氮气泡沫压裂液用作煤层气井性能研究_程秋菊

泡沫体积 / mL 泡沫质量 / %
t1 /2 / s
泡沫综合值 Fc / （ mL·s）
1
0． 1 ∶ 0． 1 ∶ 0． 2（ 0． 4% ）
100． 4
590
SL-1（ 0． 4% ）
100． 4
550
2
0． 2 ∶ 0． 2 ∶ 0． 4（ 0． 8% ）
100． 8
695
SL-1（ 0． 8% ）
6
1 ∶ 1 ∶ 2（ 4% ）
104
690
SL-1（ 4% ）
104
630
83． 1
329
81． 8
214
85． 6
398
82． 8
347
87． 1
446
83． 7
411
86． 6
430
83． 7
420
85． 7
425
83． 5
430
84． 9
420
83． 5
425
194 110 117 700 276 610 201 260 347 880 254 820 326 800 262 500 306 000 268 750 289 800 267 750
櫴櫴毷
第 40 卷第 10 期 2011 年 10 月
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科研与开发
应用化工 Applied Chemical Industry
Vol． 40 No． 10 Oct． 2011
櫴櫴毷
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氮气泡沫压裂液用作煤层气井性能研究
程秋菊1，2 ，胡艾国1，2 ，熊佩2 ，罗陶涛3 ，李国锋2
580
2 648
0． 5
520
3 426
550
3 568
由表 2 可知，加入稳泡剂后，体系的半衰期显著
图 1 150 mL / min 流量下起泡性能 Fig． 1 Foaming properties under flow rate of 150 mL / min
第 10 期
程秋菊等： 氮气泡沫压裂液用作煤层气井性能研究
Abstract： Foam fracturing fluid system for coal was optimized． By measuring the performance of nitrogen foam fracturing fluid，the results showed that： the viscosity of 0． 25% SL-1 + 0． 25% SL-2 + 0． 5% ABS + 0． 2% PAM system remained stable at 50 mPa·s after shear at the rate of 145 s － 1 ，filtration coefficient was only 1． 54 × 10 － 5 m / min1/2 ，settling velocity of ceramic was accounted 0． 004 5% of water． The damage rate to the coal of foam system was only 20． 8% （ compared to 79． 4% of guar gum） ，the damage of foam system was far less than for conventional fracturing fluid． The foam fracturing fluid will not block the coal porosity． Thus，0． 25% SL-1 + 0． 25% SL-2 + 0． 5% ABS + 0． 2% PAM system was suitable fracturing system for coalbed methane wells． Key words： CBM； foam fracturing fluid； performance evaluation； harmful research
陶粒沉降速度仅为清水的 0． 004 5% ，对煤样的损害率只有 20． 8% （ 相对于瓜胶的 79． 4% ） ，远小于常规压裂液，其
吸附量对煤基质的孔隙基本不会产生堵塞，由此可见，0． 25% SL-1 + 0． 25% SL-2 + 0． 5% ABS + 0． 2% PAM 体系泡沫
压裂液非常适合煤层气井的压裂施工。
由表 1 可知，复配体系的起泡性能要好于单一
体系，起泡体系的浓度达到 1% 时，起泡性能基本趋
于稳定。
表 2 不同浓度稳泡剂下泡沫体系的性能 来自百度文库able 2 Foam system performance with different
concentrations of foaming agent
PAM
CHENG Qiu-ju1，2 ，HU Ai-guo1，2 ，XIONG Pei2 ，LUO Tao-tao3 ，LI Guo-feng2
（ 1． College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China； 2． Engineering and Technology Research Institute，SINOPEC North Branch，Zhengzhou 450006，China； 3． Drilling and Production Research Institute， Sichuan-Chuanqing United Drilling ＆ Exploration Engineering Company，Guanghan 618300，China）
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析散，阻力减小，表现为剪切稀释性质，见图 5。
图 2 200 mL / min 流量下起泡性能 Fig． 2 Foaming properties under flow rate of 200 mL / min
图 3 300 mL / min 流量下起泡性能 Fig． 3 Foaming properties under flow rate of 300 mL / min
煤层储层具有松软、割理发育、表面积大、吸附 性强、压力低等与油藏储层不同的特性，由此在压裂 改造过程中势必引起高注入压力、复杂的裂缝系统、 砂堵、支撑剂的嵌入、压裂液的返排及煤粉堵塞等问 题。因此，与煤层相适应的压裂液体系一直是国内 外攻关的课题，压裂是煤层气开发施工的关键性环 节，而压裂液性能的好坏则直接影响压裂施工和增 产效果的成败［1-2］，为此，本文对筛选的泡沫压裂液 性能进行了室内实验评价研究。
图 5 0． 25% SL-1 + 0． 25% SL-2 + 0． 5% ABS + 0． 2% PAM 体系的剪切流变性能
Fig． 5 Shear rheology of 0． 25% SL-1 + 0． 25% SL-2 + 0． 5% ABS + 0． 2% PAM system
由图 5 可知，泡沫体系的剪切稀释性比较稳定， 当剪切速率在 145 s － 1 时，剪切 2 h 泡沫压裂液体系 的粘度稳定在 100 mPa·s，表现出一定的抗剪切能 力。 2． 2． 2 滤失性 压裂液向煤层内的渗透性决定了 压裂液的压裂效率，通常情况下用滤失系数来衡量 压裂液的压裂效率和在裂缝内的滤失量，泡沫体系 一定时间的滤失量见图 6。
沫体积、泡沫质量以及半衰期，结果见表 1，稳泡剂 对泡沫体系稳泡性能的研究结果见表 2。
表 1 不同浓度单一与复配起泡体系的性能 Table 1 Single and compound foam system performance
序号
起泡剂总浓度 （ SL-1 ∶ SL-2 ∶ ABS）
溶液质量 /g
收稿日期： 2011-09-05 修改稿日期： 2011-09-11 基金项目： 十二五国家科技重大专项研究内容（ 2011ZX05060-002） 作者简介： 程秋菊（ 1966 － ） ，女，河南兰考人，中石化华北分公司工程技术研究院高级工程师，主要从事油气田开发工程
及实验测试技术研究。电话： 0371 － 86177783，E － mail： huaiguo19842004@ 163． com
100． 8
580
3
0． 25 ∶ 0． 25 ∶ 0． 5（ 1% ）
101
780
SL-1（ 1% ）
101
620
4
0． 5 ∶ 0． 5 ∶ 1（ 2% ）
102
760
SL-1（ 2% ）
102
625
5
0． 75 ∶ 0． 75 ∶ 1． 5（ 3% ）
103
720
SL-1（ 3% ）
103
625
（ 1． 成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059； 2． 中石化华北分公司工程技术研究院，河南 郑州 450006； 3． 川庆钻探工程公司 钻采工艺技术研究院，四川 广汉 618300）
摘 要： 通过对氮气泡沫压裂液的筛选，优选出适合于煤层的泡沫压裂液体系，性能测定表明，0． 25% SL-1 + 0． 25% SL-2 + 0． 5% ABS + 0． 2% PAM 泡沫体系经 145 s －1 剪切后粘度仍稳定在 100 mPa·s，滤失系数为 1． 54 × 10 －5 m/ min1/2，
1 实验部分
1． 1 试剂与仪器 单一体系泡沫压裂液 1% SL-1 + 0． 2% PAM； 复
配体 系 泡 沫 压 裂 液 0． 25% SL-1 + 0． 25% SL-2 + 0． 5% ABS + 0． 2% PAM； 基液 0． 5% 标准盐水； 沁水 盆地煤样； 氮气。
飞利 浦 HR2027 高 速 搅 拌 器； 德 国 哈 克 RS6000 旋转流变仪； HA 岩心实验流动仪； UV757 紫外 分光光度计； GGS42-2 型高温高压滤失仪； EVO 18
而确定初始滤失量 Qsp、滤失速度 Vc 以及滤失系数 C3 。 1． 2． 5 伤害性能以及吸附性能评价 通过比较地 层水在工作液污染前后岩样中的渗透率，来判断出 其损害程度，最后用扫描电镜来观察经泡沫压裂液 污染后煤样的孔隙结构，进而评价其伤害程度。
2 结果与讨论
2． 1 泡沫压裂液的起泡性能评价 考察了不同浓度下，单一和复配起泡体系的泡
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应用化工
第 40 卷
扫描电镜。
液饱和氮气打成泡沫后，装入高温高压滤失仪，待升
1． 2 实验方法
到指定的温度后（ 25 ℃ ） ，用氮气加压至 3． 5 MPa，
1． 2． 1 起泡性能评价 在 25 ℃ 时，利用高速搅拌 使压裂液全部通过滤纸，测定不同时间的滤失量，从
器将压裂液饱和氮气高速搅拌 30 s，用秒表和量筒 评价起泡能力和半衰期。 1． 2． 2 流变性能评价 采用旋转流变仪，利用变剪 切的方式（ 先用 145 s － 1 剪切 30 min，再用 70 s － 1 剪 切 5 min，接着用 300 s － 1 剪切 5 min，最后用 145 s － 1 剪切 80 min） 测定泡沫体系的流变性。 1． 2． 3 携砂性能评价 采用支撑剂陶粒（ 直径为 0． 45 ～ 0． 9 mm） ，测定了它在泡沫压裂液中的静态 沉降速度，测量 5 次取平均值，用沉降速度来评价压 裂液的携砂性能。 1． 2． 4 滤失性能评价 将配制好 100 mL 压裂液基
两种泡沫体系不同流量下的动态起泡性能评价 结果见图 1 ～ 图 4。
0
620
405
780
425
0． 02
620
415
780
450
0． 05
610
650
770
670
0． 1
600
1 056
760
1 150
0． 2
590
1 426
730
1 462
0． 3
570
1 586
680
1 692
0． 4
540
2 542
SL-1（ 1% ）
V0 / mL
t1 /2 / s
SL-1 ∶ SL-2 ∶ ABS（ 1% ） = 1 ∶ 1 ∶ 2
V0 / mL
t1 /2 / s
延长，随着稳泡剂浓度的增加，泡沫体系的半衰期变 大，但起泡体积减小。结合现场的施工以及综合考 虑体系的起泡性能，稳泡剂的浓度为 0． 2% 时即能 满足现场的施工要求。
关键词： 煤层； 泡沫压裂液； 性能评价； 伤害性
中图分类号： TQ 016； TE 357
文献标识码： A
文章编号： 1671 － 3206（ 2011） 10 － 1675 － 05
Properties of nitrogen foam fracturing fluid for CBM wells