新型低分子压裂液流变性研究

新型低分子压裂液流变性研究

刘󰀁静󰀁管保山󰀁周晓群󰀁吕海燕󰀁李转红󰀁张喜凤󰀁郭自新

1

2

1

1

1

3

4

(1.长庆油田公司油气工艺研究院󰀁陕西西安710021;󰀁2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院󰀁河北廊坊065007;

3.西安石油大学󰀁陕西西安710065;󰀁4.长庆油田公司采气二厂󰀁陕西榆林719000)

󰀁󰀁摘要󰀁针对低渗、特低渗油田,开发出一种不需破胶剂、低残渣、低伤害、可循环再利用的新型低分子压裂液。分析了压裂过程中压裂液的典型流变过程和工程要求,以及低分子稠化剂在此过程中的流变过程,研究了低分子压裂液剪切性能、不同稠化剂下的流变参数及不同温度下低分子压裂液粘弹性。该压裂液在低渗油田得到了成功应用,获得较高的液体返排率和增产效果。

关键词󰀁低分子压裂液󰀁流变参数󰀁粘弹性󰀁流变性

性的加工工艺过程中,重新设计了稠化剂的制造工艺,引入亲水基团,将植物胶中的水不溶物变成了水溶成份。形成的新型稠化剂分子量低,分子链短。研究和开发的低分子稠化剂CQ󰀁2,分子量只有常规

6

胍胶分子量(2󰀂10左右)的1󰀁4~1󰀁6。低分子压裂液体系采用特殊的硼交联剂体系,这种交联剂体系的使用提供了一个基于pH的可逆交联压裂液体系。pH值低于8.0时,CQ󰀁2低分子压裂液体系不能交联,为基液粘度;当pH高于8.5时,CQ󰀁2低分子压裂液体系能交联,且具有良好的流变性能。施工过程中的CQ󰀁2低分子压裂液体系性能的变化过程: 当支撑剂被混合和泵送时,体系为高pH值(!8.5)而粘度低的基液。∀交联剂注到高pH值的基液中,可形成一种携砂性能好、高强度的压裂液交联体系。由于体系中可以含或不含任何破胶剂,因此这种压裂液性能稳定,对长时间泵送所产生的剪切降解和热降解影响不大。#当压裂作业完成和交联剂注入停止,利用地层自身的pH调节系统,使得体系的pH值降低。pH值降低引起压裂液中的交联作用失效,从而使压裂液体系恢复到初始的基液粘度,因此压后的压裂液破胶液能有效地从裂缝中排出。

引󰀁󰀁言

低渗和特低渗油田一般无自然产能,油层均需压裂改造方能投产。压裂液是压裂施工的关键性环节之一。而压裂液流变参数是压裂优化设计必不可少的重要参数。研究低分子压裂液在压裂过程中的流变性对深入开发低渗透油田、提高压裂工艺水平具有十分重要的意义。

本文对低分子压裂液的流变本构方程及其影响因素进行了研究,在上述研究基础上重点研究分析了压裂过程中压裂液的典型流变过程和工程要求,以及不同浓度稠化剂在此过程中流变性变化过程。

[1]

新型低分子压裂液

最新研究应用于低渗透油田的低分子压裂液具有与常规交联聚合物压裂液的流变性,同时具有低残渣、低伤害性能,不需要破胶剂,交联通过pH控制,具备天然硼交联的流变可逆性,压后在地层的中和作用下,降低压裂液pH值,来实现破胶目的;由于不需要破胶剂,破胶后低分子稠化剂仍然保持原来的分子结构,因此破胶压裂液可实现回收循环再利用,可大大减少压裂废液的处理费用、节省大量的水及化学添加剂,具有良好的节能环保、降低储层伤害和降低压裂成本的作用,有利于提高低渗透油田有效开发利用。

本文研究和开发低分子稠化剂,就是在胍胶改

流变性研究

1.实验方法

影响压裂液的流变性主要因素包括温度、剪切速率、稠化剂浓度等。实验中将低分子稠化剂及配

[作者简介]󰀁刘静,工程师,1977年出生,2004年毕业于西安石油大学石油工程专业,从事压裂液的研究与现场应用工作。

第17卷󰀁第5期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁刘静等:新型低分子压裂液流变性研究5

套的添加剂配制成低分子压裂液,用RS300流变仪在不同剪切速率、温度下,模拟压裂液过程中的流变性能;在170s下测定其抗剪切性能、不同稠化剂流变参数;用RS300流变仪对不同温度下低分子稠化剂CQ󰀁2配制压裂液进行粘弹性测定。

2.实验结果与讨论(1)变剪切下的流变性在变剪切下,对不同稠化剂配制的压裂液流变性测定可以看出,低分子稠化剂CQ󰀁2配制压裂液属于非牛顿流体的∃幂律%型,可用假塑性流体本构方

&nn-1

程󰀁=󰀂 或!=k 表征,具有常规压裂液类似的流变特性。从表1流变参数可以看出,CQ󰀁2低分子稠化剂配制压裂液的流态指数大,根据假塑性流

n-1

体本构方程!=k 可知,剪切速率对低分子压裂液的粘度影响小,由于CQ󰀁2稠化剂分子量低,交联剂用量是常规的几倍,短链稠化剂分子可以和更多硼交联剂烙合,形成更密集的三维网络结构,变剪切下更能有效保持网络结构,有利于压裂过程中支撑剂的填充。不同稠化剂配制压裂液的流变参数、流变曲线见表1、图1所示。

表1󰀁不同稠化剂流变参数

稠化剂类型稠度系数k&流态指数n&

常规8.27000.4873

CQ󰀁16.11600.4544

CQ󰀁22.76700.6179

-1

性。临界应力是样品线性与非线性之间的分界点。在实验过程中,施加的应力必须小于临界应力,才能保证实验测出的数据有实际意义。通过实验选择角频率∀为6.283rad󰀁s,这时振荡输出的波形是正弦

波,表明在测量过程中样品性能未超出线性粘弹区。

本文分别在30(、60(下,∀=6.283rad󰀁s,用RS300流变仪对低分子压裂液粘弹性进行测定,结

*

果见表2。可以看出,温度升高,G、G&和G∋减小;当温度30(时,G&>G∋,体系主要表现为弹性;当温度60(时,表现为粘性,G∋>G&。配制的压裂液使用温度在60(,因此本文在低分子压裂液流变特性研究中,着重对粘性进行考察。

表2󰀁不同温度下低分子压裂液粘弹性

稠化剂温度(()

G&(Pa)G∋(Pa)G*(Pa)

304.71.8695.242

600.1770.3540.387

(3)抗剪切耐温性能

由于分子量低,配制时需要更多地交联剂以便低分子稠化剂的短链与硼烙合形成高度紧密网络交联凝胶,液体链的体积也较小,短链的分子在剪切条件下容易排列,化学链连接起到效果。基于液体是高水平的三维网状的稳定结构,压裂液具有良好的耐温抗剪切性能,提高了压裂液的携砂性能。

根据SY󰀁T5107-1995)水基压裂液评价方法∗,在60(、170s,下低分子压裂液的耐温抗剪切性能,从图2可以看出,低分子压裂液有良好的耐温抗剪切性能。

-1

(2)低分子压裂液的粘弹性

低分子压裂液同样具有常规压裂液的粘弹性,可采用小幅振荡流场测量其粘弹性参数。对线性粘

*

弹性的描述采用复模量G、弹性模量G&、粘性模量G∋等参数。对纯粘性流体,G&为0;对纯弹性体,G∋为0;而对粘弹性流体,G&和G∋均有一定数值。G、

[2]

G&和G∋之间的关系为

*221󰀁2|G|=[(G&)+(G∋)]

鉴于流变仪的测量是在流体线性粘弹区域内进行的,必须保证设置参数不会破坏样品的线性粘弹*

(4)压裂过程中的剪切流变性

压裂过程中,满足压裂施工携砂的前提下,排量

3

1.8~2.4m󰀁min时,在井筒中,压裂液温度与井口处温度相差不大,剪切速率1000~1400s范围;在地层中,压裂液温度升高,剪切速率在40~80s范围。-1

[3]

-1

6油󰀁气󰀁井󰀁测󰀁试󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2008年10月

-1

因此,本文根据压裂液实际使用条件,1000s、30(模拟低分子压裂液在井筒中流变特性;40s、60(模拟压裂液在地层中的流变特性(见图3)。

-1

在所有压裂施工井中,施工顺利,全部按设计施工。所有井的压裂液现场破胶彻底,能迅速返排,有较高的返排率。压裂之后,压裂液的回收体积是泵送时的50%~100%,显著提高压裂液返排率。在

现场可经济有效地再利用,降低了压裂成本及压裂液对环境的影响。

结󰀁󰀁论

1.开发研制的低分子压裂液属于非牛顿流体的

实验结果可以看出,在30(、高剪切速率下(1000s);在60(、低剪切速率下(40s),低分子压裂液粘度在60mPa+s以上,能够满足压裂液在压裂过程中的携砂要求。

-1

-1

∃幂律%型流体,具有良好的流变特性。

2.地层温度60(的条件下,低分子压裂液以粘性模量为主。

3.在井筒低温高剪切,地层高温低剪切下,能够满足压裂液在压裂过程中的携砂要求。

4.在低渗油田得到了成功应用,为经济有效开发低渗油田提供了广阔前景。

现场应用

现场应用二口井,第一口井(1)不使用破胶剂,依靠地层进行破胶,压裂液实现了破胶降粘,获得较好的液体返排率和增产效果;通过对1井回收返排液,依据压裂液设计补充低分子稠化剂CQ󰀁2和损失添加剂,按照压裂液施工设计要求对第二口井(2)进行压裂施工,同样获得较好的液体返排率和增产效果。施工曲线见图4、图5。

#

#

#

参󰀁考󰀁文󰀁献

1󰀁赵振峰,等.长庆低渗油田压裂工艺技术.低渗透油气田,

2000,5(3)

2󰀁GebhardSchramm(德)著,李晓晖译.实用流变学测量.北京:石油工业出版,1998

3󰀁米卡尔J埃克诺米德斯著,张保平等译.油藏增产措施(第三版).北京:石油工业出版社,2001

4󰀁JPelesandRWWardlow.MaximizingWellProductionwithUniqueLowMolecularWeightFracFluid.SPE77746,20025󰀁JWeaver,Eschmelzl,MJamieson.NewFluidTechnoligyAl󰀁lowsFracturingWithoutInernalBreakers.SPE75690,20026󰀁MParker,BSlabaugh,HWalters.NewHydraulicFracturingFluidTechnologyReduceImpactontheEnvironmentThroughRecoveryandReuse.SPE80590,2003

7󰀁PelesJetal.MaximizingWellProductionWithUniqueLowMo󰀁lecularWeightFrcturingFluid.SPE77748,2002

本文收稿日期:2008-05-27󰀁编辑:王󰀁军

2008年10月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁油󰀁气󰀁井󰀁测󰀁试󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第17卷󰀁第5期

WELLTESTING(YOUQIJINGCESHI)

Vol.17No.5(SerialNo.110)2008

Abstracts

+ResearchofTheory&Method+

TheoreticalResearchonPressureDynamicAnalysisforSulfurGasReservoir.2008,17(5):1~3

LiXiaoping,ZhangLiehui,LiYun(StateKeyLaboratoryofOil&GasGeology+SouthwestPetroleumInstitute)

Theeffectivewelldiametermathematicalmodelisestablishedwhichisaboutgaswellpressuretransientanalysisinthecompositelayeraffectedbymobilityratiooftheinsidebyoutside.Usingtherelationshipofformationpermeabilityandsulfursaturation,thepressuresolutionatthebottomholeofgaswellisobtainedaffectedbydifferentsulfursaturations,andthesolutioncanbeusedtodrawthecharacteristiccurveaffectedbydifferentsulfursaturationsandusedtoanalysisthegaswellpressurebehaviorandwelltest,andthein󰀁fluenceofsulfursaturationonpressurebehaviorsisanalyzed.Thisresearchoffersthetheoreticalbaseofpressurebehaviorandwelltestanalysisofgaswellinsulfurgasreservoir.

Keywords:sulfurgasreservoir,pressurebehavior,mathematicalmodel,typicalcurve

StudyonRheologyoftheNewLowMolecularWeightFracturingFluid.2008,17(5):4~6

LiuJing,ZhouXiaoqun,LvHaiyan,LiZhuanhong(OilandGasTechnologyResearchInstitute,ChangqingOilfieldBranchCompany),GuanBaoshan(LangfangBranchResearchInstitute,PetroleumExplorationandDevelopmentResearchInstitute,CNPC),ZhangXifeng(Xi,anPetroleumUniversity),GuoZixin(NO.2GasProductionFactory,ChangqingOilfieldCompa󰀁ny)

Thenewlowmolecularweightfracturingfluid,withoutbreakingagent,isdevelopedwhichisprovidedwithlowerresidueandharm,andthenrecycledspeciallyagainstlowrateofpermeationoilfield.Representativerheologicalprocessandprojectrequestofthisfrac󰀁turingfluidismostlyanalyzed,theflowprocessofthelowmolecularweightfracturingfluidandthefracturingfluidshearingproper󰀁ties,therheologicalparametersoffracturingfluidthatdifferentagentconcentrationmakeupandthelowmolecularweightfracturingfluidviscosityelasticitychangesindifferenttemperatureareresearched.Thefracturingfluidhasbeenappliedinlowrateofperme󰀁ationoilfieldsuccessfully.Asaresult,upperrateofbackflowandstimulationpurposeareachieved.Keywords:lowmolecularweightfracturingfluid,rheologicalparameter,viscosityelasticity,rheologyStudyonProductionForecastaboutVerticalFractureWellsinFracturedReservoir.2008,17(5):7~10LiuChanghong(Exploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC)

Fromthebasictheory,theproductionforecastmathematicalmodelofonewellisestablishedwithfinite󰀁conductivityverticalfractur󰀁ingatconstantbottom󰀁holepressureinfracturedreservoirs.Bytheoreticaldeductionandsolution,theformulaofproductionforecastisobtained,andtheoreticaltypicalcurvegraphofproductionforecastisplotted.Theproductionhistorycurvescanbematchedandreservoirparameterscanbeconfirmedbyusingthisgraph.Ithelpstoanalysisandforecastproductionofoilwelltheoretically.Keywords:fracturedreservoir,verticalfracture,productionforecast,theoreticaltypicalcurvegraphAnalysisfortheCurveofPressureDrawdownabouttheNon󰀁NewtonianPower󰀁LawFluidinBoundedReservoirs.2008,17(5):11~13,16

WangXiaodong(ChinaUniversityofGeosciences),WangYaru(ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,SINOPEC)

Itisfunctionaltoimproveeitherpolymerfloodingorcustomheavyoilrecoverythattoidentifypressuredrawdowncharacteristicsofnon󰀁Newtonianfluids.Thepaperpresentsananalyticalsolutiontothemathematicalmodeldescribingthenon󰀁Newtonianpower󰀁lawfluidflowinacircularboundedreservoirbyLaplacetransformations,andasymptoticformulasareobtainedtoexpresstheflowregimesduringthepressuredrawdownprocess.Especially,intheformulasthereisanewexpressiondepictthelastpseudo󰀁steadystateofnon󰀁Newtonianpower󰀁lawfluidtransientflowintheboundedreservoir.Theformulascanbeusedtomakeaconciseinterpretationtothewell󰀁testdatawhiletwopracticallyappliedproceduresaboutthemareshowndetailedinthepaper.Keywords:non󰀁Newtonianpower󰀁lowfluid,drawdowntest,well󰀁borestorage,skineffect,flowregimesAnImprovedWell󰀁BoreTemperatureModel.2008,17(5):14~16LeiTing(ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan))

Duringgaswelltesting,thefluidtemperaturechangesbecauseofheatlosstothesurroundingformation.Insomegaswells,thefluidtemperatureisfirstascendingandthendescendingattheshut󰀁inperiod.Itcan,tgivecorrectinterpretationwithouttakingintoac󰀁counttemperatureinfluencebyusingtraditionalinterpretationmethod.TheHasan,swell󰀁boretemperaturemodelisimproved,andbyconsideringtheJoule󰀁Thompson,seffectontemperaturechange,thenewonecanpredictandcalculatethewell󰀁boretemperaturechange.

Keywords:well󰀁boretemperaturemodel,well󰀁boreheattransfer,gaswelltesting

+Evaluation&Application+

ResearchonApplicationofOne󰀁PointMethodaboutRapidGasProductionTestinginShanbeiGasFields.2008,17(5):17~19,23HanHuiling(TrainingCenter,HuabeiOilfieldBranchCompany),JiangJianfang,YangYufeng(LangfangBranch,RIPED),ChenXinming(BohaiPetroleumVocationalInstitute),HaoLuanyin(HuabeiPetrochemicalCompany)InfluencefactorsanditsextentofAOFforgaswellsareanalyzedbasedonone󰀁pointmethodofproductivityequation.Combingwiththeactualtestedgasproductionfrom6gaswellsatShanxiformationinShanbeioilfield,deliverabilitycoefficientsarecalculatedonspots(averagevalueis0.617whichismoredifferencefromthetraditionalvalue0.2541),andtheformulatocalculaterapidlyAOF