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              瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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              高溫低傷害的有機硼鋯交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液研究

              發布日期:2015-04-14 17:26:52
              水基壓裂液
                實驗方法(1)交聯時間、濾失性、破膠性能測試按石油天 然氣行業標準SY/T 5107 1995執行。
                
                (2)壓裂液熱剪切穩定性測試將制備好的水基壓裂液凍膠裝入RV20旋轉粘度計,自動控制升溫(~5 °C/min)至設定溫度,同時在170 s- 1速率下剪切, 剪切時間共2.0 h,測定不同時間、不同溫度下的表 觀粘度。以剪切2. 0 h時壓裂液的最終粘度判定壓 裂液熱剪切穩定性能的優劣。
                
                (3)壓裂液對支撐裂縫導流能力的傷害性能測 試測試步驟如下:?將一定量的高強度陶粒支撐 劑裝入導流儀的導流室,接好各種管線,用液壓裝置 加壓,驅動去離子水通過導流室,保證流體在導流室 內為層流狀態,測定不同壓力下支撐劑的導流能力高溫延緩型有機硼鋯復合交聯劑CZB-03中引 入了吸附抑制劑1CZB- 03壓裂液中使用了專門的 破膠劑體系,從而克服了有機鋯在地層中易吸附,破 膠困難,傷害嚴重的缺點。本文報道對CZB-03交 聯羥丙基瓜爾膠壓裂液的延緩交聯性能、熱剪切穩 定性能、濾失性能、破膠性能、對支撐裂縫導流能力 的傷害性能進行系統的實驗研究的結果。
                
                1實驗部分1.1材料與儀器(1)主要材料:羥丙基瓜爾膠,氫氧化鈉、降濾失 劑ZJ-1均為工業品;有機硼交聯劑OB-200l2]、有機 鋯交聯劑OZ-1[1]、有機硼鋯交聯劑CZB-03l1]、復合 添加劑CA- 03、專用破膠劑EB- 03均自制。
                
                (2)主要儀器:Waring混調器(美國Baroid公 司)、RV-20旋轉粘度計(德國Haake公司)、高溫高值Di。②改換成CZ&03交聯羥丙基瓜爾膠壓裂 液的破膠液,測定不同壓力下支撐劑的導流能力值 D2。③計算壓裂液通過支撐裂縫后對裂縫導流能 力的傷害率%= [(Di- D2)/Di7 x i〇〇%)。根據 導流能力傷害率n的大小判斷壓裂液對支撐裂縫 的傷害性能。
                
                1.3壓裂液配制(1)原膠液制備量取500 mL自來水置于 Waring混調器中,在低速攪拌下加入3. 000 g羥丙 基瓜爾膠(HPG)和1. 000 g復合添加劑CA-03,在 6000 ±200 r/min的轉速下高速攪拌5 min,靜置4 h以上。
                
                (2)O&200交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液取原膠 液 100 mL,加入 0. 06 g NaOH,與 O&200 按 100: 0.25的比例交聯。
                
                (3)CZ&03交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液取原膠 液 100 mL,加入 0. 04 g NaOH,與 CZB"03 按 100:0.4的比例交聯。
                
                (4)OZ-1交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液取原膠液 100 mL,加入 0. 04 g NaOH,與 OZ-1 按 100: 0. 4 的比例交聯。
                
                2實驗結果與討論2.1延緩交聯性能具有延緩交聯性能的壓裂液在高速流動狀態下 交聯溫度高于40°C時,交聯速度明顯加快,當交聯 溫度在40 °C以下時,交聯時間較長。壓裂施工過程 中,隨著壓裂施工液體不斷進入地層,井筒在地面流 體的冷卻作用下逐漸降溫。因此該體系壓裂液在井 筒中的交聯速度會比較慢,在進入地層之前不完全 交聯,在井筒中的摩阻較小。
                
                摩阻小,受剪切作用時粘度損失小,這有利于深井壓交聯比對CZ&03延緩交聯性能的影響如圖3裂施工并可降低地面泵壓。
                
                CZ&03的延緩交聯能力除決定于本身的結構所示。圖中數據表明,交聯比越小,CZ&03延緩交 聯時間越長。綜合考慮壓裂液的耐溫性能和攜砂性特征外,還受原膠液pH值、交聯溫度、交聯比等因能,合適的交聯比應在100 0. 3~ 100: 0.4之間 素的控制。
                
                2.1.1 pH值的影響圖3交聯比對交聯時間的影響交聯比0.10.20.30.40.50.62S0CZ& 03在堿性溶液中水解,生成的六羥基合鋯 酸根陰離子與非離子型聚糖中鄰位順式羥基絡合形 成凍膠。在實驗溫度為20°C,交聯比為100: 0. 4 時,用NaOH調節原膠液pH值,在不同的pH值下 測定交聯時間,如圖1所示。圖中數據表明隨著pH 值的增加,交聯時間減短,在pH值低于11時顯示 較好的延緩交聯性能??紤]到pH值低時耐溫性能 差,該交聯劑的最佳交聯pH值為9~ 11。
                
                2.1.2 溫度的影響由以上實驗研究結果可以看出,常溫下在合適實驗溫度對CZ&03延緩交聯性能的影響如圖的pH值和交聯比下使用CZ&03,可以達到很好的2所示,圖中數據表明HPG/CZ&03壓裂液體系在延緩交聯效果,滿足深井壓裂施工的低摩阻要求。
                
                壓裂液熱剪切穩定性用RV20旋轉粘度計加熱到160°C,同時在170 s- 1下連續剪切,時間共120 min,測得CZB-03交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液的表觀粘度隨時間變化數據見 表1。數據表明,在實驗條件下連續剪切2 h后壓裂 液粘度仍高于100 mPa,s。因此,CZB-03羥丙基瓜 爾膠壓裂液具有優良的熱剪切穩定性能,可以耐受 的溫度在160 °C以上。
                
                表1 CZ&03壓裂液熱剪切穩定性測試數據時間/ min溫度 / 〇C粘度/ mPa* s時間 / min溫度 / 〇C粘度/ mPa* s1804754015532210110479501603012013548390160210301454751201601052. 3壓裂液高溫高壓濾失性能加交聯劑前,加入1%的降濾失劑ZJ-1。用 Baroid高溫高壓濾失儀在160°C、3.5 MPa下測定力口 降濾失劑和不加降濾失劑的CZB-03交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液的濾失性能,實驗數據見表2。
                
                表2壓裂液濾失性能測試數據降濾溫度壓差初濾失濾失速度濾失系數失劑/。/MPa/ cm3 cm- 2/ cm m in- 1/m min-05不加1603. 50. 0690. 0159. 19 x 10-4加1603. 50. 0010.0116.98 x 10-4表2數據表明,CZ&03羥丙基瓜爾膠壓裂液在 160°C、3.5 MPa下濾失量較低,具有良好的濾失控 制能力,在加入降濾失劑后,濾失控制能力進一步提高。
                
                2. 4壓裂液破膠性能加交聯劑前,在原膠液中加入0. 04%的專用破 膠劑EB-03,密閉,保持溫度為160 °C,在不同時間取 上層清液,用毛細管粘度計在25 °C下測定破膠液粘 度。在破膠時間為2 h時,破膠液粘度降為5. 2 mPa* s,達到了壓裂液快速破膠返排的要求。
                
                2. 5壓裂液對支撐裂縫導流能力的傷害對比測試CZB- 03、OZ-1和OB- 200交聯的羥丙 基瓜爾膠壓裂液,實驗數據見表3。
                
                表3有機硼鋯CZB 03、有機鋯OZ 1、有機硼OB 200交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液對支撐裂縫導流能力的影響壓力/MPa導流能力/Um2«cm導流能力傷害率/ %地層水CZB-03OZ- 10^200CZB030Z-10B-2004057. 449. 528. 852. 213.849. 89. 15046. 339. 623. 141. 514. 550. 110.46029. 725. 414. 726. 414. 550. 511.26922. 418. 810.919. 816.151. 211.7平均值14. 750. 410.6表3數據表明,有機鋯硼復合型交聯劑CZ&03 由于含有復合吸附抑制劑,加之采用專用破膠劑破 膠,對支撐裂縫的傷害遠小于有機鋯交聯劑OZ-1, 略高于有機硼交聯劑OB-200。該交聯劑兼具有機 鋯交聯劑與有機硼交聯劑的優點,即低傷害,耐高 溫,適應深層、高溫、低滲油氣藏的壓裂施工要求。
                
                3結論(1)CZ&03交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液在pH值 9~ 11、交聯比 100: 0. 3~ 100: 0. 4、溫度 5~ 40°C的 條件下,交聯時間2~ 4 min可調。
                
                (2)CZB-03交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液耐溫性 好,在170 s- 1下剪切同時升溫到160°C,2 h后粘度 保持在105mPa*s。
                
                (3) CZ&03交聯羥丙基瓜爾膠壓裂液配合專用 破膠劑E&03使用,對支撐裂縫導流能力傷害低, 平均傷害率為14. 7%,比有機鋯交聯壓裂液(平均 傷害率50. 4%)降低70. 8%,和有機硼壓裂液(平均 傷害率10.6%)比較接近。
               
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