压裂液-专题一.ppt

油层改造工作液的现状,胜利油田有限公司采油工艺研究院,李爱山 2003年10月17日,主要内容, 引言 压裂液与酸液的现状,1、引言,压裂液:一种性能优良的压裂液应当满足粘度高、摩阻低、滤失量小、对地层无伤害、配制简便、材料来源广、成本低等条件。 压裂液经过五十多年的发展，形成了一个种类繁多、品种齐全的体系。按压裂液液体性质分：水基压裂液、油基压裂液和醇基压裂液；根据压裂液流体的相态分类：水基压裂液、油基压裂液和多相压裂液（包括：乳状压裂液和泡沫压裂液）。 酸液:基岩酸化所用的主体酸液为氢氟酸及其氢氟酸的变种，如氟硼酸等。,2 压裂酸化工作液的发展现状,2.1 水基压裂液 稠化水压裂液 稠化水压裂液是将稠化剂溶解到水中配制而成的压裂液。配制稠化水压裂液，可用的稠化剂很多。 表1为国外相关公司近年来研制开发的稠化剂产品列表。,表1 国外有关公司稠化剂产品表,表1(续) 国外有关公司稠化剂产品表,补充说明： 从表1中我们可以看出，当前国外公司所用的稠化剂主要是以瓜胶、纤维素、黄原胶等天然高分子化合物经过不同化学改性后生成的衍生物。不同的公司都有自己的产品，但其主要组成是基本相同的。 稠化水压裂液在施工过程中，由于其滤失量比较大，因此，该类压裂液主要用于压裂防砂、砾石充填或浅井的压裂改造。对于较深油藏的压裂改造，如果应用该类压裂液容易造成过早脱砂而导致施工失败。,2 压裂酸化工作液的发展现状,2 压裂酸化工作液的发展现状, 水基冻胶压裂液 水基冻胶压裂液的主要优点是：粘度高、摩阻低、滤失量小，能在指定的时间内破胶排液，配制简便而原材料易得，是一种理想的压裂液。 水基冻胶压裂液主要由水、稠化剂、交联剂和破胶剂配制而成。根据不同的温度要求，水基冻胶压裂液可以分为：低温冻胶压裂液、中温冻胶压裂液和高温冻胶压裂液。表2表6为国内外产品的有关情况。,表2 国外不同公司所用的冻胶压裂液稠化剂产品表,国内在水基冻胶压裂液稠化剂的开发研制方面也作了大量的工作，特别是我们胜利油田采油工艺研究院在水基冻胶压裂液的研究方面，走在了全国的前列。 表3为采油工艺研究院研制的水基冻胶压裂液稠化剂的目录表。,2 压裂酸化工作液的发展现状,特别是由采油院研制的羟丙基瓜尔胶，产品达到了国际先进水平，已经在胜利油田应用近五千余井次。为胜利油田的增储上产作出了积极的贡献。 表4为由采油院研制的羟丙基瓜尔胶稠化剂与国外有关公司同类产品的性能对比。,2 压裂酸化工作液的发展现状,从表4中，我们可以看出，我们新研制的超细hpg稠化剂的性能已经超过国外的有关同类产品的性能。已经工业化生产的grj-11也已经达到国外同类产品的水平。,2 压裂酸化工作液的发展现状,同一种稠化剂与不同的交联剂交联可以生成耐不同地层温度的冻胶压裂液，对于压裂液的耐温性来说，交联剂起关键性的作用，它决定了水基冻胶压裂液的耐温性能。 表5为国外不同公司目前广泛应用的交联剂产品列表。,表5 国外水基冻胶压裂液交联剂产品表,表5 国外水基冻胶压裂液交联剂产品表,交联剂与稠化剂交联，可以形成能够满足不同油层温度的压裂施工。 通过近几年的科技攻关和室内研究，我们采油院压裂酸化中心的技术人员，先后开发了多种交联剂， 表6为采油院压裂酸化中心开发的交联剂列表。,2 压裂酸化工作液的发展现状,2 压裂酸化工作液的发展现状,a:研制的有机硼交联剂obc2的主要技术指标 主要成分是有机硼，外观是棕红色液体，25时的密度是1.091.15g/cm3，ph值是910，凝固点是-15。该交联剂可以与清水以任意比例混合，现场应用时，可以稀释使用，也可以用小泵直接泵入混砂车。该产品性能稳定，长时间放置，不析出固状物。,2 压裂酸化工作液的发展现状,b:obc2交联剂交联的羟丙基瓜胶压裂液的性能 1) hpg/obc2压裂液的粘度随剪切时间的变化关系和流变参数 样品1:由东营油田化学联营公司生产的牌号为金岭牌的hpg1; 样品2:由加拿大fracmaster公司在胜利油田压裂时所用的hpg2，该羟丙基瓜胶由美国clearwater，inc.公司生产，牌号为w-15。 将hpg1按0.5%的浓度、hpg2按0.45%的浓度，配好基液，然后加入浓度为0.3%的 obc2，用rv20粘度计，在120的条件下，测其粘度随时间和剪切速度的变化关系。测试结果如表7、表8和图1所示。,利用表8中粘度随剪切速度的变化关系，测其相应的剪切应力，按幂率流体数学模型进行计算，得到: hpg1:k8.964pa.sn n0.3125； hpg2:k8.324pa.sn n0.2968。 在实验时，我们同时作了粘度恢复实验，包括冷却、再升温重新测试和剪切速度由小大小实验，测试数据的一致性很好，这说明测试过程基本可以忽略热降解和剪切降解对粘度的影响。,在120、170 s-1的条件下，压裂液粘度随时间的变化关系如图1所示.,b:obc2交联剂交联的羟丙基瓜胶 压裂液的性能,结论：用obc2有机硼交联剂交联的压裂液在120、170s-1的条件下，仍有较高的粘度，这样，保证了该压裂液在该条件下仍可以很好的悬砂、造缝，完全能满足现场施工的需要。,b:obc2交联剂交联的羟丙基瓜胶 压裂液的性能,2) obc2交联剂的延迟交联作用和ph值对延迟时 间的影响 obc2交联剂在与羟丙基瓜胶形成冻胶压裂液的过 程中，具有延迟交联作用。其延迟时间的长短，由 ph值确定，羟丙基瓜胶基液的ph值越高，延迟时间越长。 表9为羟丙基瓜胶hpg1基液的ph值与交联时间的对应关系，ph值的调节由适量的碳酸钠或氢氧化钠溶液调节。,根据上述表中ph值与延迟时间的关系，我们可以根据施工井的不同井深及排量，配制不同ph值的基液，使其延迟时间不同，这样，在施工过程中，既可以保证施工的成功率，又可以使施工摩阻降到最低。在现场施工时，对于井深不超过3500m的井，我们设计的延迟交联时间在2min左右，即羟丙基瓜胶基液的ph值在10.5左右。 现场实验证明，这种延迟方法在降低施工摩阻方面是十分有效的，根据施工的两口压裂井的测试结果，可以看出，其摩阻仅相当于清水摩阻的2530%。,b:obc2交联剂交联的羟丙基瓜胶 压裂液的性能,b:obc2交联剂交联的羟丙基瓜胶 压裂液的性能,3) 破胶化水性能 在现场应用过程中，我们为了既保证施工过程中悬砂性能好、砂比高、造缝能力强，又要加快水基压裂液的破胶化水，减小压裂液对地层的伤害，我们选择了eb1微胶囊破胶剂作破胶化水剂。 现场实验证明：从注入前置液时就开始加微胶囊破胶剂，压裂液在68小时之内即可完全破胶化水。表10为室内实验的结果。 由表看出，用obc2 交联剂交联的水基压裂液破胶化水彻底，破胶液粘度小，有利于返排。这样，压后可以迅速返排，减小对油层的伤害。,b:obc2交联剂交联的羟丙基瓜胶 压裂液的性能,4) 滤失性能 在室内，我们用baroid高温高压滤失仪，测试了hpg/obc2冻胶压裂液的滤失系数，所用的hpg由东营油田化学剂联营公司生产。实验数据如下表所示。 表11、hpg/obc2压裂液的滤失性能,从该表中可以看出，该压裂液的滤失系数较小，造缝能力强。,自98年4月，obc2有机硼交联剂投入现场应用以来，已经在现场应用了900多口井，井深大都在3000m以上，压裂施工时所用的压裂液中除含有hpg1、obc-2、eb-1外，还含有粘土稳定剂fp，杀菌剂s100，和助排剂sl-p。 其中，最深的油井为盐参-1井，压裂层位为40284056.6米。施工成功率为100%。最高砂液比72%，平均砂液比为40%。表12是有代表性的几口井的施工参数。,c:现场应用,表12、几口实验井的施工参数和压后产量表,为了解决有关超深探井在压裂改造过程中的油藏异常高温问题，我们在室内专门研制开发了适用于高温油藏压裂改造的高温压裂液专用交联剂obz-1： 、obz-1交联剂的物理性能： 1）常温为无色透明液体； 2）ph值在79范围内； 3）密度1.051.15g/cm3； 4）在30秒2分30秒的时间范围内可与香豆胶交联成可 挑挂的冻胶。,交联剂obz-1,、obz-1交联剂交联的香豆胶的高温性能： 1）粘时性能 在175的温度条件下，以170s-1的剪切速度连续剪切1小时。如表13 2）根据对hpg粘时曲线和粘温曲线，粘度-剪切速度曲线的计算和回归分析，该hpg冻胶压裂液的稠度系数k为1.403，流态指数n为0.5373，摩阻相当于清水摩阻3060%。 目前，在我们胜利油田探区，最深的探井其油藏温度也就是在150180之间，目前，我们新开发的obz-1有机硼锆交联剂完全可以满足现场超深探井的压裂需要。,交联剂obz-1,另外，在水基冻胶压裂液中，常用的添加剂还有微胶囊破胶剂、粘土稳定防膨剂、转向剂、助排剂等，国内外在这些化学剂的研究方面，形成了比较多的系列配方。如表14所示。,其他添加剂,表14 国外有关冻胶压裂液破胶剂产品目录表,采油院压裂酸化中心经过十几年的试验研究和推广应用，先后研制成功了适合不同地层温度压裂改造的水基冻胶压裂液的破胶剂，如过硫酸铵激活破胶剂经过在营13块的试验，在2030的低温范围内也能顺利破胶。另外，我们还研制成功了eb-1微胶囊破胶剂，已在压裂施工中应用了上千口井，可以满足油藏温度52的压裂液的破胶。目前针对不同温度的油藏，在试验室内，已经形成了不同的破胶剂系列配方。 在水基冻胶压裂液方面，应用的其它添加剂如粘土稳定剂、助排剂等也研制了不同的化学剂配方，如粘土稳定剂方面，有p-216、dte、fp系列，在助排剂方面有man、sl-p等，总之，在水基冻胶压裂液及其添加剂方面，我们采油院压裂酸化中心，经过近二十年的研究，基本达到了国外的先进水平。为我们胜利油田增储上产作出了积极的贡献。,采油院研制的压裂液添加剂,水包油乳状压裂液主要有水、油和乳化剂配制而成。水可以用淡水、盐水和稠化水；油可以用原油、煤油、柴油等；乳化剂可以用离子型或非离子型的表面活性剂。 表15为目前国外有关公司拥有的水包油乳状压裂液的产品列表。,由于乳状液水包油型压裂液主要用于滤失比较严重、水敏性也较严重的油藏的压裂改造，且对压裂设备有比较专门的要求，因此，我国在该压裂液的研究方面起步比较晚，目前，还没有成型的产品。, 水包油乳状压裂液,水基泡沫压裂液是一种以水为连续相、以气体为分散相的压裂液。水基泡沫压裂液的特点是低粘度（但悬砂能力强），低摩阻，低滤失量，低含水量，压裂后易于排除，对地层污染少。因此，泡沫水基压裂液是一种性能优良的压裂液。 国外有关公司在泡沫水基压裂液的研究方面，起步早，已经形成了成熟的系列配方，并且在现场进行了广泛的应用，在美国，用水基泡沫压裂液进行压裂施工的油井约占总压裂井数的27左右。表16为国外有关公司研制成功的水基泡沫压裂液的产品列表。,水基泡沫压裂液,表16 国外水基泡沫压裂液列表,在我们国内，对泡沫压裂液的研究起步也比较早，但是，在室内确定研究配方以后，没有进入现场试验，主要问题是：胜利油田的压裂施工队伍无泡沫砂比增浓器，当泡沫压裂液的泡沫干度比较大时无法提高砂比。另外，利用泡沫进行压裂施工，国外应用的气源车（提供液态的氮气或液态二氧化碳气）都配有加热装置，在现场施工时，以保证气体的出口温度超过气体的临界温度，以产生充分的泡沫和防止施工过程中发生冰堵现象。利用氮气水基泡沫压裂液施工，由于氮气的临界温度远低于二氧化碳（氮气的临界温度是195.5），可以保证施工时能够充分气化，但是目前我们油田仅有一台液氮车，排量比较低，因此无法保证现场施工时的泡沫干度。总之，从施工设备、基础研究方面，我们与国外在水基泡沫压裂液方面都还有比较大的差距。 目前，胜利油田有限公司采油院通过室内研究和现场配置，准备在有关煤层气田的压裂施工中首先进行该技术的现场试验。,水基泡沫压裂液,油基压裂液是在压裂施工现场时，应用的另一大类压裂液，与水基压裂液相似，它也可以分为油冻胶压裂液、油包水乳状压裂液、油基泡沫压裂液等。由于油基压裂液成本较高，国外一般在强水敏油藏才应用。 由于油基压裂液的成本较高，在国外也是基本在一些特殊的油气藏的压裂改造中应用。从1997年，我们采油院压裂酸化中心，在油基冻胶压裂液的研究方面，也做了一些基础性的研究工作，并且在现场进行了试验，并取得了一些成功的施工经验。由于油基压裂液的特殊性，对施工设备方面也有一些特殊的要求。目前，我局压裂施工设备是与水基冻胶压裂液的施工相配套的，因此，在施工过程中遇到一些问题，施工过程中容易造成砂堵。现在，我们正在进行该技术的改进工作。待条件成熟后，在现场再进一步推广应用。,2. 2 油基压裂液,表17 国外有关公司现有的油基压裂液产品表,2.3 醇基压裂液,醇基压裂液是以醇作为溶剂或分散介质，通过增稠交联形成的一类压裂液。与水基压裂液相似，醇基压裂液也可以分为稠化醇基压裂液、胶凝醇基压裂液和泡沫醇基压裂液。这类压裂液性能比较优良，由于醇与油之间的界面张力很小，因此，这类压裂液的返排率很高，但是，由于醇的成本很高，这类压裂液很少使用。 国外在醇基压裂液的研究方面也取得了一些成果，表18为国外有关公司在醇基压裂液的研究方面取得的研究产品。表18 国外有关公司现有的醇基压裂液产品表,从表18中我们可以看出，国外在醇基压裂液的研究方面，应用的醇类主要是甲醇和乙醇。大部分公司还没有给自己的产品命名。 通过前面的讨论对比，我们与国外公司在水基冻胶压裂液的研究方面