新型泡沫压裂液研究及应用_林永茂

二、 新型泡沫压裂液
1 . 新型添加剂优选 本文针对前期自生热类泡沫压裂液在研发应用 过程中存在的不足和技术难点 , 通过主要添加剂的 研制和优选 , 改善了新型压裂液的泡沫性能、 破胶性 能等关键性能指标。 2 . 1催化剂优选 酸性催化剂在自生热压裂液体系中起着催化、 控制生热剂反应速度的作用。因此, 催化剂的优选 至关重要。本文通过不同酸性催化剂对生热体系反 应速度的影响、 反应产生的泡沫质量和稳泡时间、 反 应后液体膨胀倍数以及压裂液体系腐蚀性等方面的 综合室内实验, 最终优选确定采用一种新型复合功 能酸性催化剂 BM - B10 , 该催化剂具有延迟生热、 催化速度慢、 低腐蚀性、 黏土稳定性和助排能力强等 强效复配功能。确定酸性催化剂 BM - B10 的加量 浓度在 2 . 5 % ~ 3 % 左右。 2 . 2破胶剂优选 常规破胶剂与新型泡沫压裂液不配伍, 加量大 且破胶性能差。实验优选出一种超级破胶助剂 BM - P1 , 只需使用少量该破胶助剂 ( 100 ~ 900 m g /L ) 就可以使压裂液快速有效破胶 , 且与泡沫体系的整 体性能表现出良好的配伍性。 2 . 压裂液性能评价 压裂液是影 响压裂施工和压后效果的关键因 素 , 针对低压、 低渗致密、 敏感性储层 , 对新型自生热 泡沫压裂液的要求是在满足携砂性能的基础上强化 压裂液的泡沫稳定性和低残渣、 防水锁、 增压助排的 低伤害特性。 2 . 1腐蚀性评价 泡沫压裂液由基液和酸性催化液两部分组成。 在不添加缓蚀剂条件下 , 酸性催化液的腐蚀速率约 为 0 . 3 g / ( m h) , 压裂液的腐蚀速率仅 0 . 2 g/( m h) , 返排残液的腐蚀速率仅 0 . 2 g/( m
一、 பைடு நூலகம்术原理
针对川西上述地质特征, 为了寻求压裂液防水 锁低伤害、 高效返排的综合解决方法, 本文提出了一 种采用化学工艺方法进行的自生热压裂技术。压裂 液的性能是决定压裂效果的主要因素。因此, 自生 热压裂技术的先进性在于压裂液的配制与性能。该 技术原理是将自生热处理体系引入到胍胶压裂液体 系中 , 当两种自生热药剂混合后, 在活化剂的控制下 发生化学反应 , 放出大量的热能和气体。反应在气 层进行时 , 热能通过径向和垂向传导作用, 加热储层 的近井地带, 使其温度大幅度升高 , 有利于压裂液在 低温储层的破胶。反应放出的大量高温气体能进入 液体进不去的孔隙 , 破坏毛细管阻力, 解放出油气孔 隙, 从而提高渗流能力 , 提高油气井产能 ; 放出的 惰性气体均匀地分散在压裂液中, 形成泡沫压裂液,
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h) , 现场使 3 . 新型泡沫压裂液技术特点 ( 1)针对中浅层储层改造, 由于 采用的是不交
用不会对井内管柱、 施工管线、 地面排液流程等造成 腐蚀, 表现出该套体系良好的配伍性和低腐蚀特征。
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表 1 压裂破胶液对岩心伤害实验数 据 伤害前液体 序号 1 2 渗透率 /10- 3 m 2 0 . 00569 0 . 00428 伤害时间 /h 2 2 伤害后液体 渗透率 /10- 3 m 2 0. 00489 0. 00363 伤害率 /% 14. 06 15. 08
是以压裂液的彻底破胶为手段 , 而是通过对压裂液 的泡沫化降低滤失、 增压助排、 改善气体渗流能力 , 来达到提高气井压裂残液返排率 , 降低伤害, 提高气 井产能的目的, 从根本上满足了低压低渗透气藏对 压裂液的要求。
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油田化学
新型泡沫压裂液研究及应用
林永茂, 向 丽, 黄禹忠
(中石化西南油气分公司工程技术研究院 )
林永茂等 . 新型泡沫压裂液研究及应用 . 钻采工艺 , 2010, 33( 4): 99- 101 摘 要 : 针对川西中浅层低温低 压低渗及难动用地层 面临的 压后返排 困难 、 储层 伤害大 的问题 , 通过 开展降 延迟自生热压裂技 术 , 取得 了良好的 应用效果 。 该 低地层污染 、 补充地层能量 、 提高液体 返排速度的技术研究
中图分类号 : TE 357 . 12 文献标识码 : A DO I : 10. 3969 / .j issn . 1006- 768X. 2010 . 04 . 032
川西坳陷碎屑岩气藏是我国致密碎屑岩气藏的 典型代表。整个气藏经历了超致密成岩过程 , 普遍 发育着低渗致密储层 , 造成了特殊的地质条件 , 储层 具有低孔、 低渗、 非均质性强, 束 缚水高、 含气性复 杂、 自然产量低等地质特点。因此, 绝大部分气井必 须依靠加砂压裂才能投产。 九五 以来, 储层压裂 改造技术取得突破性进展 , 以水力压裂技术为核心 的储层改造技术已经在新场、 洛带、 马井、 新都等气 田的中、 浅层气藏开发中得到了广泛的应用。 川西低渗致密气藏特有的低孔 喉连通性和黏 土矿物成分导致在压裂改造中水基压裂液对储层造 成的伤害尤为突出。一方面 , 川西中浅层主力气藏 采出程度高 , 部分气藏已进入递减期 , 区块压力系数 相对偏低, 地层能量的衰减 , 最终体现为储层加砂压 裂改造后排液困 难, 压裂液 对储层伤害大 ; 另一方 面 , 难动用储量逐渐成为开发调整方案动用的重点 , 但受储层品质的影响, 水锁及水敏伤害问题尤为突 出 , 制约了川西致密气 藏难动用储量的 开发效果。 因此, 本文提出的新型泡沫压裂液是一种将自生热 体系引入到常规胍胶压裂液体系中, 通过化学反应 , 能够自动释放热量对压裂液进行升温, 有利于压裂 液在较低温度下彻底破胶 , 生成的气体对井筒、 裂缝 及进入地层孔缝的压裂液进行增压助排, 使压裂液
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基金项目 : 中国石化科学技术研究开发项目 ( 编号 : G J- 49- 0509) 的部分研究成果。 作者简介 : 林永茂 ( 1977- ) , 工程师 , 2003毕业于西南石油大学油气田开发专业 , 硕士研究生 , 主要 从事致密气 藏储层改 造工作。地址 : ( 618000) 四川省德阳市龙泉山北路 298号西南分公司工程技术研究院 , 电话 : 13990278990 。
联自生热泡沫压裂液, 能够有效的降低压裂液残渣 对地层造成的伤害。 ( 2) B M - B10 是一种新型 复合功能 酸性催化 剂 , 该催化剂具有低黏起泡、 延迟生热速度慢、 携液 能力强、 低腐蚀性、 黏土稳定性和降表面张力能力强 等复配功能。 ( 3) 新型自生热泡沫压裂液的泡沫质量相对早 期的自生热类泡沫压裂液明显提高, 克服了前期类 泡沫压裂液反应时间快、 稳泡时间短、 泡沫体系析液 早且析液量大等与储层 改造不适应特 征。通过观 察 , 新型自生热泡沫压裂液的发泡反应速度慢 , 微泡 沫结构均匀、 细小 , 持续发泡时间长, 泡沫稳定时间 长 , 破胶过程泡沫携液能力强、 析液晚 ( 通常 90 m in 后开始析液 ) 且析液量少 , 体现出良好的降滤失性 能和泡沫携砂性能。 现场可以根据储层温度、 施工时间的要求 , 通过 催化剂浓度和生热体系浓度的调节有效地控制生热 反应时间和增压速度
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2010年 7 月
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大大降低了压裂液的滤失性 , 同时增大压裂液返排 能力
[ 1~ 2]
。因此 , 低伤害自生热压裂液从机理上不
2 . 2 增压助排性能评价 自动增压能力是自生热压裂液 最显著特征之 一, 也是其低滤失伤害、 高效返排的理论基础。该压 裂液自动释放气体 , 自动增压 , 能明显增加常压气藏 的返排能量, 压后放喷时 , 由于井底压力下降, 压裂 液体积迅速膨胀, 推动地层中的压裂液进入井筒 , 从 而显著提高返排速度 ; 同时产生的泡沫混合物能显 著降低压裂液的密度 , 降低井筒回 压, 增加 返排压 差。延迟生热压裂液选用的复合酸性催化剂能把破 胶液的表面张力降至 26 m Pa s以下, 具有优良的助 排效果。 该配方在 50 条件下, 60 m in 内体积膨胀倍数 可达 9 倍以上, 增压能力可达 8 . 2 M Pa 。根据物质 的 PVT 特性 , 在地层中 , 压裂液的体 积膨胀受到限 制, 就表现为压力升高; 在井筒中, 由于压力释放 , 就 [ 3] 表现为自动气举 。 2 . 3 流变性能评价 实验使用美国千德乐公司生产的往复式毛细管 黏度计 RCV6300 , 模拟地层温度 45 、 50 及 60 , - 1 在剪切速率 170 s , 破胶剂加量为 50 m g /L 的情况 下评价了线性自生热泡沫压裂液配方的流变性能。 实验配方在 45 下剪 切 2 h , 黏度 保持 在 60 mPa s 左右 , 在 50 下 剪切 1 h 后黏度 保持在 55 mPa s左右 , 具有良好的流变性能, 能满足现场施工 的携砂要求。而在 60 下剪切 1 h, 黏度从 52 mP a s下降到 30 mPa s 。 这主要是由于基液在与催化剂 混合后不断反应生成微泡沫结构而致使初期外观黏 度不断提高, 而温度越高 , 自生热反应速度越快, 提 前进入反应后期, 泡沫自身的衰减速度大于产生的 新泡沫, 因而黏度 逐渐下降, 表现为泡沫稳 定期变 短。 2 . 4 伤害性评价 实验数据表明, 岩心伤害率平均约 14 . 5 %,见 表 1 。可见这种新型泡沫压裂液对地层的伤害明显 较小 ; 而常 规羟丙 基胍胶 压裂 液的 伤害 率一般 在 30 % 左右。
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构造采用增效压裂液或常规压裂液的压裂井的返排 情况相比较, 在返排早期 7~ 18 h 内 , 返排率明显高 于邻井, 这主要是由于该体系存在一个自生热、 生气 增压的过程, 能够更好的提高外来液的自排能量 , 提 高早期返排速度。 ( 2)该井压后排液 7 h即见气点火 , 与同构造邻 井对比, 邻井最早 22 . 5 h 见气 , 最晚 115 h 见气, 压 后见气早 , 充分体现了压后气层良好的渗流恢复能 力。 ( 3)新型压裂液体系配液简单, 无腐蚀 ; 施工采 用常规压裂设备即可, 施工工艺简单。 ( 4)本井采用了不交联、 低滤失、 自动增压的新 型自生热泡沫压裂液 体系, 现场 取得了成功应 用。 无论是从液体性能、 施工分析以及后期的排液增产 效果来看 , 该体系在满足施工成功的基础上 , 能够更 好地适应川西中浅层储层的工程地质特征, 降低储 层伤害, 改善气层渗流能力。