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微膠囊包裹化學生熱體系與壓裂液的配伍性研究

發布日期:2015-06-01 08:36:14
壓裂液在油氣開采過程中對油氣井的增產、增注、 新井老井的改造及油田最終采收率的提高起著重要 的作用.目前,在我國遼河、大慶、大港、長慶、勝利等 油田有較多的低溫、低壓、高含婚、高凝油油藏,在采 用常規水力壓裂方法對這些油藏進行壓裂施工作業 時,常出現壓裂液破膠不徹底、壓裂效果滯后或不能 達到預期產量的現象,造成壓裂施工增產效果較差、 增產有效期較短.主要原因在于儲層溫度較低,常規 破膠劑(如過硫酸鹽、酶)的低溫破膠能力弱;注人地 層的冷流體使井底周圍的原油冷卻,黏度增大,甚至 原油析蠟或凝固,堵塞了一部分流動通道,降低了裂 縫的導流能力[1,2].因此,如何解決常規水基壓裂液 的低溫破膠及對高含蠟、高凝油儲層的“冷傷害”問 題,是提高這些油藏壓裂施工效果的關鍵.
作者研究的微膠囊包裹化學生熱壓裂液體系是 利用微膠囊技術將化學生熱體系的催化劑包裹起 來,使生熱劑和催化劑微膠囊隨壓裂液一起注人壓 開的裂縫中,在一定時間后,釋放出的催化劑激發生 熱劑發生化學反應,迅速釋放出大量熱量,加熱裂縫 中的流體使其溫度升高,同時產生大量氣體,增加地 層壓力,達到提高油氣井壓裂殘液返排率、降低污 染、增強原油滲流能力、提高油井產能的目的.在作 者前期的工作中[3,4],主要進行了化學生熱體系的 篩選、微膠囊的制備及評價.在本文中,主要針對微 膠囊包裹化學生熱體系與常規水基壓裂液的配伍性 問題進行研究.
1實驗部分
1.1實驗材料及儀器
羥丙基瓜爾膠,取自長慶油田鉆采院;草酸微膠 囊,自制;硼砂、過硫酸銨、氫氧化鈉、氯化銨、亞硝酸 鈉、乙基纖維素、石蠟,均為市售化學試劑.
壓裂液配方條件:0. 6%羥丙基瓜爾膠+ 0.7% 硼砂+ 0.08 %過硫酸銨;100:5交聯比;pH調節 范圍 7.5~8.0;
微膠囊包裹化學生熱體系:由NH4CI - NaN〇2 與作為催化劑的草酸微膠囊組成;
收稿日期:2004-08-26
基金項目:CNPC石油科技中青年創新基金(2001CX- 19)
作者簡介:吳金橋(1975-),男,湖北京山人,博士研究生,主要從事能源轉換與環境保護方面的研究.
RS300哈克流變儀(德國制造);六速旋轉黏度 儀(青島);GJ-3S高速攪拌器(青島);雷磁PHS-
3C型酸度計(上海).
1.2評價方法
本課題的研究思路就是要將微膠囊包裹化學生 熱體系與常規水基壓裂液復配,使得二者成為一個 均勻體系,從而在壓裂施工完成之后在整個體系內 釋放熱量,提高流體及儲層的溫度.但為了整個壓裂 施工過程的順利進行,就必須保證添加的微膠囊化 學生熱體系不影響壓裂液從栗送開始到進入裂縫之 后這段時間內良好的流變性能及攜砂性能,或者是 影響很小.為此,對微膠囊化學生熱體系與羥丙基瓜 爾膠壓裂液的配伍性問題(如化學生熱劑對基液的 黏度、化學生熱劑對壓裂液性能、囊衣材料對壓裂液 性能、微膠囊化學生熱體系對壓裂液性能的影響)進 行了研究.
對于本課題中的微膠囊包裹化學生熱壓裂液體 系來說,主要是為了解決低溫油氣井壓裂過程中的 破膠困難及“冷傷害”等問題,因此溫度對壓裂液的 影響可以忽略,所以本文把壓裂液的抗剪切性能作 為微膠囊包裹化學生熱劑與壓裂液配伍性的主要性 能指標.壓裂液的性能評價依據《中華人民共和國石 油行業天然氣行業標準》中水基壓裂液性能評價方 法 SY/T5107-1995 執行•
2結果與討論
2.1化學生熱劑對基液的黏度的影響
按配比稱取一定量的生熱劑溶解在水中,然后 在6 000 r/min的攬拌條件下加人一定量的經丙基 瓜爾膠,攪拌均勻后,加蓋在30 t:的水浴中靜止放 置4 h.然后,將配制好的基液測定pH后倒人六速 旋轉黏度儀中測定其黏度.
表1化學生熱劑對基液黏度的影響
生熱劑加量 /(moI*LM)pH基液黏度/(mIVs)
0.006.9881
1.506.5274
1.756.4270
2.006.3568
從表1可以看出,當基液中不加生熱劑時,體系 呈中性,黏度為81 mPa • s;加入NH4CI + NaN〇2 后,體系變成弱酸性,黏度有所下降.隨著生熱劑濃 度的增大,體系酸性增強,基液黏度變得更低,但變 化的幅度不是很大.
2.2化學生熱劑對壓裂液抗剪切性能的影響
將按上述方法配制好的含有一定量生熱劑的基 液用pH調節劑調節好pH值,在6 000 r/min左右 的攪拌下按100:5的交聯比加入0. 7%硼砂交聯 劑,交聯好后移入哈克流變儀進行壓裂液抗剪切性 能的測定.
從圖1可以看出,不加生熱劑的壓裂液具有很 高的黏度,在170 s_1下剪切2 h從最初的1 800 mPa*s變成950 mPa*s左右;加入生熱劑的壓裂液, 初始黏度降低,而且加入的生熱劑濃度越大,黏度降 得越低,但黏度在170 s_1剪切速度下隨時間的變化 幅度較小.加入1.5 mol/L NH4CI + NaNOz時,壓裂 液在2 h的恒剪切下黏度最終為750 mPa*S, 1.75 111〇丨幾時,壓裂液最終黏度為250 〇1?3^,加人2.00 md/L生熱劑的壓裂液最終黏度為200 mPa‘S左 右,都能滿足壓裂施工的要求,說明生熱劑與羥丙基 瓜爾膠壓裂液的配伍性較好.
2.3蠹衣材料對壓裂液性能的影響
對NIACl-NaNQz生熱體系起催化作用的草 酸微膠囊需要與壓裂液混合均勻,一起進入地層,有 必要對包裹草酸的囊衣材料與壓裂液的配伍性問題 做進一步研究.
量取一定量溶有生熱劑的羥丙基瓜爾膠基液, 然后慢速攪拌下滴加pH調節劑.按交聯比量取一 定量的交聯劑以及一定量的囊衣材料顆粒在6 000 r/min下緩慢加入羥丙基瓜爾膠的基液中直到液面 凸起,然后移入哈克黏度儀進行抗剪切性能實驗.
從圖2可以看出,在實驗條件下,乙基纖維素、 石蠟對輕丙基瓜爾膠壓裂液的抗剪切性能基本沒影 響,因此不論是草酸微膠囊還是破裂以后的囊衣皮 對壓裂液性能不會有影響,可以一起添加使用.
2.4微膠囊包裹化學生熱體系對壓裂液性能的影 響
將一定濃度的生熱劑、0.08%的過硫酸銨(破膠 劑)及羥丙基瓜爾膠配成基液,用pH調節劑調節好 pH值后,加人0• 86%的草酸微膠囊,在6 000 r/min 左右的攪拌下按交聯比加入硼砂交聯液,交聯好后 移入哈克流變儀進行壓裂液抗剪切性能的測定.
圖3微膠囊包裹化學生熱體系對壓裂液 抗剪切性能的影響
從圖3可以看出,加人微膠囊包裹化學生熱體 系后,壓裂液的黏度有所降低,但其體系的穩定性 及抗剪切性能都保持較好,2 h后黏度都保持在300 mPai左右,在整個壓裂施工過程中都能保持較好 的攜砂性能.
3結論
(1)壓裂液基液加人生熱劑后黏度有所降低,而 且加人的生熱劑濃度越大,黏度降低越多;
(2)含有生熱劑的基液交聯后,與不含生熱劑的
壓裂液相比初始黏度有所降低,而且生熱劑的濃度 越大,初始黏度越低,但壓裂液的穩定性較好,在 170剪切速度下剪切2 h后,黏度能保持在200
mPa*S以上,可滿足壓裂施工的黏度要求.
(3)將草酸微膠囊、破膠劑、生熱劑等與壓裂液 復配,壓裂液的黏度有所降低,但其體系的穩定性及 抗剪切性能都保持較好,2 h后黏度都保持在300 mPa_ s左右,說明微膠囊包裹化學生熱體系與該壓 裂液體系有很好的配伍性.
 
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