压裂液的室内评价.doc

压裂液的室内评价及优化压裂液的研究是压裂改造的重要研究内容，其性能除了在施工时要求具有良好的耐温耐剪切性能及流变性能、低的施工摩阻和良好的支撑剂输送能力外，在施工结束后还能彻底破胶快速返排，使进入储层的压裂液滤失液造成的伤害最小，从而获得理想的压裂效果。根据国内外多年研究，压裂液的伤害主要体现在以下两大方面，首先是压裂液滤液及残渣对储层基质的伤害。压裂液滤液进入储层基质，接触储层中的水敏性矿物，使之发生膨胀，导致孔隙孔喉变小，流体的流动变得困难。由于储层岩石的孔隙孔喉小，压裂液滤液进入后，在毛细管力作用下，发生物理堵塞，主要是水锁、气锁和贾敏效应，增大流体的流动阻力。当压裂液的优选针对性不强时，存在与地层岩石、地层水不配伍的情况，从而导致多种形式的伤害。压裂液残渣高时，破胶后的残渣堵塞在裂缝壁面的基质孔隙中，导致流体流动阻力增大。另外，储层通常都有不同类型、不同程度的敏感性，当压裂液与储层不配伍或配伍性不好时，也会引起储层的敏感性伤害。其次是压裂液冻胶和残渣对水力支撑裂缝的伤害与解决方法。当压裂液不能很好破胶，或压裂液残渣含量高时，它们就会降低水力支撑裂缝的渗流能力或导流能力，主要有两种方式：一是压裂液的滤饼、压裂液浓缩物充填在支撑剂中；另一种是压裂液中的水不溶物堵塞在支撑剂的孔隙中。针对这两种情况，可以通过加大破胶剂量和合理的破胶剂追加程序，使之彻底破胶；通过优选稠化剂及其浓度，降低水不溶物、残渣量。在室内研究基础上，从“降低残渣、降低粘滞阻力、降低大分子物质”出发，完成了压裂液体系的室内研究和性能评价，并进行现场试验和应用。1.1 压裂液添加剂筛选评价在对储层地质特征、流体性质和储层敏感性分析研究的基础上，从添加剂的优选、压裂液体系的组成、各项性能等方面进行了分析研究，采用了真实的砂岩模型从微观机理上进行了压裂液对储层的伤害实验分析研究，目的是为了评价压裂液滤液对储层的伤害程度以及各添加剂发挥作用程度。对优化后的压裂液体系从微观角度进行验证，同时为减少压裂液对储层伤害寻找有效的途径。1.1.1稠化剂的筛选为了满足该区块压裂改造规模较大的要求，压裂液基液粘度较高，进入储层液量也较大，相应入地残渣也会增多，这就要求 压裂液残渣少，减少对裂缝导流能力的影响； 在施工过程中，压裂液残渣粒径不能因高压挤入作用进行储层。增稠剂选用水不溶物低、基液粘度高的羟丙基胍胶，它的含水率在810%，水不溶物7.010.0%，1%基液粘度270310mPa.s，PH值为7。压裂液残渣粒径分析测试结果为均值：74.77m，中值：74.62m，峰值：80.60m。残渣粒径远远大于孔喉直径，不会进入孔喉产生堵塞，造成伤害。图2-1 压裂液残渣粒径测试分析结果1.1.2 交联剂的优选交联剂是通过交联离子将植物胶分子链上的活性基团以化学键连结起来，形成具有粘弹性的三维网状冻胶。不同的交联剂具有不同的延迟交联特性、耐温耐剪切性能和破胶降解性能。目前市场上用的交联剂主要有如下几种，其基本特性是：硼砂：与胍尔胶或羟丙基胍尔胶交联形成冻胶，虽然耐高温、剪切的能力较差，但破胶后容易返胶；交联时延迟性能较差，泵送时摩阻较高，使用时基液的pH值一般在9以下；一般用于低温井，目前应用较广泛。有机硼：交联的冻胶耐温、耐剪切性能较好，破胶也较彻底，且可控交联时间，泵送时可减小摩阻；使用时基液的pH值一般在9以上。目前应用较广泛，但比硼砂贵。根据绥靖油田储层压裂地质特征分析，储层温度较低，因此选定硼砂作为交联剂即可满足要求。1.1.3 破乳助排剂的优选筛选的CF-5C复合破乳助排剂，有较低的表面张力和油水界面张力, 并具有破乳能力。在水中加入CF-5C后，水溶液的表面张力，从72.0mN/m降至32.6mN/m，油水界面张力由35.0mN/m下降为1.78mN/m，具有较好的降低表（界）面张力特性。用原油：水1:1的乳状液，试验结果见表2-1，从表上可以看出，加入CF-5C后具有良好的破乳效果，0.5%的CF-5C破乳率可达95%以上，能加快油水的分离速度和分离程度，防止乳化堵塞造成的伤害。表2-1 在50条件下CF-5C破乳性能测试不同类型时间（min）2510203060900.3%CF-5C+原油（11）析出体积（ml）0.51.54.510.013.517.018.5破乳率（%）2.06.018.040.054.068.074.00.5%CF-5C+原油（11）析出体积(ml）1.511.019.023.524.024.5-破乳率（%）6.044.076.094.096.098.0-1.1.4 粘土稳定剂的优选新的研究发现,聚季铵类粘土稳定剂具有长效粘土防膨作用,但大分子的聚合物又易引起对低渗储层的伤害,所以优选了无机离子KCL+聚季铵小阳离子的综合粘土稳定剂，最大限度的减少压裂液造成的储层膨胀损失。表2-2 粘土稳定剂性能评价膨胀量(mm)实验介质膨胀时间(min)防膨率(%)2040608090100110120清水1.181.311.401.491.541.591.621.67/煤油0.010.020.030.040.040.040.040.04/1.0%KCl1.101.341.431.481.491.501.501.519.822.0%KCl0.991.091.151.201.231.261.301.3320.850.5%COP-10.870.910.940.981.091.101.131.1531.911%KCl+0.3%COP-10.840.870.910.931.051.081.091.1233.74为防止压裂液进入地层引起粘土膨胀，采用实际岩心粉末对粘土稳定剂进行了评价实验，从表2-2中数据可见，采用0.5%COP-1或1%KCl+0.3%COP-1能够较好的防止粘土膨胀。1.1.5 杀菌剂的筛选考虑各添加剂之间的配伍性，杀菌剂选用了与助排剂离子类型相同的杀菌剂CJSJ-2。1.2 压裂液性能评价1.2.1 压裂液流变性交联冻胶压裂液的流变性参数，是压裂设计的重要指数，对裂缝几何尺寸的计算有着直接的影响，它还反应压裂液的柔顺性、施工的摩阻，粘弹性以保证压裂液的造缝和携砂能力及压裂液的滤失量和压裂液效率的反应。因此流变参数的确定就显得十分的重要，通过RV20粘度计上的试验，测得试验数据见表2-3。表2-3 压裂液流变性能表温度30min60minNK(Pasn;)NK(Pasn;)500.75900.81780.30711.883600.69880.53910.24322.4310可见，压裂液冻胶具有较好的流变特性，能满足压裂施工的要求。1.2.2 压裂液耐温、抗剪切性能用RS6000高温流变仪，在170S-1进行交联冻胶的耐温、抗剪切性能实验。从实验结果看在50-60温度下分别恒温连续剪切2小时左右，粘度降低，但视粘度保持在50mPa.s以上，可保证携砂液顺利进入地层。实验结果见图2-2。图2-2 含砂压裂液50耐温抗剪切性能测试图2-2 含砂压裂液60耐温抗剪切性能测试实验结果表明，在50-60，压裂冻胶在恒温、170S-1下的剪切2小时，压裂液体系具有良好的携砂性能。1.2.3 压裂液滤失性能用地层天然岩心，按SY5107-95标准规定的方法，在50，采用高温高压滤失仪，滤失介质是双层滤纸，滤失压差3.5MPa。试验数据见表2-4。表2-4 50压裂液静态滤失性能测试时间(min)0149162536温度()滤失系数10-4m/初滤失量m3/m2累积滤失体积（mL）3.05.07.510.614.518.522.0507.190.081从表2-4可知，随着温度的升高，滤失系数增大，初滤失量增大。在50压裂液粘度高，携砂能力强，造缝能力好，随着施工时间的延长，地层温度的降低，滤失量也随之减少。1.2.4 压裂液体系储层伤害评价试验压裂液对油层的伤害评价是压裂液应用的前提之一，压裂液对油层伤害评价主要包括压裂液的残渣伤害评价和压裂滤液对储层基质伤害评价。压裂液残渣含量压裂液残渣是影响支撑裂缝导流能力的关键因素之一，残渣含量主要与所用稠化剂中的水不溶物含量和压裂液体系的破胶性能有关。与0.35%胍胶压裂液的破胶液比较，0.40%胍胶压裂液的残渣有所降低。表2-5 压裂液残渣含量测试表基液胍胶含量%压裂液类型破胶剂含量%破胶温度压裂冻胶体积ml残渣重量mg残渣含量mg/l残渣含量降低%0.40常规压裂液0.0650165.048.2252/0.35165.041.720319.4压裂滤液对储层基质伤害评价岩心流动试验是研究压裂液损害的基本方法，是指通过岩心渗透率变化规律评价压裂液损害的室内试验方法，通过正反向流动试验，用天然岩心进行压裂液滤液对岩心基质渗透率的损害率的测定。选取的岩心直径为2.554cm的岩心圆柱体，按SY5356-88中4.6烘样。岩心抽真孔用地层水饱和，装入岩心流动试验仪，正向挤入煤油，测煤油的岩心渗透率K0。反向挤交联压裂液，并使其在岩心中停留一定时间，再正向挤煤油，测煤油的岩心渗透率K1。以公式(1-K1/K0)100%计算伤害率，试验结果见表2-6。表2-6 压裂液伤害评价试验井号层位岩心编号气测渗透率K (10-3)孔隙度(%)伤害前渗透率K1(10-3)伤害后渗透率K1(10-3)岩