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自組裝復(fù)合壓裂液在水平井壓裂中的應(yīng)用

文檔作者：趙眾從1 唐東珠2 李燕3 柳建新1 彭田杰1 劉兆杰4 文檔來(lái)源： 1．長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院 2．川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 3．長(zhǎng)江大學(xué)圖書(shū)館 4．渤海鉆探井下作業(yè)公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年02月26日
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第33卷第3期
2016年5月
鉆井液與完井液
DRILLING FLUID&amp;amp;COMPLETION FLUID
V|01．33 No．3
May 2016
doi：10．36968．issn．1001—5620．2016．03．020
自組裝復(fù)合壓裂液在水平井壓裂中的應(yīng)用
趙眾從1， 唐東珠2， 李燕3， 柳建新1， 彭田杰1 劉兆杰4
(1．長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，武漢430100；2．川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，西安710000；
3．長(zhǎng)江大學(xué)圖書(shū)館，武漢430100；4．渤海鉆探井下作業(yè)公司，河北任丘062552)
趙眾從等．自組裝復(fù)合壓裂液在水平井壓裂中的應(yīng)用[J]．鉆井液與完井液，2016，33(3)：98—101．
摘要為了滿足低滲透儲(chǔ)層水平井改造的需要，開(kāi)發(fā)了一種梳形聚合物與表面活性劑膠束自組裝復(fù)合壓裂液體系。該
體系不使用交聯(lián)劑，不含水不溶物；80℃時(shí)，0．3％梳形聚合物CD．1與0．2％表面活性劑組成的自組裝壓裂液儲(chǔ)能模量高
達(dá)290 Pa，遠(yuǎn)大于耗能模量，表現(xiàn)出突出的黏彈特性。5 m3／min排量下壓裂液的降阻率達(dá)到74．05％，具有突出的低摩阻特性。
不同配方的自組裝壓裂液破膠液的表面張力都低于27 mN／m，界面張力低于O．8 mN／m，滿足壓裂液返排特性的要求。自組
裝壓裂液對(duì)儲(chǔ)層巖心平均傷害率18．04％，遠(yuǎn)小于瓜膠壓裂液78．75％的水平。室內(nèi)評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)施工都表明，自組裝壓
裂液降阻率高，對(duì)地層傷害小，增產(chǎn)效果明顯，同時(shí)證實(shí)了利用聚合物與表面活性劑膠束自組裝形成結(jié)構(gòu)攜砂理論的正確性。
該壓裂液體系滿足特殊結(jié)構(gòu)井壓裂改造要求，為特殊低滲透油氣藏的開(kāi)發(fā)提供了一種新的方法和手段。
關(guān)鍵詞自組裝壓裂液；梳形聚合物；表面活性劑膠束；水平井
中圖分類號(hào)：TE357．12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—5620(2016)03．0098．04
The AppHcation of Self-assembled Compound Fracturing Fluid in Horizontal Fracturing
ZHAO Zhongcon91，TANG Dongzhu2，LI Yah3，LIU Jianxinl，PENG Tianjiel
(1．College ofPetroleum Engineering,Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100；2．Drilling＆Production Technology
Research Institute ofCCDC,Xi'an，Shaanxi 710000；3．The Library ofYangtze University，Wuhan，Hubei 430100；
4．Downhole Service CompanyBHDC,Renqiu，Hebei 062552)
Abstract To satisfy the needs for low permeability horizontal well fracturing，a compound fracturing fluid has been developed through
self-assembly ofa comb polymer and surfactant micelles．This fracturing fluid contains no cross—linkers and water insoluble matter．At
80 oC，the self-assemble fracturing fluid containing O．3％CO 0 mb polymer CD-1 and O．2％surfactant has storage modulus of290 Pa，far
greater than the loss modulus，showing an obvious viscous-elasticity．At flow rate of5 m3／min，the percent reduction in friction achieved
wim the fracturing fluid is 74．05％．showing an obvious low fricaon nature．Different self-assembled fracturing fluids all have surface
tensions less than 27 mN／m，and interface tensions less than O．8 mN／m，satisfying the needs for the flow-back of fracturing fluids．
Average permeability impairment by these self-assembled fracturing fluids is 1 8．04％．far less than that of the guar gum fracturing
fluids，which is 78．75％．Laboratory evaluation and field application have all indicated that the self-assembled fracturing fluids have
high efficiency of friction reduction and low damage to reservoir formation．a(chǎn)nd higher production rates have been gained using
these fracturing fluids．It has also demonstrated the soundness of the theory,which states that through self-assembly of polymers and
surfactant micelle，a structure Can be developed in the fluid to carry sands．The self-assembled fracturing fluid has satisfied the needs
for fracturing wells with special holeprofiles，and provided a new way ofdeveloping low permeability reservoirs．
Key words Self-assembled fracturing fluid；Comb polymer；Surfactant micelle；Horizontal well
梳形聚合物與表面活性劑膠束自組裝壓裂液
(簡(jiǎn)稱自組裝壓裂液)，是一種將梳形聚合物和黏彈
性表面活性劑膠束混合使用的新型壓裂液體系，在
聚合物和表面活性劑濃度都較低的條件下，就能具
基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題“深井高溫高壓儲(chǔ)層非交聯(lián)壓裂液技術(shù)研究與應(yīng)用”(2011ZX0546．03)資助。
第一作者簡(jiǎn)介：趙眾從，講師，博士，1983年生，現(xiàn)在從事油氣藏增產(chǎn)理論與技術(shù)方面的研究工作。電話
1808651 1815；E-mail：1534172909@qq．com。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第33卷第3期趙眾從等：自組裝復(fù)合壓裂液在水平井壓裂中的應(yīng)用99
有足夠的黏彈性，達(dá)到造縫和攜帶輸送支撐劑的要
求。同時(shí)還具有無(wú)需化學(xué)交聯(lián)、不含水不溶物、不
易乳化地層原油、配方簡(jiǎn)單、成本低廉、摩阻低和
攜砂能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
自組裝壓裂液通過(guò)梳形聚合物疏水側(cè)基與表面
活性劑膠束之間的自組裝形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有
黏彈性高、抗剪切性能良好和湍流減阻作用，滿足
長(zhǎng)水平段壓裂對(duì)壓裂液高攜砂能力要求；其壓裂液
中的水溶性增稠劑本身無(wú)不溶物，并且無(wú)需使用交
聯(lián)劑。施工過(guò)程中注氮?dú)庠瞿?，不僅利用賈敏效應(yīng)
解決了濾失問(wèn)題，在施工后期還有利于破膠液的返
排，通過(guò)工程辦法解決了液體的濾失問(wèn)題。通過(guò)自
組裝壓裂液體系進(jìn)行調(diào)控，有望解決現(xiàn)有壓裂液體
系存在的諸多問(wèn)題，對(duì)提高低滲透油氣藏壓裂工藝
水平和壓裂效果起到積極的推動(dòng)作用【2訓(xùn)。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1．1主要試劑及儀器
氯化鉀，過(guò)硫酸銨，分析純；硼交聯(lián)劑
BCL．61，助排劑DL．10，工業(yè)品，市售；梳形聚
合物CD．1，陽(yáng)離子表面活性劑CD一2，自制；羥丙
基瓜膠HPG，工業(yè)品；天然巖心。巖心流動(dòng)裝置
SL32，江蘇聯(lián)友科研儀器有限公司。
1．2測(cè)試評(píng)價(jià)方法
1．2．1黏彈性測(cè)試
黏彈性測(cè)試使用HAAKE RS6000流變儀，采
用C60／1 o Ti錐平板測(cè)試系統(tǒng)，錐板直徑為60
nllTl，錐角為10，兩板間隙為O．104ITInl，在80 cc、
6．18Hz、0．1 Pa下測(cè)定【5】。
1．2．2摩阻特性測(cè)試
采用西88，9 mwl光油管作為測(cè)試管柱，下人
井底壓力計(jì)，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)條件下自組裝壓裂液的真實(shí)
摩阻。試驗(yàn)液體通過(guò)壓裂車從油管泵入，經(jīng)油管底
端從油層套管環(huán)空返排出來(lái)。測(cè)試時(shí)由高到低依次
調(diào)節(jié)排量，同時(shí)采集壓裂液、清水在各個(gè)排量下的
電子壓力計(jì)和施工泵壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。采用流經(jīng)油管后
的摩阻壓降來(lái)計(jì)算降阻率，根據(jù)降阻率的大小評(píng)價(jià)
壓裂液的降阻效果。降阻率計(jì)算公式為：
叩2(AP,一△P壓裂液)／AP．×100％ (1)
式中：叩為降阻率，％；AP水為清水通過(guò)測(cè)試管路
時(shí)的壓降，MPa；AP壓裂液為同一流量下壓裂液通
過(guò)測(cè)試管路時(shí)的壓降，MPa。
1．2．3破膠液表界面張力測(cè)定
在自組裝壓裂液中加入0．1％的過(guò)硫酸銨破膠
劑，在80。C下破膠4 h。將破膠液過(guò)濾，使用德國(guó)
KRUSS K100表界面張力儀，測(cè)定濾液的表、界面
張力。在測(cè)界面張力時(shí)，首先將巖樣洗油后粉碎，
在70℃下老化15 d后裝人管式模型中，測(cè)定地層
水、壓裂液水化液與其接觸角。
1．2．4巖心傷害評(píng)價(jià)
使用氣測(cè)滲透率與地層天然巖心相近的人造巖
心，參考SY／T 5336--2006在80℃下考察巖心傷
害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。
2 自組裝壓裂液性能研究
2．1黏彈性
研究表明，液體黏度與攜砂性之間并不存在
必然的聯(lián)系，通過(guò)代表彈性的儲(chǔ)能模量來(lái)評(píng)價(jià)壓裂
液的攜砂性能更加合理[6-8]o自組裝壓裂液通過(guò)分
子鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)與表面活性劑膠束之間的自組裝形成
空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很好的的彈性特征，即代表彈
性的儲(chǔ)能模量大于代表黏性的耗能模量。在80 c{c、
振蕩頻率為6．18 Hz的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)梳形聚合物
CD-1濃度為0．3％、表面活性劑濃度為0．2％的自
組裝壓裂液進(jìn)行黏彈性測(cè)試，實(shí)驗(yàn)曲線見(jiàn)圖1。由
圖l可知，在80℃下，自組裝壓裂液的儲(chǔ)能模量
高達(dá)290 Pa，遠(yuǎn)大于耗能模量，這是普通的羥丙基
瓜膠無(wú)法比擬的。高的儲(chǔ)能模量非常有利于支撐劑
在水平段的輸送；復(fù)合黏度高達(dá)6 860 mPa·S，高
的復(fù)合黏度表明，該自組裝壓裂液中形成了超分子
聚集體結(jié)構(gòu)。從微觀結(jié)構(gòu)分析，超分子聚集體結(jié)構(gòu)
是復(fù)合壓裂液具有良好的攜砂性能的根本原因。
時(shí)
是
Q
盎
皂
臼
圖l 自組裝壓裂液黏彈性測(cè)試
粵
蠱
姜
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￡
魁
纛
糕
劃
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
100 鉆井液與完井液2016年5月
2．2摩阻特性
將自組裝壓裂液和清水在不同排量下的壓降
曲線進(jìn)行擬合，根據(jù)擬合的多項(xiàng)式計(jì)算特定排量
下自組裝壓裂液的降阻率，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可
知，自組裝壓裂液顯示了良好的低摩阻特性，降阻
率隨排量增大而增大，在5 rnS／min排量下達(dá)到了
74．05％。
圖2 自組裝壓裂液在不同排量下的降阻率
2．3破膠液表界面張力
影響壓裂液返排的主要因素是地層壓力降、黏
滯力和毛細(xì)管力等，因此要求壓裂液破膠液具有低
的表面張力和界面張力，防止水基壓裂液在油氣層
中產(chǎn)生水鎖、液阻、乳化效應(yīng)，從而改善壓裂液的
性能，提高液體返排，增強(qiáng)與地層配伍性能[9-101。
不同配方白組裝壓裂液破膠液的表、界面張力見(jiàn)表
1。由表l可以看出，不同濃度的自組裝壓裂液破
膠液的表、界面張力都較低，滿足壓裂液返排特性
的要求。
表1 自組裝壓裂液破膠液表、界面張力
2．4巖心基質(zhì)傷害評(píng)價(jià)
為了正確評(píng)價(jià)壓裂液對(duì)巖心的傷害程度，取8
塊天然低滲透巖心進(jìn)行基質(zhì)傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2
和表3。由表2和表3可知，8塊巖心的原始?xì)鉁y(cè)
滲透率都非常低；自組裝壓裂液對(duì)巖心的平均傷害
率為18．04％，對(duì)巖心平均傷害率比羥丙基瓜膠壓
裂液降低了約60％，且傷害率的大小受滲透率的
影響比較小，表現(xiàn)出良好的儲(chǔ)層適應(yīng)性；而羥丙基
瓜膠壓裂液對(duì)巖心平均傷害率高達(dá)78．75％，其中
78巖心的傷害率高達(dá)90．15％t11-12]。
表2 自組裝壓裂液對(duì)巖心的傷害
表3羥丙基瓜膠壓裂液對(duì)巖心的傷害
3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
M井位于鄂爾多斯盆地東北部，位于二疊系
下統(tǒng)山西組山一段，完鉆井深為3 397 m，垂深為
2 916．21 m。水平段段長(zhǎng)為796 m。山一段儲(chǔ)層
為低孔、低滲透儲(chǔ)層，平均孔隙度為8．75％，平
均滲透率為0．74 X 10七pan2，地層壓力系數(shù)為
0．85～o．99，是一個(gè)典型的低壓、低孔、低滲、低
含氣飽和度的致密性氣藏[1 31，A井為鄰井。M井
采用自組裝壓裂液對(duì)該水平井進(jìn)行大型壓裂施工，
采用裸眼封隔器+投球滑套分8段完井及壓裂，
通過(guò)分段壓裂措施，提高單井產(chǎn)量，共加砂219．3
m3。表4為M井與A井采用不同壓裂液體系施工
后無(wú)阻流量對(duì)比情況。由表4可知，采用自組裝壓
裂液進(jìn)行施工的M井增產(chǎn)效果顯著，說(shuō)明該壓裂
液體系能夠滿足對(duì)低滲透儲(chǔ)層特殊結(jié)構(gòu)井壓裂改造
的要求。壓裂液及交聯(lián)液配方如下。
自組裝壓裂液0．3％梳形聚合物CD．1+0．25％
表面活性劑CD．2+0。05％破膠劑APS+I％KCl
瓜膠壓裂液0．45％HPCr+I．o％KCl十0．1％HCHO+
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第33卷第3期趙眾從等：自組裝復(fù)合壓裂液在水平井壓裂中的應(yīng)用101
0．2％助排劑DL-10+0．20／oNa2C03
交聯(lián)液：BCL．61(A：B=100：6)，交聯(lián)比為：
(100：0．25)～(100：O．30)
表4不同水平井山l層位壓裂效果對(duì)比
4 結(jié)論
i．研發(fā)了一種梳形聚合物與表面活性劑膠束
自組裝的壓裂液體系，該體系不使用交聯(lián)劑，不含
水不溶物，對(duì)地層傷害小，其對(duì)巖心傷害率僅為
18．04％。
2．在排量為5 ITl3／min下，壓裂液的降阻率達(dá)
到74．05％，具有突出的低摩阻特性。不同配方的
自組裝壓裂液破膠液的表面張力都低于27 mN／m、
界面張力低于0．8 mN／m，滿足壓裂液返排的要求。
3．通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，自組裝壓裂液體系能滿
足對(duì)特殊結(jié)構(gòu)井壓裂改造要求，其增產(chǎn)效果優(yōu)于普
通羥丙基瓜膠壓裂液。
[2]
[3]
[4】
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