一種水凝膠覆膜自懸浮支撐劑的性能評價與應(yīng)用

吳 俊

（中國石油吉林油田分公司油氣工程研究院 吉林松原 138000）

壓裂是油氣藏改造的主要技術(shù)，壓裂過程中需采用一種黏彈性液體作為陶?；蚴⑸暗臄y砂液，國內(nèi)壓裂攜砂液65%以上采用胍膠壓裂液，成本占整個壓裂成本的40%以上；且胍膠攜砂液存在較多的水不溶物殘渣，對地層滲透率產(chǎn)生不可恢復(fù)的傷害降低裂縫導(dǎo)流能力。本文通過水凝膠涂膜常規(guī)陶?；蚴⑸埃苽淞艘环N新型自懸浮支撐劑體系；該支撐劑利用水凝膠涂層的溶脹、潤滑、增黏作用，實現(xiàn)在清水中的自懸浮。對自懸浮支撐劑的懸浮性、抗剪切性、溶脹、破膠性能及導(dǎo)流能力評價，并進行了礦場試驗。結(jié)果表明，自懸浮支撐劑體系在壓裂施工中的降本增效效果顯著,具有良好的應(yīng)用前景。

1 新型自懸浮支撐劑自懸浮機理

在常規(guī)壓裂用的陶?；蚴⑸爸蝿┍砻娓采w干燥的水凝膠涂層，該材料遇水后快速溶脹，在支撐劑周圍形成穩(wěn)固的水化膨脹層，水化膨脹層降低了支撐劑在水中的密度；同時水化膜伸展于水溶液中，增加了水的粘度。通過降低密度和增加粘度雙重作用，使常規(guī)支撐劑粒在清水中長時間懸浮。

2 自懸浮支撐劑性能評價實驗

2.1 自懸浮支撐劑溶脹后的密度評價

自懸浮支撐劑表面的懸浮材料吸水后會溶脹，支撐劑的體積會相應(yīng)增大，密度減小，以此來實現(xiàn)懸浮。將一定量自懸浮支撐劑加入到清水中，充分溶脹后，在200目的濾網(wǎng)上將溶液中的游離水濾掉，稱量剩余自懸浮支撐劑溶脹后的質(zhì)量，在量筒中測量其溶脹后的體積，計算其密度，結(jié)果見下圖1。

圖1 自懸浮支撐劑溶脹后的密度

圖1可以看出，不同砂比的自懸浮支撐劑溶脹后其密度均在1.0左右，能在水中懸浮。

2.2 自懸浮支撐劑自懸浮時間評價

自懸浮支撐劑表面的懸浮性材料吸水膨脹達到懸浮狀態(tài)需要一定時間，下面簡稱懸浮時間。懸浮時間受水質(zhì)、溫度的影響較大。

2.2.1 清水、污水對自懸浮時間的影響

將不同砂比的自懸浮支撐劑加入到水中，放到恒溫水浴鍋中以60r/min速度攪拌，當自懸浮支撐劑膨脹體積不在增加時，認為達到了自懸浮狀態(tài)，記錄懸浮時間，實驗結(jié)果見下圖2。

圖2 自懸浮支撐劑的懸浮時間

圖2 可以看出，隨著砂比的增加，懸浮時間逐步縮短。在清水條件下，砂比為5%懸浮時間為58s,砂比15%懸浮時間為47s，砂比30%懸浮時間為18s。污水能顯著延長懸浮時間；以砂比30%為例，清水條件下的懸浮時間18s，污水條件下為35s。認為清水有助于懸浮材料的快速溶脹。

2.2.2 溫度對自懸浮支撐劑的懸浮時間影響

將不同砂比的自懸浮支撐劑加入到清水中，分別置于30℃和60℃條件下的恒溫水浴鍋內(nèi)，以60r/min速度攪拌，當自懸浮支撐劑膨脹體積不再增加時，認為達到了自懸浮狀態(tài)，記錄懸浮時間，實驗結(jié)果見下圖3。

圖3 溫度對懸浮時間的影響

從圖3可以看出：在砂比為10%時，在30℃清水中的懸浮時間55s，隨著砂比提高，懸浮形成時間不斷縮短；隨著溫度升高，懸浮形成時間也在不斷縮短，這是因為隨著溫度升高，支撐劑表面的懸浮材料溶脹速度越快。

2.3 抗剪切性評價

將不同砂比的自懸浮支撐劑置于60℃的清水中，以250r/min速度攪拌，觀察剪切過程中溶液整體的狀態(tài)，實驗結(jié)果表明：在250r/min剪切速率下，剪切40min后，自懸浮支撐劑基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性較好；隨著攪拌時間的延長出現(xiàn)輕微的脫砂現(xiàn)象，穩(wěn)定時間為 60min?？傮w來看，自懸浮支撐劑的動態(tài)懸浮性能較好。

2.4 破膠性能評價

自懸浮支撐劑的破膠性能體現(xiàn)在破膠后破膠液的粘度和破膠后支撐劑的導(dǎo)流能力。

2.4.1 破膠液的粘度評價

將不同砂比的自懸浮支撐劑置于60℃的清水中，以60r/min速度攪拌至充分溶脹后，加入0.05%過硫酸銨，靜止8h后測破膠液的粘度，實驗結(jié)果表明，在60℃下，在砂比30%的自懸浮支撐劑壓裂液中加入0.05%過硫酸銨，8h后其黏度為4mpa.s，破膠較為充分。同時對5個樣品測殘渣含量均為檢出，說明自懸浮支撐劑破膠后無水不溶物殘渣，對儲層污染小。

2.4.2 破膠后支撐劑的導(dǎo)流能力

將30%砂比的自懸浮支撐劑破膠后過濾，取出支撐劑顆粒烘干。采用裂縫導(dǎo)流能力測試儀，測量破膠后烘干的支撐劑顆粒在不同閉合壓力下的導(dǎo)流能力，實驗結(jié)果兩種支撐劑的導(dǎo)流能力隨閉合壓力升高而降低，自懸浮支撐劑的導(dǎo)流能力好于常規(guī)石英砂。

3 自懸浮支撐劑現(xiàn)場壓裂實施工藝

（1）前置液的配制及注入。按照壓裂施工要求，根據(jù)儲層特點準備前置液進行造縫。

（2）自懸浮支撐劑泵注工藝。自懸浮支撐劑泵注工藝與常規(guī)支撐劑泵注工藝一樣，在前置液泵注結(jié)束后，將裝有自懸浮支撐劑的砂罐與清水罐車連在混砂車上進行混砂注入，初始砂比大于15%。

（3）破膠劑添加方式。應(yīng)用自懸浮支撐劑壓裂液壓裂時，加砂全過程都要添加破膠劑，添加方式為楔形添加。破膠劑為膠囊破膠劑與過硫酸銨粉劑的組合。

（4）壓裂液返排。壓裂施工完成后，根據(jù)地層溫度確定關(guān)井時間。關(guān)井結(jié)束后，需根據(jù)井口壓力采用不同直徑的油嘴控制防噴。

4 現(xiàn)場試驗

新型自懸浮支撐劑在XX井清水壓裂中進行了現(xiàn)場應(yīng)用，該井井深1348m，井底溫度65℃，地層滲透率20mD。壓裂施工時，首先泵注前置液造縫，然后采用清水攜自懸浮支撐劑加砂支撐裂縫，施工排2.5m3/min，主加砂段砂比18%-30%，最高砂比40%，壓裂后返排率35%。該井壓裂后日產(chǎn)油量0.8t（壓前0.1t），取得較好的增產(chǎn)效果。

5 結(jié)論

（1）水凝膠涂膜制備的自懸浮支撐劑溶脹后密度與水接近，清水中的懸浮時間小于1min，長期懸浮性較好；破膠后溶液粘度較低、無殘渣，同時破膠后的支撐劑導(dǎo)流能力基本不變。

（2）自懸浮支撐劑能實現(xiàn)清水中的自懸浮，現(xiàn)場試驗效果較好，較大低降低了壓裂施工的成本。

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