249, 2013, 30(3):73in as of to it be 20 ℃, -5 18 of 6.5 mN/m, of mN/s 00450, 2013, 30(3):76 is in is of A , F. A is of +it of is to it of it by A s 10500, 2013, 30(3):79 2013o to by a is in is M/ it in it of is of to of on of in ow s 62552, 2013, 30(3):827u, of to is in of In a is of % of of h. by of is is s il 14000, 2013, 30(3):85n 1050 1002, in in of it is s 62552, 2013, 30(3):88u, he of is of of of is by is to to of is to s 34000,
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