超低浓度线性胶压裂液研究与应用

2022-09-10

水力压裂是低渗透油田开发的重要手段之一, 水力压裂中压裂液稠化剂主要是植物胶及其改性产品, 以常用羟丙基胍胶为例, 由于植物胶压裂液水不溶物含量相对高 (水不溶物一般为6-8%左右) [1], 低温下压裂液冻胶破胶不彻底以及破胶液残渣会给低渗储层带来较大的伤害[2]。石油行业标准要求水基压裂液对储层渗透率的伤害小于30%以内[3], 经室内评价植物胶压裂液对低渗储层渗透率害率平均达到30%-45%, 甚至超过60%[4]。因此研发一种超低浓度压裂液使其减少对低渗储层伤害、降低改造成本、提高储层开发效率, 该压裂液在低渗储层中将会有广泛的前景。

1. 超低浓度线性胶压裂液体系的研制及性能评价

1.1 超低浓度线性胶稠化剂及交联剂研制

室内以丙烯酰胺、AMPS、亚甲基丁二酸单体为原材料, 在一定比例下溶入蒸馏水中, 搅拌, 在氮气保护条件下加入一定量的过硫酸铵引发, 控温在48℃-50℃, 反应5h, 经烘干、粉碎得到线性胶压裂液稠化剂。

室内以多羧基络合物、氧氯化锆为主要原材料, 在一定50℃下反应3h, 复配柠檬酸盐调节p H值7-7.5, 得到超低浓度线性胶交联剂。

压裂液其他添加剂:破乳助排剂、杀菌剂、黏土稳定剂均来源于长庆化工集团产品。

1.2 超低浓度线性胶压裂液体系建立及性能评价

根据储层特征和前期研究经验, 建立压裂液体系组成如下:0.18%线性胶稠化剂+0.3%破乳助排剂+0.1%杀菌剂+0.5%黏土稳定剂+0.3%-0.4%交联剂

交联比:100:0.35;破胶剂:过硫酸铵

1.2.1 流变性能

抗室内在超低浓度线性胶压裂液中加入交联剂, 完全交联后在RS6000流变测试仪进行耐温测试。

从图中可得出该压裂液耐温能力达到91.5℃。

根据压裂液体系的耐温能力结果, 室内测试了压裂液在85℃下的耐温耐剪切性能。

从图中可得出超低浓度线性胶压裂液在85℃、170S-1剪切90min后, 压裂液的粘度大于80 m Pa·s。说明该体系在85℃下有具有良好的耐温、抗剪切性能, 流变稳定性好, 满足长庆砂岩油藏压裂改造需求。

1.2.2 粘弹性能

室内采用RS6000流变测试仪评价了该压裂液的储能模量Gˊ与损耗模量G〞 (应力为1.0Pa, 扫描范围0.1-10HZ) 实验结果见下表。

结果显示超低浓度线性胶压裂液体系G’/G〞比值明显的优于硼砂、有机硼的瓜胶压裂液体系, 而压裂液的携砂能力与粘弹性成正比, 因此该体系具有良好的粘弹性能和携砂性能, 利于人工裂缝内高导流能力改造需求。

1.2.3 破胶性能

为减少对压裂液在地层的滞留伤害, 要求压裂液在满足其携砂功能后快速破胶。室内测试了75℃、加入不同破胶剂加量下该体系破胶情况, 测试结果如图所示。

结果显示超低浓度线性胶压裂液体系在0.01%破胶剂加量下, 90min能彻底破胶, 利于压裂液快速返排需求。

1.2.4 破胶液性能

室内取压裂液破胶液上层清液, 测试其表面张力为24.32m N/m, 界面张力为1.67m N/m, 较常规瓜胶体系具有更好的返排能力, 有利于提高压裂液液的返排效率, 减少外来流体在油层中滞留, 降低储层伤害。

超低浓度线性胶压裂液在75℃、0.01%破胶剂 (过硫酸铵) 、90min条件下破胶后, 测试其残渣含量为8.2mg/L, 较常规瓜胶压裂液 (300mg/L左右) 、超低浓度瓜胶压裂液 (200mg/L左右) 降低了90%以上, 大幅度降低压裂液残渣对储层伤害。由于线性胶压裂液稠化剂无水不溶物, 经稠化剂破胶后变成小分子片段溶解入返排液中, 易随压裂液返排出地层, 减少其在地层内滞留伤害。

1.2.5 岩心流动性能

岩心流动性能评价能反应压裂液对储层岩心的伤害程度, 室内采用ACFDS-800-10000岩心流动试验仪测试了超低浓度线性胶压裂液和常规0.35%瓜胶压裂液的破胶液滤液对储层岩心渗透率的伤害结果。

结果显示, 常规瓜胶压裂液对岩心渗透率平均伤害率为31.87%, 超低浓度线性胶压裂液对岩心渗透率平均伤害率为13.62%, 与常规瓜胶压裂液相比其对岩心伤害率下降了18.25%, 该体系在压裂改造中降低了储层伤害, 满足低渗储层压裂改造中压裂液要求。

2. 超低浓度线性胶压裂液现场应用及效果分析

2013年以来超低浓度线性胶压裂液在长庆靖安油田进行了14井次的现场试验。现场试验井施工顺利, 施工最高砂比45%, 单层最大加砂量65m3。以G176井为例, 现场施工排量1.8m3/min, 加砂量40m3, 入井液161m3, 平均砂比32.2%, 施工正常。

经统计, 使用超低浓度线性胶压裂液的14口试验井, 试油平均日产油11.88m3/d, 平均日产水2.41m3/d;与邻近22口对比井 (其中12口井常规瓜胶压裂液, 10口井超低浓度瓜胶压裂液) 试油产量相较, 使用超低浓度线性胶压裂液试油日产油量提高了17.9%, 取得了一定的增产效果。

3. 结语

3.1 针对压裂液残渣对低渗透储层伤害特点, 室内开发出低残渣、低伤害的超低浓度线性胶稠化剂和交联剂, 并形成了超低浓度线性胶压裂液体系。

3.2 该体系具有良好的耐温抗剪切性能、粘弹性能。与常规瓜胶压裂液体系相比, 该体系压裂液残渣含量降低了90%以上, 大幅度降低了储层岩心渗透率伤害程度。

3.3 经现场应用显示, 开发出的超低浓度线性胶压裂液完全能够满足压裂施工要求, 该压裂液体系在靖安油田的应用取得一定的增产效果。

摘要：针对植物胶压裂液对储层伤害大的问题。本文从降低压裂液伤害率入手, 室内合成出压裂液稠化剂和交联剂, 降低了压裂液稠化剂使用浓度, 经复配形成超低浓度线性胶压裂液。室内评价显示, 该体系大幅度降低压裂液残渣并减少其对储层伤害率, 耐温抗剪切、表界面张力均满足低渗储层压裂改造中压裂液性能要求。经现场应用, 该体系同比植物胶压裂液在靖安油田试油产量提高了17.9%, 取得较好的增产效果。

关键词：超低浓度,粘弹性,低残渣,低伤害,试油产量