粘弹性表面活性剂压裂液

PAGEPAGE2.页眉.页脚..国家科技攻关计划项目建议书项目名称：粘弹性表面活性剂压裂液建议单位：二O0五年十二月十六日一、项目概述1、项目提出的背景、意义及必要性目前，国内外最常用的压裂液为水基压裂液，其大致可分为以下几种类型有：天然植物胶压裂液、纤维素压裂液和合成聚合物压裂液，现在最常用的是天然植物压裂液，这种天然压裂液包含如瓜胶其衍生物羧丙基瓜胶，目前这种衍生物主要采用改性的羧丙基瓜胶（HPG），自六十年代投入市场以来，在确保压裂液冻胶的高携砂能力和压裂施工能力成功方面，HPG压裂液发挥了巨大的作用，但随着低渗油田向深层超低渗方面发展的要求，这种压裂液所具有的返排率低，降解效果差，不抗剪切、价格高等弊端也逐步暴露出来。主要表现在以下几个方面：1、返排率低。返排率一般只有30-45%，由于其返排率或破胶不彻底而导致的聚合物残余会严重影响对储层的压裂改造效果。对于低渗油田的深层、敏感性油藏，返排率较低。据资料介绍，对于低渗油田，仅有35-40%的聚合物能够返排出来，其余的聚合物则会严重的影响裂缝的导流能力。而中高渗油田存在埋藏浅、地层能量低和不同程度敏感性的特点，使用HPG压裂液同样难以有效的返排出来。2、降解效果差。典型的瓜胶产品含有15%的蛋白质和纤维素副产品，而这些通常是不溶于水的，研究表明：冻胶破胶液粘度下降并不能确保压裂液全部返出，破胶液中含有大量的部分降解产物，足以伤害和降低裂缝的渗透率。3、与地层不配伍。HPG压裂液往往采用延迟铰链的方法以减小摩阻、提高携砂能力，因此压裂液的PH值需要调到9-11左右，在碱敏性油藏的压裂施工中，压裂液与高矿化度的地层水不可避免地产生沉淀作用；此外，与粘土成分的膨胀运移和乳化作用也是作成地层基质渗透率和裂缝导流能力降低的重要原因。4、HPG使用的浓度一般在0.5-0.6%，受其液体本身的影响，其浓度使用的范围的可调节性不好。使用浓度度太低达不到粘度要求，太高则原液粘度过大影响流动，尤其是冬季温度较低时。5、HPG压裂液不抗剪切。也别是高温条件下的剪切降解造成永久性的粘度损失。6、HPG原液的储存时间不易过长，在夏季一般3天左右的时间就会使因水解或细菌降解而变性。变性后HPG溶液变稀，不能被常用交联，因此，使用时需添加杀菌剂。7、价格较高，使用需加交联剂等多种助剂。在以上聚合物压裂液在使用中具有很多的弊端，为加快油田开采的力度，研究一种一剂多用、成本低、效率快、具有表面活性剂的压裂已刻不容缓，这种背景下，山东胜通集团与胜利油田采油研究院联合，参考了国内外有关压裂液研究的文献，和国内几家研究单位在研究压裂液中存在耐温性能不好的问题及在传统不含表面活性剂VES压裂液进行了深入细致的攻关，采用经济易得的化工原料，合成了一种新型VES表面活性剂，这种VES-SL表面活性剂压裂液在与现行的HPG聚合物成本相近的条件下，120℃，170S-1的剪切速度下其粘度在50mPa以上。2、攻关目标和内容VES-SL压裂液主要由长链脂肪酸衍生物季铵盐表面活性剂或氧化叔胺型表面活性剂组成。这种表面活性剂是一种具有粘弹性的小分子，它的分子尺寸比瓜胶分子小5000倍的数量级，它包括亲水基和长链疏水基，分子链上有正电荷端和负电荷端。在一定的条件下，它们形成伸展的胶素集体。当与油、气接触或被地层水冲洗，这种具有表面活性剂的VES-SL压裂液通过将蠕动虫状的胶束破坏成小球形胶束而降低粘度，不需要破胶剂流体就很容易被返排地面；在低表观粘度下，VES-SL压裂液表现出支撑剂悬浮能力，这能帮助形成端部脱砂子压裂并获得更宽的裂缝。具有25mPa.S的流体能够非常有效的携沙。在Giovnna6的现场，所使用的一种具有1825mPa.S的清洁压裂液既能满足携砂的要求。流体所表现出的悬砂能力是一种胶束的网架结构和缔合的弹性粘度，这就减少了携砂所需的流体粘度。通过降低所需要粘度，VES-SL作业能更好的设计出最佳的裂缝高度和有效的裂缝长度。此外，流体的无聚合物的，易于返排，自然将保留更高的裂缝和地层间的传导率，减少地层并改善负表皮效应，提高潜在产量，而且它和聚合物相比，配制清洁压裂液更简单可靠，不需要太多的化学添加剂，易于操作很控制。二、项目立项的必要性及市场需求分析1、项目攻关的必要性VES-SL粘弹性表面活性剂压裂液比HPG聚合物压裂液在使用上具有一定的优越性外，还具有以下优点：（1）不含高分子聚合物，可完全破胶化水，基本不对裂缝导流能力造成影响；（2）操作简便，易于配制，使用设备少，不需聚合物水基压裂液那样溶解水化过程；（3）无需添加杀菌剂、交联剂、破胶剂等；（4）抗剪切，温度变化对其体系粘度的影响具有可恢复性；三、相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础1、国内外技术现状、专利等知识产权情况分析和国内现有的工作基础目前国内外最常用的压裂液为水基压裂液，但是这种产品在采油中存在很多的弊端，甚至导致粘土成分的膨胀运移和乳化，使地层基质渗透率和裂缝导流能力降低。作为传统聚合物/破胶方法的突破，1997年Ani-Agip与斯伦贝谢公司的专家联合开发出表面活性剂组成的压裂液，此后该压裂液体系得到不断的丰富和发展。截止2002年国外石油公司使用VES压裂液已成功地进行了2400井次的压裂作业。对照实验表明，使用该类压裂液比使用瓜胶基聚合物水基础压裂液的增产效率可以提高27%左右，其成本稍高或相当于聚合物水基压裂液。VES压裂液的流变特性适合于中低渗的压裂作业，在较低的表观粘度下仍然具有较强的携砂能力，例如埃及-阿吉利普公司在亚得里亚海的Giovanna油田进行压裂施工时，用聚合物压裂液和VES压裂液进行对比实验，发现含VES的压裂液的性能优于聚合物压裂液，采用含VES的压裂液进行压裂作业的油井不仅大大减少地层的伤害，而且还能形成端部胶砂而产生更宽的裂缝，因而获得了理想的油井产能，成功地进行了压裂防砂施工，达到了预期的目的。但是早期的VES压裂液的表面活性剂由于胶束能缠结并形成网状结构形成较高的粘度，这有助于得到较好的支撑输送特性，当前国外压裂施工中的季胺盐溶液的流变性是通过阴离子来进行控制的，随着盐浓度的增加，使用温度可有限度的提高，但很难超过80℃胜利油田采油研究院在研究VES压裂液同类产品的基础上，山东胜通集团股份有限公司和胜利油田采油研究院共同完成了VES-SL弹性表面活性压裂液，进一步提高VES压裂液指标的科技开发工作，解决了在使用浓度在2-5%之间，可根据对体系粘度及耐温性能的要求进行调整；根据油藏温度的模拟，可满足30-140oC地层改造的要求的技术难题。山东胜通集团拥有省级技术中心，具备先进的实验和检测设备，技术力量雄厚，有较强的自主研发能力。在胜利油田采油院的合作下完成了小试研发工作。其产品不含高分子聚合物，具有抗剪切，操作简便，易于配制，使用设备少等特点，120℃，170S-1的剪切速度下其粘度在500mPa以上，同时测试结果证明VES-SL弹性表面活性剂压裂性能达到了预期的效果。这些都为本项目的产业化打下了坚实的技术基础。四、项目计划目标及主要研究内容1、主要目标①该产品根据不同的油气藏温度可调节使用浓度在2.8-5%的范围内，根据油藏温度的模拟，可满足30-140oC地层改造的要求；②该压裂液对岩心基质伤害率低（10-20%）；对裂缝导流能力伤害低（渗透率保持在92%以上）.②经济目标该项目总投资2600万元，将达到年产3000吨的生产能力，实现产值1200万元，利税360万元，税金118万元。2、项目的关键技术①项目的关键技术及创新点VES-S粘L弹性表面活性剂压裂液具有合成工艺简单，原料成本低等特点。根据室内试验评价结果，VES-SL压裂液在100℃、170S-1的条件下，经过一个小时的剪切，粘度在130mPa.s以上，在120℃、170S-1的条件下，经过一个小时的剪切，粘度在50mPa.s以上，并且体系粘度随剪切时候的延长、而粘度变化很小，随温度的降低，压裂液粘度具有很好的恢复性。实验结果发现，该压裂液粘度高，成本低，对地层的伤害要比HPG压裂液低50%以上，对支撑裂缝的导流能力低60%以上，根据现场试验结果，VES-SL压裂液摩阻相当于清水摩阻的25-30%，摩阻比HPG压裂液的摩阻低1Mpa/②使用浓度在2-5%之间，可根据对体系粘度及耐温性能的要求进行调整。在3%浓度下，压裂液体系的粘度在温度100℃，170S-1创新点：①根据具体的粘度及耐温性能的要求，在配液站将表面活性剂稀释到适宜浓度，稀释后液体粘度小，低温下流动性好；②溶液的不饱和度对压裂液体系的最终粘度没有太大的影响，说明各种不饱和度的原料均有希望满足的要求。2、产品性能①弹性表面活性剂压裂液使用浓度对体系粘温性能的影响浓度对它的影响是很明显的，因为这直接决定了表面活性剂的胶束浓度，当它超过表面活性剂的临界胶束浓度时，它的浓度越大，胶束的粘度越大，粘度自然越大，当浓度为5%时粘度可达260mPa.S，值得说明的是在浓度为2%时它的粘度仍在142mPa.S。表面活性剂的浓度决定了在实际应用中的成本，如果降低浓度就能满足要求，就会大大降低成本。②弹性表面活性剂压裂液与助剂比例体系粘温性能的影响复配试剂对胶团的形成有强烈的促进作用，不但能改变CMC的浓度，而且还改变胶束的状态，具有网络结构的胶束具有一定的抗扭曲能力，从而赋予液体较高的粘度。而在其他因素相同的条件下，助剂的添加比例也不是越大越好③弹性表面活性剂压裂液体系的耐盐性能无机盐的使用对体系的粘度在一定的范围内由增效作用，但当盐浓度大于3%后，就会导致粘度降低甚至破胶化水。④弹性表面活性剂压裂液体系与粘土稳定剂等配伍性能粘土的稳定剂加入VES-SL压裂液体系的粘度及耐温性能没有明显的影响，但具有一定的增效作用。⑤VES-SL压裂液体系的流变性与剪切稳定性在升温到100℃以前，体系在55℃左右的粘度上冲至1000mPa.S左右，出现极大值。然后在80℃时保持在550mPaS，100℃时降到200mPa.S以下，随后升温在120℃且恒温保持在一段时间，体系粘度维持在35mPa.S左右，且不随时间的延长进一步降低，随后温度减低回到100℃体系粘度具有很好的恢复性，继续在五、技术、经济效益分析根据现有基础设备和产品的市场状况，建设规模为年产3000吨的生产能力。1、技术经济效益分析①技术分析

目前，VES-SL粘弹性表面活性剂压裂液，通过室内开发研究，已经由室内走向现场应用，为了使得该压裂液适应现场应用，我们利用VES-SL主剂，首先与Ι组分混合，配置成一组组分，然后在现场以加交联剂的形式，将J组分加入到混砂车中，到目前，已经在现场实施加砂压裂一口井、压裂防砂5口井。下表VES-SL压裂液现场效果统计表。井号措施VES液量m3排量m3/min最高砂比%加砂量营543-斜3压裂1603-452陶粒15.5m3营8-斜52压裂防砂1700.9-130石英砂26t，陶粒6t营8-斜50压裂防砂1200.9-130石英砂12t，陶粒5t营8-斜54压裂防砂900.9-130石英砂12t，陶粒3t营8-斜56压裂防砂1000.9-130石英砂13t，陶粒4t营47-斜23压裂防砂900.9-130石英砂12t，陶粒3t营543-斜3是一口刚刚完钻的新井，油层渗透率8.0-32毫达西，油层温度105℃左右。为改善储层的渗流条件，提高油井产能，决定对砂三段油层（2982.0-2986.5米），进行压裂。施工共使用清洁压裂液160m3，陶粒15.5m3,砂比7-50%，排量3.0-4.1m3/min，施工泵压39-45MPa。通过施工时，瞬时停泵测试发现，VES-SL的摩阻仅相当与清水的25-30%，与胶联HPG压裂液相比，摩阻低1MPa/1000m。通过现场应用证明，该压裂液携砂能力强，其摩阻略低于瓜胶压裂液的摩阻，有利于加砂改造。到2005年9月底，施工的6口井已累计增油5600与吨，通过现场分析证明，VES-SL压裂液对地层和裂缝导流能力小，易返排，成本低，具有广泛的市场前景。本项目产品是一种新型的压裂液，主要销售的对象是国内外各大油田。通过胜利油田采油院的技术支持，加大产品的宣传力度，使用户了解我产品信息，为产品的销售开拓了一条有效的途径。②效益分析项目建成后，将达到年产3000吨的生产能力，实现产值1200万元，利税360万元，税金118万元。作为一种新型的压裂液，是一种很有发展潜力的化工产品，项目的建设不仅能给企业带来新的利润增长点，还会为企业未来的可持续发展奠定了基础。项目符合国家的产业政策，具有极为显著的经济效益、社会效益与环境效益。2、推广应用前景分析本产品在特定的条件下生长过程中一种表面活性剂，主要用于油田压裂采油。产品在部分油田采油厂进行驱油试验，取得了良好的效果，从室内试验到现场实施总体上达到了国内外领先水平。由于本产品正处于寿命期的初期阶段，已经完成新产品现场应用试验，再辅之以强有利的市场推广手段，则本产品的竞争优势是十分明显的。今后，随着工艺技术的进一步成熟，生产技术和产品质量逐步稳定，本产品的消费市场将会逐步扩大。VES-SL粘弹性压裂液是我公司独家掌握的高新技术，随着技术上不断进步，本产品在稳定占领国内市场的同时，既可替代进口，又可实现出口创汇。3、技术风险本项目的风险主要是技术风险，即知识产权的保护和专业核心技术的保密工作，项目的政策风险较小。另外公司在企业发展战略中，积极推进技术创新、培养了大批的科技人员，就对本项目来说，我们掌握了技术配方及生产工艺，又有胜利采油研究院有力支援，在技术领域中有严格的保护措施，市场风险中，没有技术因素的影响。4、市场风险在市场竞争方面，虽然现在适合于HPG聚合物压裂液很多，但设备、成本费用很高，性能也各异，抗盐能力差等的缺点，增加了采油压裂技术实施的难度。我公司研制的VES-SL粘弹性表面活性剂压裂液具该项目产品一剂多用，具有防膨、杀菌防腐、野外作用适用性强等特点，同时合成的原材料来源广，价格低，合成方便且配置简单，省工省时省力，不需增加各类添加剂和设备，因此本产品的质量、成本、技术条件等已成为强有力的市场推广手段，无论从社会效益和经济效益考虑，本产品都是一种极具竞争力的产品。5、管理风险在企业管理中，本公司运用“严”字当头的科技管理方法，实现现代化的各种管理制度，将企业管理与企业财务、资金管理有机的结合起来，运用网络系统完成，建立了“以人为本’的科学的财务管理制度，在项目运行中，公司决策者门高瞻远瞩，进行项目的实施策划，一系列财务评价的结果表明，本项目有较好的盈利性，因此本项目在管理中不会有什么风险。综上所述，该项目在以上各方面存在的风险都很小。六、计划实施年限、经费预算及来源渠道1、项目实施年限本项目的实施分如下两个阶段:（1）项目前期工作，主要是立项及审批。1(完善中试成果，进一步进行实验测试和技术改进;)2项目的具体实施，技术改进和基础建设；3设备安装调试和实验检测中心建设；4试产运行、项目鉴定验收。（2）项目的具体实施，包括施工图设计，场地平整，土建工程，设备订货及制造安装，试车运行及正式投产工作。根据本项目的性质及内容，确定工程建设期为12个月。2005年12月-2006年12月2、经费预算该项目总投资2600万元，其中固定资产2100万元，其他建设经费500万元。3、经费来源该项目总投资2600万元，其中银行贷款800万元，企业自筹1800万元。七、必要的支撑条件、组织措施和实施方案1、项目的支撑的基础条件，组织管理措施山东胜通集团股份有限公司是国家大型企业和国家级高新技术企业，省“信誉特级（AAA）企业”，公司总占地面积92万平方米。现拥有总资产10.5亿元，其中净资产4.2亿元；公司有职工2200人，各类专业技术人员480人；2005年1—11月份实现产值27.5亿元，利税4.76亿元,其中高新技术产品占销售总量的76%。该公司主要是以石油化工、精细化工、生物化工等为支柱产业的国家级高新技术企业，2000年至今，先后有12个项目列入市级攻关项目，8项被列入省级“星火”计划项目，4项列入省重点技术改造项目，16种产品获得国家专利，2项列入国家级“火炬”计划项目，5个项目填补国内空白；获得市级以上科技成果奖32项。并获“省科技开发先进企业”、“省技术创新示范企业”、“中国专利山东明星企业”、等多项荣誉。2003年高稳定性层状结晶二硅酸钠被列为国家重点火炬计划和国家高技术产业化示范工程项目，2004年该产品被列为“国家级重点新产品”。山东胜通集团拥有省级技术中心，具备先进的实验和检测设备，技术力量雄厚，有较强的自主研发能力。公司设有专门的化工研究机构—东营市应用化工研究所，该所下设精细化工研究室、石油工程研究室和高分子材料研究室，并配有完善的检测设备和配套的实验、化验设施。该所现有专业技术人员58人，其中从事产品开发人员26人，化工、高分子材料和信息类专业人才齐全，通过项目的实施，提高了技术队伍的创新能力，提升了公司的技术