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              瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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              羧甲基羥丙基瓜爾膠壓裂液的高溫性能評價

              發布日期:2015-04-18 09:57:29
              羧甲基羥丙基瓜爾膠
                壓裂液良好的流變性是保證其造縫、攜砂,促成 壓裂施工順利進行的基礎;壓裂液的低傷害性可有 效溝通人工裂縫與地層基質,降低流動阻力,提高單 井產量。這兩方面的研究是近些年技術攻關的難點 與熱點1。將羥丙基瓜爾膠(HPG)稠化劑部分基 團改為羧甲基,使形成的瓜爾膠壓裂液具有了一些 新的性能。在相同溫度下,稠化劑使用濃度大幅下 降,水不溶物含量降低(1. 0%?1. 2% );聚合物網 狀結構更好,盡管基液黏度低,但彈性好,攜砂能力 強,并且在很低的破膠劑濃度(0. 02% )下可快速破 膠,對裂縫導流能力和基質滲透性傷害小;在通常施 工排量范圍內的摩阻系數較小,對深井、大排量施工 井更有利。我們前期評價了該壓裂液在中低溫條件 下的性能,并在長慶油田進行了試驗,效果較好2。 通過調整稠化劑濃度和優化添加劑性能,本文報道 了該壓裂液在中高溫地層的流變性、低傷害性、摩阻 性等,表明該壓裂液完全適應于不同溫度、深度的低 滲特低滲油氣田的壓裂改造。
                
                1實驗部分I.1實驗材料稠化劑主劑為羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG), 由中石油昆山物質公司生產,其他羥丙基瓜爾膠分 別由北京寶豐春公司、東營勝利油田提供。實驗用 巖心取自長慶長6儲層,ZX-)長6. 246 cm, 直徑 2.52 cm,孔隙度11. 45%,氣測滲透率1.34 x 10 ―3 pm2; ZX-13 長 6. 248 cm,直徑 2. 50 cm,孔隙度II.63%,氣測滲透率1.47 x10-Vm2。實驗用水為 長慶白豹油田長6地層水,水型CaCl2,礦化度23. 7 g/L,離子組成(以 mg/L 計)為:Na++K + 7985、Ca2 + 866、Mg2+210、Cl-14168、HCO3 -487,無 SO42 -。實 驗用20?40目石英砂來自青銅峽長慶昌潤公司, 視密度2. 63 g/cm3,體密度1. 57 g/cm3 ;20?40目 陶粒來自河南澠池方圓公司,視密度3. 29 g/cm3,體 密度1.63 g/cm3。交聯劑FACM-37(有機鋯與醛復 配)、溫度穩定劑FACM-39(醇與醇胺類復配)、防膨 劑FACM-38 (聚胺類陽離子小分子聚合物)、破乳助 排劑FACM-H (非離子含氟表面活性劑),由中石油 廊坊分院壓裂酸化中心特制;過硫酸銨破膠劑、pH 調節劑NaOH和NaHC〇3、甲醛均為化學試劑,由北 京昊迪精細化工制品有限公司生產。
                
                1.2主要儀器RV20、RV30旋轉黏度計和RS75應力流變儀, 德國Haake公司;壓裂多功能流變回路裝置,美國 CER公司;Baroid壓裂液動態濾失與傷害儀,美國STIM-LAB 公司。
                
                1.3實驗方法按石油天然氣行業標準SY/T 5107-2005《水基 壓裂液性能評價方法》進行壓裂液的基本性能評 價、基液的黏度測定、交聯液的耐溫耐剪切實驗 (170 1/s)、交聯液的破膠實驗、交聯液的殘渣實驗 和交聯液的動態濾失與傷害實驗。
                
                黏彈性實驗用RS75控制應力流變儀進行交 聯壓裂液的黏彈性實驗3 4。在120°C,對交聯液施 加正弦波的振蕩應力,T = T0sin(«t),通過對時間、 應力或頻率的掃描,測量相應的應變值,得到Y =Y0sin ( o>t - 8) = Y0 [ sin()cos( 8) -cos( o>t) sin( 8)]。
                
                8=0。時,為黏彈性流體的儲能模量G ';8= 90°時, 為黏彈性流體的耗能模量G"。
                
                懸砂實驗在0.2% CMHPG壓裂液基液中按 砂液體積比40:100緩慢加入石英砂或陶粒,不斷攪 拌。然后在攪拌下加入交聯劑,形成均勻的交聯混 砂液,常溫23C放置4 h,觀察石英砂和陶粒的沉降 分離情況。
                
                摩阻實驗將稠化劑按一定濃度配制成壓裂液 基液,泵入壓裂多功能流變回路裝置中循環流動,通 過測定不同排量下流經某一管徑入口和出口兩端的 壓力,計算摩阻和摩阻系數。實驗溫度常溫(室內 23C),不加熱。
                
                2結果與討論2.1 CMHPG壓裂液的基本性能由表1可見,CMHPG壓裂液基液呈弱酸性,水 不溶物含量最低,為0. 92%?1. 06% ,只有北京寶 豐春公司生產的超級HPG與其接近,是特級HPG 的1/6?1/5、常規HPG的1/10,對儲層巖心和人 工支撐裂縫的孔隙孔喉堵塞少、傷害小。顏色、細度 等其他方面與HPG的差別不大。
                
                表1 CMHPG壓裂液與HPG壓裂液的基本性能比較*瓜爾膠來源粉末顏色細度含水率/%水不溶物/%0.6%干基 黏度/mPa*spH值常規HPG東營勝利油田井下取樣淡黃97.65% 過 120 目8.3410. 82116.47. 0常規HPG昆山物質公司淡黃98.14% 過 120 目7. 259. 65112.27. 0特級HPG東營勝利油田井下取樣淺黃96.46% 過 120 目6. 535. 79121. 57. 094.52% 過 200 目特級HPG北京寶豐春公司淡黃98.84% 過 120 目8.005. 05116.07. 0優級HPG北京寶豐春公司乳黃100% 過 120 目8.203. 76128.27. 097.26% 過 200 目超級HPG北京寶豐春公司乳白100% 過 120 目7. 491.38130.67. 097.45% 過 200 目CMHPG昆山物質公司淡黃99.73% 過 120 目5.880. 92118.86. 597.76% 過 200 目CMHPG長慶油田井下取樣〃淡黃98.22% 過 120 目6. 231.06123.56. 597. 03% 過 200 目-常規HPG、特級HPG和優級HPG的相對分子質量為200?250萬,超級HPG約250萬,CMHPG 220?230萬。表中稠化劑形成的交聯 液均可完全挑掛,交聯狀況良好。+ +在長慶油田井下對昆山物質公司產CMHPG取樣。
                
                是對應溫度下HPG的2/3?1/2,其黏度是HPG的 1/3?1/4。CMHPG的使用濃度和黏度均較低。并 且常規HPG —般不能用于溫度大于160C的地層。
                
                2.2 CMHPG壓裂液的基液黏度CMHPG在不同地層溫度時的使用濃度及對應 的基液黏度見表2。由表可見,CMHPG的使用濃度表2 CMHPG與HPG稠化劑在不同溫度和濃度下的基液黏度*溫度/CCMHPG常規HPG加量/%基液黏度/mPa*s加量/%基液黏度/mPa*s400.157.50.3026.4600.2012.00.3536. 6900. 2212.50. 4048.61200. 2515.00. 5075.31500. 4541. 50. 70136. 01800. 6088.6CMHPG取自長慶油田井下,常規HPG取自東營勝利油田井下2.3 CMHPG交聯液的耐溫耐剪切性90、120、150和180°C下,不同濃度CMHPG交 聯液的耐溫耐剪切情況見圖1。溫度對CMHPG交 聯液流變性的影響顯著,這與HPG交聯液相似。 90C時的初期黏度較小,但耐剪切性能強,2 h后仍 保持在100 mPa*s;隨實驗溫度增加,稠化劑濃度隨 之增大,雖初期黏度較高,但在剪切20 min后,黏度 下降較快,特別是在溫度高于150C以后,這種現象 更加明顯。為確保交聯液的攜砂性,特別添加了溫 度穩定劑FACM-39,增強了 CMHPG交聯液的流變 特性,即使在180C高溫下剪切90 min,黏度仍大于 50 mPa*s,滿足現場攜砂施工的基本要求。
                
                2.4 CMHPG交聯液的黏彈性由表3可見,隨著溫度的升高,HPG交聯液的 G'降幅較大,表明彈性結構破壞比較嚴重,直接影響 支撐劑的輸送能力;而CMHPG交聯液濃度較低,但 其交聯結構較強[4,溫度升高對彈性結構的破壞程 度低,G'較高,有利于支撐劑的輸送。當溫度為60 ?100°C時,常規HPG交聯液的G"明顯降低,而 CMHPG交聯液的變化較小。另外,CMHPG交聯液 的彈性優于黏性。
                
                2.5懸砂性現場用石英砂和陶粒在0. 20% CMHPG交聯液 中常溫(23°C)靜置4 h后,未出現沉降、分離現象, 表明CMHPG交聯液懸砂性能良好,滿足現場施工 要求。
                
                圖1不同加量CMHPG交聯液的耐溫耐剪切實驗表3 CMHPG交聯液的黏彈性實驗瓜爾膠加量/%不同溫度(C)下的G'不同溫度(C)下的G"60801006080100HPG0. 501.5871.1240. 72650. 90040. 65260. 2877CMHPG0. 253.1042. 7922.4510.41130. 38730. 36582. 6 CMHPG交聯液的破膠與殘渣由表4、表5可見,當破膠劑過硫酸銨加量為 0. 05%時,不同濃度和溫度下的CMHPG交聯液均 可徹底破膠,破膠液黏度小于3. 2 mPa*s,低于行業 要求的5. 0 mPa‘s。而常規HPG交聯液在相同的溫 度下,破膠劑的加量一般為〇。 1%?〇。 15%。表明 CMHPG交聯液在低破膠劑濃度下即可快速破膠水 化,殘膠少、傷害小。
                
                表4用于120T:地層的CMHPG交聯液的破膠實驗*溫度破膠劑不同時間(h)的破膠液黏度/mPa*s/^加量/%0. 51.02.04. 06. 0900. 01凍膠凍膠上部凍膠底部變稀1.770. 03凍膠變稀1.320. 05上部凍膠底部變稀1.56700. 01凍膠凍膠變稀變稀變稀0. 03凍膠凍膠變稀變稀變稀0. 05凍膠變稀變稀1.82交聯液配方:0. 25% CMHPG+ 0.5%防膨劑+0.1% pH調節劑+0.1%甲醛+ 1%破乳助排劑+0.3%交聯劑;空格表示測不出黏度。
                
                表5用于150T:地層的CMHPG交聯液的破膠實驗*溫度/^破膠劑加量/%不同時間(h)的破膠液黏度/mPa*s0. 51.02. 03. 04. 01200. 005凍膠上部凍膠底部變稀變稀1.850. 010凍膠變稀1.220. 030上部凍膠底部變稀1.34900. 005凍膠凍膠上部凍膠底部變稀變稀11.450. 010凍膠凍膠變稀變稀變稀0. 030凍膠變稀變稀3. 16交聯液配方:0.45% CMHPG + 0. 5%防膨劑+0.12% pH調節劑+0.1%甲醛+ 1%破乳助排劑+0.6%交聯劑+2%溫度穩定劑。
                
                由表6所示的殘渣量可見,在CMHPG交聯液 225 mg/L,不到HPG的1/2,遠低于現場常用瓜爾 與HPG交聯液流變性和攜砂性相近、滿足現場施工膠的量(約350 mg/L)和行業基本要求(低于500要求的前提下,CMHPG破膠液的殘渣含量為194?mg/L)。
                
                表6瓜爾膠交聯液的殘渣實驗*(破膠4 h)
                
                瓜爾膠質量分數/%來源交聯劑/%溫度穩定劑 /%破膠劑/%破膠溫度/^殘渣/mg L"CMHPG0. 30昆山物質公司0.4000. 0190162CMHPG0. 45昆山物質公司0. 6020. 02120194CMHPG0. 45長慶油田現場0. 6020. 02120225特級HPG0. 70寶豐春公司0. 5000. 10120478特級HPG0. 70長慶油田現場0. 5000. 20120513交聯液配方中的其他添加劑包括防膨劑、pH調節劑、殺菌劑和破乳助排劑。
                
                2.7 CMHPG交聯液動態濾失與傷害水敏性強的地層,現場應用前需通過儲層巖心傷害由表7可見,CMHPG交聯液的濾失系數約1 x實驗進_步評價。
                
                10 -3m/min1/2,約是常規HPG的2倍,相對容易傷害表7 CMHPG交聯液在不同溫度和稠化劑濃度下的巖心濾失實驗CMHPG溫度交聯劑濾失系數初濾失量濾失速率/%/^/%/10-4m.min-1/2/10-1 m3.m-2/10-4m*min-10. 251200. 39.843. 131.840. 301400. 410. 025. 541.970. 451600. 611.718. 572. 36表8數據表明,CMHPG交聯液和HPG交聯液率為39. 8%,小于后者(52. 3%)
                
                均對儲層巖心存在_定程度的傷害,但前者的傷害表8瓜爾膠交聯液的動態傷害實驗*瓜爾膠質量分數/%交聯劑/%巖心號殘渣/mgL-1空氣滲透率/10-3 ^m2傷害率/%CMHPG0. 450. 6ZX-91941.22439. 8HPG0. 700. 5ZX-434781.20552. 3交聯液配方中的其他添加劑包括防膨劑、pH調節劑、殺菌劑、破乳助排劑和溫度穩定劑2.8摩阻特性0. 30%常規HPG、。 30%超級HPG壓裂液基液 和0. 30%45% CMHPG壓裂液基液的摩阻實驗 結果見圖2。由圖可見,稠化劑濃度相同時,CMHPG 壓裂液基液的摩阻系數最小;在排量大于0. 22 m3/ min后,超級HPG的摩阻系數最大,常規HPG的其 次,而CMHPG的要小得多。在排量為1?2 m3/ min時,摩阻系數從大到小依次為0. 3%超級HPG、 0.45% CMHPG、。 3%常規HPG,后二者十分接近。 在排量為2?6 m3/min時,摩阻系數從大到小依次圖中曲線1?4分別為0. 45% CMHPG、0. 30%超級HPG、0. 3%常 規HPG和0. 3% CMHPG壓裂液基液,對應的表觀黏度分別為39. 0、 22. 5、7. 0 和 19. 5 mPa.s為 0.3% 超級 HPG、0.3% 常規 HPG、0.45% CMHPG,后二者十分接近。0.45% CMHPG用于高 溫深井,而0. 3%常規HPG用于中溫淺井。高稠化 劑濃度和高排量下,CMHPG壓裂液基液的特低摩 阻特性對于高溫深井、致密地層、大排量施工井、長 井段作業井等特殊井的作業有重要的現實意義。
                
                3結論室內實驗表明與常用羥丙基瓜爾膠壓裂液相 比,羧甲基羥丙基瓜爾膠壓裂液具有高彈性、高懸砂 性及低稠化劑使用濃度、低基液黏度、低傷害、低摩 阻系數的“二高四低”特性。其優勢在于低傷害和 高彈性,但常規過硫酸銨破膠劑的使用濃度較低,現 場施工中應注意加量的優化與壓力變化,預防砂堵。
               
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