煤层低伤害氮气泡沫压裂液研究

随着煤层气开发规模不断扩大,在煤层压裂增产过程中压裂液滤失量高、地层伤害严重、返排困难且压裂效果差等问题不断凸显。结合煤层气储层物性,研制低伤害氮气泡沫压裂液体系,即0.5%YSJ杀菌剂+1%FP-1复合起泡剂+2%KCl防膨剂+N2。对该氮气泡沫压裂液体系进行滤失试验和分散试验研究。结果表明:该泡沫压裂液体系起泡及稳泡性能良好,耐剪切能力强,携砂能力强;泡沫和气液两相滤饼的封堵作用可以明显降低压裂液的滤失量,并且氮气可以增强压裂液的返排能力;压裂液体系中的表面活性剂可以降低煤粉与水相的界面张力,提高压裂液对煤粉的分散能力;相对于常规压裂液体系,氮气泡沫压裂液体系对煤层气岩心的伤害较小。     

压裂液滤失深度及滤失速度计算新模型

建立了计算压裂液滤失深度及滤失速度的新模型,运用预处理共轭梯度法可对模型进行求解,得到压裂液的滤失深度,进而求得滤失速度。之后,应用该模型计算了滤失压差、压裂液黏度及界面张力对两者的影响。结果表明:随着压裂液黏度的减小,滤失深度与滤失速度均逐渐增大,两者与压裂液黏度呈幂指数关系;随着滤失压差的增大,滤失深度与滤失速度均逐渐增大,并与滤失压差呈线性关系;界面张力对两者几乎没有影响。     

新型缔合压裂液黏弹性控制滤失的特性研究

研究的新型缔合压裂液（GRF 压裂液）无造壁性,因此,设计了一种适合此类压裂液滤失量测定的简易装置
并制定了其滤失测定方法,评价结果表明其滤失性能较好。利用RS6000 流变仪及岩芯驱替装置研究了GRF 压裂液
的黏弹性对其在多孔介质中渗流阻力的影响,结果表明：GRF 由于具有优良的黏弹性,能在岩芯孔隙中建立有效的渗
流阻抗R0,并且黏弹性越强、岩芯渗透率越低,R0 就越大,压裂液渗流越困难;而液体表观黏度和黏弹性对滤失的
影响实验结果进一步表明,液体黏弹性是压裂液滤失控制的最主要因素,因此提出了GRF 压裂液黏弹性控制滤失的
理论。     

天然裂缝性储层压裂液滤失研究

裂缝性储层压裂液滤失对裂缝的几何尺寸、支撑剂的分布都有较大的影响。现有裂缝性储层压裂液滤失模型都对天然裂缝进行了简化处理,认为天然裂缝对基质均匀切割,这与实际不符,不能准确反映裂缝分布的非均质性对压裂液滤失的影响。基于储层裂缝统计资料,应用概率统计、随机理论、Monte–Carlo 等方法,建立储层二维离散裂缝网络模型,并借助等效渗透率张量原理将裂缝性介质转化为均质各向异性连续介质,建立了基于渗透率张量的裂缝性储层压裂液滤失数学模型。计算结果表明,天然裂缝分布及其与水力裂缝的位置关系的不同使得沿裂缝长度方向,滤失速度变化较大,若天然裂缝与水力裂缝连通,则压裂液滤失主要发生在连通处,文中模拟了天然裂缝和人工裂缝存在三处连通的情况,这三处的滤失量占裂缝总滤失量的45% 以上,建议对天然裂缝进行封堵。     

清洁压裂液对阜东斜坡区头屯河地层伤害研究

由十八烷基三甲基氯化铵(1831)、水杨酸钠、KCl制备了清洁压裂液,通过流动实验系统评价了清洁压裂液静滤失、动滤失对阜东斜坡区头屯河地层特低渗透砂砾岩岩心渗透率的影响.结果表明,清洁压裂液静滤失对阜东岩心伤害率可达30％左右,动滤失对阜东岩心伤害率很小.进一步通过分析破胶液黏度、润湿反转作用、乳化作用等因素,发现清洁压裂液与岩心的油相发生乳化作用是导致岩心静滤失伤害的主要原因.     

压裂液滤失的二维数值模拟

结合油藏工程和数值模拟技术,根据压裂施工过程中滤失的压裂液在地层中二维流动和压裂液为非牛顿型流体的实际,建立了非牛顿型压裂液的二维动态滤失模型,用数值方法求解,并将计算结果与一维模型结果进行对比分析。计算表明:仅考虑压裂液垂直于裂缝壁面一维流动所计算的滤失速度会偏小,并且这种差值会因地层渗透性的增加而加大。二维方法由于考虑了压裂液的非牛顿特性和二维流动,其结果也比一维模型更符合现场实际,可以减少压裂施工的风险,提高压裂设计的可靠性。     

裂缝性地层压降曲线分析方法及其应用

对于裂缝性低渗透储层，由于其基质孔隙度小、渗透率低，天然微裂隙成为决定压裂液滤失的主要因素。在总结Nolte经典G函数压降曲线分析方法的基础上，根据裂缝性地层存在微裂隙的特征，建立了裂缝性油气藏小型压裂压力降曲线分析模型。应用无因次压力函数图和叠加导数图，作出了压降特征曲线，判断出压降曲线类型，进而对裂缝参数进行了修正和求解。通过对已压裂井压降曲线的分析和解释，能够明显地判别依赖于压力变化的滤失特征，以及天然裂缝对滤失的影响，从而为裂缝性地层压裂施工参数的设计提供依据。     

考虑动态滤失系数的压裂井裂缝闭合及返排优化

依据渗流力学理论,借助岩心滤失试验,引入动态滤失系数,建立致密气井压裂后强制裂缝闭合理论模型和动态滤失系数模型,对加砂压裂及压后关井过程中的压裂液滤失量、滤液侵入机制、近缝地层压力剖面进行动态分析。结果表明:动态滤失系数模型可更好地描述压裂液滤失的动态过程,前期滤失速率大,后期滤失速率变小并趋于定值;压裂液滤失由缝口至缝端逐渐降低,侵入伤害带主要集中在缝口处,侵入深度与储层的物性参数、压裂液流体参数及施工规模有关;气井中压降主要集中在原状地层区,返排的主要能量来源于压裂及关井过程中地层气体压缩产生的附加能量。     

水基冻胶压裂液对致密气层伤害机理

水力压裂是油气井的主要增产措施之一。压裂液对油气层渗透率的损伤是影响压裂增产措施的重要因素。在室内用水基冻胶压裂液浸入致密气层岩心,进行了伤害试验研究。研究表明,影响岩心伤害率的主要因素有岩心的渗透率、压裂液破胶程度和试验条件。由于岩心的液相饱和度增大和高分子聚合物在其壁面上形成的滤饼堵塞而影响油气层渗透率。在对比和选择压裂液时,应采用相同的试验方法,并在相同的试验条件下进行,使试验结果具有可比性。文中论述了岩心的伤害率计算方法。提出以岩心的绝对渗透率和束缚水饱和度条件下的有效渗透率作参考渗透率来计算伤害率。     

裂缝伤害对套管射孔压裂井产能影响分析

在套管射孔压裂井中,存在影响井生产动态的裂缝伤害:瓶颈裂缝和压裂液滤失形成的滤失带伤害。运用分析方法研究了上述伤害对井产能的影响。分析结果表明两种类型的裂缝伤害都会降低压裂井产能,与滤失带伤害相比,瓶颈裂缝大幅度地降低了井产能,最大降幅达7倍。虽然压裂液滤失对井产能的影响没有瓶颈裂缝那么大,但也降低多一半。在实际施工中,应采用各种措施消除瓶颈裂缝和减小压裂液滤失。     

一种水溶性聚合物压裂液体系的研究

以苯乙烯(St)、甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酸乙酯(EtA)为单体,以具有可逆加成-断链转移双重作用的双硫酯为引发剂,采用乳液聚合法合成了含有亲水段和疏水段的St-MAA-EtA嵌段共聚物增稠剂。考察了影响此嵌段共聚物压裂液性能的各因素。实验结果表明,该嵌段共聚物压裂液具有优良的耐温性能。在90℃,浓度为3%冻胶体系粘度大于450 mPa.s,浓度为1.5%,冻胶体系粘度大于130 mPa.s,能够满足实际生产要求。     

压裂液侵入对页岩储层导流能力伤害

大规模水力分段压裂是页岩气等非常规资源高效开发的关键技术。页岩气井返排率一般较低,大量的压裂液长期滞留地层对储层岩石、支撑剂强度等造成一定的伤害,影响页岩储层压裂改造长期效果。针对该问题,通过室内试验模拟研究现场压裂前后气测导流的变化规律,对压裂液伤害程度进行表征。结果表明:压裂液侵入降低了支撑剂、页岩岩石强度,导致支撑剂破碎率、岩石嵌入程度加剧,导流能力伤害达到60%以上;使用大粒径支撑剂、较高铺砂浓度,优选破胶性能好、低残渣、防膨性强的压裂液,能有效提高导流能力,降低压裂液伤害程度。研究结果对页岩地层压裂设计,降低压裂液伤害提高产量提供参考。     

致密砂岩油藏压裂液伤害实验研究

致密砂岩油藏孔喉半径细小、连通性差,水力压裂过程中由于压裂液滤失、返排不彻底等因素极易造成储层伤害,有必要针对常用压裂液体系对储层基质和支撑裂缝导流能力的伤害进行评价。利用压裂液注入实验和导能能力测试仪测试了滑溜水压裂液、线性胶压裂液和交联胍胶压裂液的储层基质伤害、滤饼伤害和支撑裂缝导流能力伤害,结合核磁共振技术分析了压裂液滤失的孔径范围,揭示了三种压裂液对储层和支撑裂缝的伤害机理。三种压裂液对储层基质伤害和滤饼伤害与滤失系数有关,滤失系数越大,基质伤害越大,滤饼伤害越小。储层的滤饼伤害要大于基质伤害。针对致密砂岩储层,压裂液对储层基质的伤害主要是对储层中孔和大孔的伤害。三种压裂液对支撑裂缝导流能力的伤害大小和破胶液的残渣含量有关,残渣含量越高,对支撑裂缝导流能力的伤害也就越大。闭合压力越高,支撑裂缝导流能力伤害率也越高。对于致密砂岩油藏,减小滤饼形成和残渣的滞留是降低压裂液伤害的主要途径。     

新型清洁压裂液的室内合成及性能研究

合成了烷基酰胺季铵盐类阳离子粘弹性表面活性剂(Viscoelastic Surfactant,简称VES)EA-22,采用控制应变速率流变仪测定了50℃时3%EA-22+2%KCl体系的储能模量和耗能模量,证实了其存在粘弹性.研究了EA-22作为清洁压裂液增稠剂的流变性能.实验结果表明,EA-22的合成方法具有反应条件缓和、产率较高、副反应少的特点,3%EA-22+2%KCl体系在80 ℃,105 s-1条件下表观粘度达到86 mPa·s,该体系能够满足悬砂性的要求;体系通过盐水饱和的低渗透岩心时滤失速度较低,破胶简单彻底,残渣少,破胶液粘度低,容易返排.     

新型清洁压裂液的室内合成及性能研究

合成了烷基酰胺季铵盐类阳离子粘弹性表面活性剂(Viscoelastic Surfactant,简称VES)EA-22,采用控制应变速率流变仪测定了50℃时3%EA-22+2%KCl体系的储能模量和耗能模量,证实了其存在粘弹性。研究了EA-22作为清洁压裂液增稠剂的流变性能。实验结果表明,EA-22的合成方法具有反应条件缓和、产率较高、副反应少的特点,3%EA-22+2%KCl体系在80℃,105 s-1条件下表观粘度达到86 mPa.s,该体系能够满足悬砂性的要求;体系通过盐水饱和的低渗透岩心时滤失速度较低,破胶简单彻底,残渣少,破胶液粘度低,容易返排。     

低伤害多羟基醇压裂液体系研究

针对长庆油气田超低渗透的储层特点,从减少稠化剂集团在储层中的滞留、降低压裂液对储层的基质渗透率和支撑裂缝的伤害出发,开发出一种新型低伤害、低成本的低聚合多羟基醇水基压裂液体系.该压裂液体系以低聚合多羟基醇为稠化剂,有机硼为交联剂,合成了一种释酸剂作破胶剂.通过室内实验确定了压裂液的最佳配方:低聚合多羟基醇质量分数为2.0%、交联剂质量分数为0.8%、pH值调节剂质量分数为0.16%,并对其性能进行了评价.评价结果表明,该压裂液体系具有很好的流变性和抗剪切性,滤失量小,破胶彻底和残渣低等优良性能,对储层伤害小于常规胍胶压裂液.因此,该压裂液体系具有很好的应用前景.     

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律研究

水平井压裂可以有效提高低渗透油气藏水平井的采油速度和最终采收率,裂缝起裂和裂缝延伸规律是水平井压裂的关键问题之一.建立了水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,通过分析求解模型可以得出:井筒方位角不同,最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同,在井筒方位角为0°时最不容易起裂,而在井筒方位角为90°时最容易起裂;对比分析了现有裂缝延伸模型,得出全三维裂缝延伸模型适合水平井压裂裂缝延伸模拟;分析了产层和盖层的应力差对裂缝缝高的影响,计算结果表明,当隔层与产层的应力差大于5MPa时,裂缝被限制在产层内.     

压裂液残渣处理剂研究

研究解除水力压裂施工后聚合物残渣堵塞的处理剂。通过对压裂液破胶后形成滤饼的溶蚀实验,模拟不同处理剂对压裂后聚合物残渣堵塞物的解除效果。单剂配方对滤饼的溶蚀效果受温度影响较大,但盐酸和过氧乙酸在室温及60℃条件下溶蚀率均大于80%,是较理想的残渣处理剂;复剂配方分别由强氧化剂和酸以及强氧化剂和螯合剂复配,由于复剂中各成分的协同效应,使处理剂的性能得到较大的改善,表现为配方受温度的影响减小。盐酸具有对压裂液残渣溶蚀率高、成本低的优点,是较为理想的压裂液残渣处理剂。