粘土稳定剂在致密砂岩气藏中的适应性研究

的变化 ， 以及 国 内外有 关 聚合 物 分子 尺 寸 与岩 石孔
喉 尺寸 匹配关 系的研究 报道 ， 按照 分子 “ 桥架 原理 ” ， 只有 当ｏ ６ 尺 时， 不会堵 塞孑 喉。据此计算出 ． Ｒ。 就 ４ ＞ Ｌ
的 范 围 ， 结 合公 式 （ ） （ ） 合 分 析计 算 得 到川 再 １ 、２ 综
６ 以看 出 ． 子量 为 １ ｘ ０的Ｐ Ｓ １ 可 分 ． １ Ａ 一 的防膨 效果 最 ５
好 ， 害最 低 ． 伤 而分 子量 为２３ １ Ａ 一 的防膨 性 ．￣ ０的Ｐ Ｓ ２ 能 要 ｔＰ Ｓ １ ￣ Ａ 一 稍微差 一 点 。根据 聚合 物水 化 分子 堵
润 土 溶 液 中 ，考察 室 温 时 不 同分 子 量粘 土 稳 定 剂
喉 尺寸 与粘 稳剂 分子 大小 Βιβλιοθήκη Baidu配伍 性 关 系 ， 找到 一种
适合 本储 层 物性 的粘 土稳 定 剂 ， 进行 有 针对 性 的压 裂施工 ， 以保 护储层 。
１２ 川西地区主要气藏孔喉尺寸与粘稳剂匹配分析 ＿
Ｒ＝／｛ ｘ Ｈ） Ｏ） ８ （ ［ ／ ／ ６Ｍ ｌ ３
３
西地 区 主要 气 藏 孑 喉 尺 寸 与粘 稳 剂 分 子尺 寸 的 匹 Ｌ
配关 系 。
表２ 川 西 地 区 主 要气 藏 孔 喉 尺 寸 统计 及 分 子 尺 寸 匹 配关 系
通 过 以上统 计 分 析可 以看 出 ， 西 地 区不 同区 川 块 不 同层 位所对 应 的粘 稳 剂分 子 量都 很 小 ， 稳 剂 粘
孑 介 质 时，描述 聚合 物分 子及 多孔介 质 几何 特征 的 Ｌ 参数 间必然存 在 相应 的匹配关 系 。应 用表征 聚合 物 溶 液 分 子尺 寸 的Ｆｏｙ ｌｒ特性 粘 数 理 论 经 验 公 式 进 行 计算 ， 用 平均 回旋半 径 参 数 （ 表 征 聚合 物分 子 使 Ｒ） 尺寸 ， 均 回旋半径 和特 性粘数 计算公 式 如下 ： 平
１ 倍时 ， ． ５ 关闭 阀 门 ， 温度 控制 在设 定值 ． 应开 始 进 反 行 。反应 初始 阶段放 热很快 ， 加强循 环冷 却 ， 制 应 控 体 系温度不 超过４ ℃。 ５ 待温度 稳定后 ， 续搅拌 让其 继 充 分反应 ， 即可得 到较 高 固含 量 的液体 共聚物 。
却表 明伤害 率大 于３ ％。 ０ 经分析 ， 常规 粘土稳 定剂分
子 量均在 １０ 以上 。如 此 大分 子 量 的粘 土稳 定剂 ０万
条件下 防膨性 能都很 好 ，但对 于川西地 区并不 是每
一
无论是 直链 型还是 团状 ， 都很难 通过小 孔喉 。 因此 。 研究 与致密 沙岩气 藏条件 配伍 的高效 小分子 量粘 土
聚合 物分 子尺寸 与孔喉 尺寸 的匹 配关 系 。
将 粘 土 稳定 剂Ｐ Ｓ ２ ％水 溶 液 ） 川西 地 区常 Ａ （０ 与 规 使用 的粘 土稳定 剂在 相 同条件 下进行 比较 。将粘 土稳定 剂各 取０５ Ｌ Ｉ ￣ Ｕ ． ／ Ｌ ．ｍ ２ ） ０２ ｍ 的膨 润 土溶液 中。 Ｉ ｇ
个 区块 、 一个层 位都适 合 。 据岩心 注入模 拟实 每 根
验 ．采用 压裂 破胶 液对这几 种粘 稳剂进 行岩 心伤害 实验 ， 实验结果 如表 ｌ 所示 。
稳定 剂 ， 于降低储 层伤 害 、 高压裂 效果有 重要意 对 提
表１ 川 西地 区粘 土 稳 定剂 的 岩 心伤 害 实验 结 果
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７ ・ ７
刘 多容 ， 勇 ， 贵存 ， 昌林 ： 孙 黄 周 粘土稳 定剂在 致 密砂 岩 气藏 中的适应性 研 究
回旋半径 为 ，计算得 出Ｐ Ｓ １ ． Ｒ ＝ ． ６ＩＲ ， Ａ 一 的０ ６ ｏ １ ＞ ４ ０ 而Ｐ Ｓ ２ ．６ ．０ １ ＜ 所 以Ｐ Ｓ ２ Ａ 一 的０４ Ｒ． ． ４３ Ｒ ， ＝０ Ａ 一 聚合 物水
ＰＳ Ａ 防膨 效果 ， 结果见 表３ 。
表３ 不 同分 子 量 Ｐ 的 防膨 效 果 对 比 ＡＳ
塞 多孔介 质孑 喉理论 ， Ｌ 设孔 喉半 径为 ， 聚合物 分子
表５ Ｐ 粘 土 稳定 剂 参 数 ＡＳ
粘稳剂分量 性 数 均根端 辜 土定 子 肘特粘／ 方末 ｍ ｇ
从 表３ 以看 出 ， 子量 不 同粘 土 防膨性 能也不 可 分
关键 词 ： 土 稳定 剂 ； 子链 回旋 半 径 ； 喉 半径 ； 粘 分 孔 破胶 液
中图 分 类 号 ： ２ ４ ＴＥ ５ 文 献 标识 码 ： Ａ
文 章 编号 ： ６ ３ １ ８ （ ０ ０ ０ － ０ ６．３ １ ７ — ９ ０ ２ １ ）６ ０ ７ ． － ０
川西地 区致密砂 岩气 藏特征 主要表 现为低 渗透 （ 一般 小于 ｌ ｌ ｍ２ Ｊ Ｌ （ 喉 半径 一 般 小于 ｘ０ ） ， 喉 孔 ，Ｉ ￣ １ ）粘 土矿物含 量高（％一 ０ ｒ 目前 压裂施 工引 ｍ ， ３ ２ ％） 。 ”
３ 不 同分 子 量 粘 稳 剂 静 态 防膨 对 比 实验
将 合成 的不 同分 子量Ｐ Ｓ 品Ｐ Ｓ １ ２ ％水 溶 Ａ产 Ａ 一 （０
液 ）与Ｐ Ｓ ２ Ｐ Ｓ ３ 取０５ Ｊ ） 到０２／ Ｌ Ａ 一 、Ａ 一 各 ．ｍＬ Ｉ ｋ ． ｍ 的膨 Ｊ １ ｇ
表 ５ 表６ 出粘土稳 定剂 参数 和 防膨 效果 。 、 给 由表
液中。 同时加 入 引发 剂过 硫 酸铵 ， 制 加入 时 间 ． 控 加 料完 毕后 ， 所 有瓶 口密 封 ， 将 当通 人 Ｓ Ｏ 为理 论 量 的
实验 伤 害介质 为压裂 液破 胶液 ： ０３ ％大 诚瓜胶 ＋ ．％ＷＤ 一 ＋ ．８ ０３ Ｓ ２ 实验 检测 用粘 土 稳定 剂＋ ．％ＷＤ １ ＋ ． Ｏ ５ 一 ２ ０５ ％增 效剂＋ ．％Ｎ ．Ｏ ； ０３ ａＣ
由表 １ 以看 出 ， 于低 渗 透储 层 ， 用 大分 子 可 对 采 量 粘 土稳定 剂（ Ｄ ４ Ｆ Ｔ４对 于渗 透率 低于０ １ ＷＬ ４ 、Ｎ ＿ ） ．× ０ １ｒ 的储 层会 造成 一 定程 度 的堵 塞 ，而ｗＤ一 在 Ｃ ３ ５ 高 温下 与压 裂 液 的配伍 性存 在 缺 陷 ， 以选 择使 用 所 粘稳 剂一定 要谨 慎 。由此我 们需要 了解不 同 区块 孔
进 粘 土防膨 技 术 ． 现场 使用 证 明 聚季 铵盐 类 粘 土稳 定剂 静态 防膨率 虽高 达８ ％ ，但室 内岩 心伤 害实验 ０
义。
１ 川 西地 区主 要 气 藏 孔 喉 尺 寸 匹配 性 分 析
１１ 川西地 区 常规压 裂液粘土 稳定剂 使用 现状 ．
目前川西 地 区压裂施 工常用 的粘 土稳定 剂主要 有 ＷＤ ５ ＷＬ ４ 、 Ｎ 一 等 ， 一 、 Ｄ ４ Ｆ Ｔ ４ 虽然 这些稳 定剂 在静态
３ 的分 子量太 小 ． 响 了分 子 的阳离子 度 。 影 ４２ 孔 喉半径 对 防膨 效果 的影 响 ．
以洛带 遂宁组储层 物性特 征为研究对 象 ， 以 Ｄ Ａ Ｃ Ｏ 为原料 ， ＭＤ Ａ 和Ｓ ． 合成 出小 阳离子 聚合物粘 土 稳定 ？ Ｐ Ｓ 其 中分 子量 为１ ｘ ０的Ｐ Ｓ １ｌ 的静 ｆＡ， ］ １ ． １５ Ａ 一 ｆ ５ ％） 态 防膨率 达到６ ． ２６ ％。 通过 岩心 注入模 拟 实验 考察 了不 同分子 量Ｐ Ｓ Ａ 粘土 稳定剂 与岩 心孔喉 尺寸 的配伍性 关 系 ，结果 表 明Ｐ Ｓ １ 洛带 遂宁 组岩 心配伍 性 良好 ，破 胶液 岩 Ａ 一与 心伤 害率仅 为 １ ． ％。 ４５ ２
同 ， 子 量太 大 太 小 都 不适 合 ， 分 当分 子 量 在 １ ｘ ０ ． １ ５
时能 较好地 控制 粘土 膨胀 。
的使用需 要综 合考 虑岩 心孑 喉尺 寸 、 Ｌ 防粘 土水 化 膨 胀、 防微粒 运移 等特性 ， 因此本 文 以洛带 蓬莱镇 组气 藏 为研 究对 象 ， 合成 制备 小 阳离子 粘 土稳 定 剂考 察
考察室 温防膨 效果 ， 结果 见表４ 。
表４ 不 同粘 土 稳定 剂 的 防 膨 效 果对 比
２ 粘 土稳 定 剂 （ Ａ 的 合成 制备 Ｐ Ｓ）
２ １ 合成 试剂 ．
合 成 试 剂 ： ＭＤ Ａ （０ ，工业 级 ；浓 硫 酸 Ｄ Ａ Ｃ ６ ％）
（８ ， 学 纯 ； ９ ％）化 过硫 酸 铵 ， 析纯 ； 硫 酸钠 ， 学 分 亚 化 纯 ； ａＥ Ｔ 分 析纯 。 Ｎ ，Ｄ Ａ，
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ７ ２ １ — ４ １ 作 者 简介 ： 多 容 （ ９ １ ） 男 ， 刘 １ ８ 一 ， 湖北 宜 昌人 ， 士 ， 程 师 ， 究 方 向为 酸 化 压 裂设 计 。 硕 工 研
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刘 多容 ， 勇 ， 孙 黄贵 存 ， 昌林 ： 土稳定 剂在 致 密砂 岩 气藏 中的适应性 研 究 周 粘
（） １
（） ２
叼：４． ２ ４ ２ ￣１０２ Ｒ
ｇ
／ Ｍ
式 中：为实 验温 度下 聚合物 在 配制溶 液 中的特 性粘 卵 数； 为聚 合物相 对分 子质量 。
根据 表２ 合 川西 地 区岩 石孔 喉 尺 寸特 征参 数 结
描述 多孔 介质 孑 隙特征 参数 ，常用 的有 孔 隙半 Ｌ 径 中值 当一定相 对分 子质量 聚合 物顺 利通 过多
４ 粘 土 稳 定 剂 注 入 工 艺 岩 心 模 拟 实 验
实 验 岩 心 选 取 』 西 地 区洛 带 蓬 莱 镇 组 天 然 岩 ｉ ｆ 心 ，实 验流体 根据 洛带 蓬莱镇 组地 层矿化 水配 制模
拟地层水 。
化铵 单体 溶 液置 于 四 口烧瓶 中水 浴 ． 度控 制 在０ 温 ～ ２℃ ， ０ 开机搅 拌 。从加 料 Ｅ 中首先 加入 Ｎ Ｄ Ａ， ｌ Ｅ Ｔ 然 后打 开Ｓ Ｏ 气体 阀 门 ， 控制 流量 ， Ｏ 气 体进 人单 体 让Ｓ
２２ 聚 合 反 应 步 骤 ．
从表 ４ 以看 出 。 可 合成Ｐ Ｓ １ 防膨效 果 比 当前 Ａ一的
川 西 地 区 大 规 模 使 用 的 粘 土 稳 定 剂 ＷＤ ５ 果 要 一效 好， 与ＷＬ ４ 性 能 比较 接近 。 Ｄ４
将工业 级 质量分 数 为６ ％的二 甲基二 烯丙 基氯 ０
化分 子线 团堵 塞 了孑 喉 。对 于Ｐ Ｓ ３ 虽 然０４ Ｒ ＝ Ｌ Ａ 一， ． ６
尺 寸 和 孔 喉 匹配 关 系 经验 公 式 。计 算 出了川 西 地
区不 同区 块不 同层 位 所 对应 的粘 稳 剂 分 子 量 控 制
范 围。
００ ３８ Ｒ ， 仍然 防膨 效果不 理想 ， 是 因为Ｐ Ｓ ．１ ＞ 但 这 Ａ一
摘
要 ： 析 川 西地 区低 渗 透致 密砂 岩 气 藏 的 物 性 特性 和 孔 喉 尺 寸 ， 算 与川 西 地 区储 层 孔 喉 匹 配 的小 分 子量 聚 合 分 计
物粘 土 稳 定剂 分 子 量 控 制 范 围 。通 过 合 成优 化 实 验 ， 成 出一 系列 不 同分 子 量 的粘 土稳 定 剂 产 品 。通 过 静 态 和动 态 合 实验 对 该 系列 粘 土 稳 定 剂 与ｊ 西 地 区储 层 孔 喉 尺 寸 的适 应 性 进 行 综合 评 价 。 ｉ ｌ
第 １卷 第 ６ ２ 期
重庆科 技学 院学报 （ 自然 科学 版 ）
２１ ０ ０年 １ ２月
粘土稳定剂在致密砂岩气藏 中的适应性研 究
刘 多容’ 孙 勇 黄 贵 存 周 昌林
（． １中石 化西 南油 气分公 司工程技 术研 究院 ， 阳 ６ ８０ ； ． 德 １０ ０ ２四川 大学 ， 成都 ６ ０ ６） １０５
交联 剂 ： 一 ＢＷＤ ４ ＝ ０３ 质 量 比） ０ ％： ＷＤ ４ ： 一 Ａ １ ：（ ，． ３
破 胶 剂 ：０ ｘ ０过 铵 ； ６ ０ １
破 胶 液性能 ：Ｈ值为８５ 粘度３ ５ ａ ｓ ｐ ．， ￣ ｍＰ ・。
４１ 分 子 尺 寸 大 小 对 防 膨 效 果 的 影 响 ．