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一體化生物復(fù)合乳液研制及在碳酸鹽巖體積加砂壓裂中的應(yīng)用(一)
來源: 鉆井液與完井液 瀏覽 268 次 發(fā)布時(shí)間:2025-02-24
摘要:針對碳酸鹽巖體積加砂壓裂的難點(diǎn),以減阻劑速溶、高效增黏和在線變黏一體化為出發(fā)點(diǎn),將小分子改性生物單體與丙烯酰胺、水解度控制單體、微電荷單體等接枝共聚,引入相關(guān)功能助劑,制備出有效含量高、功能復(fù)合的一體化生物復(fù)合乳液,構(gòu)建高減阻強(qiáng)攜砂壓裂液體系并制定針對性的用液方案、工藝優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)碳酸鹽儲層控縫高、造復(fù)雜縫網(wǎng)、控黏增砂、充分改造的目標(biāo)。該乳液有效含量、水解度、分子量分別控制在30%左右、40%~50%、1200~1300萬,微電荷單體2.0%和小分子生物單體0.6%時(shí)性能最優(yōu),溶解時(shí)間低于20 s,3 min增黏率達(dá)90%以上,CAC1,CAC2分別為1.79 g/L、3.89 g/L;對壓裂液綜合性能評價(jià)表明:低黏液、中黏液、高黏液降阻率分別可達(dá)75%、70%、60%以上,降阻率保持率96%以上;高黏液、中黏液在110 ℃、170 s?1 剪切 90 min后黏度分別保持在45~50 mPa·s、20~25 mPa·s;中黏液(0.4%)黏彈性表征Tanδ<0.4就具有良好的攜砂性能,支撐劑沉降速率低至0.1 cm·s?1;壓裂液破膠液黏度低于3 mm2/s,表面張力27 mN/m以下,殘?jiān)康椭?0 mg/L以下。該技術(shù)在鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖井進(jìn)行體積加砂壓裂先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)及規(guī)模化應(yīng)用超過30井次,液體性能穩(wěn)定,加砂完成率95%以上,取得了良好的增產(chǎn)效果,為致密碳酸鹽巖開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。
碳酸鹽巖儲層的高效開發(fā)一直是國內(nèi)各大油田面臨的主要難點(diǎn)之一。長期以來,碳酸鹽巖開發(fā)均以酸化技術(shù)為主,但由于這類儲層具有埋藏深、致密、低孔、低滲、低壓力系數(shù)等特點(diǎn),常規(guī)酸化技術(shù)存在有效作用距離短、酸蝕裂縫導(dǎo)流能力難保持、殘酸返排困難等難題,大大制約了儲層措施增產(chǎn)效果及采收率的提高。隨著壓裂設(shè)備和工藝的不斷進(jìn)步,各大油田陸續(xù)開展了碳酸鹽巖體積加砂壓裂技術(shù)研究及應(yīng)用,也逐步認(rèn)識到該技術(shù)在復(fù)雜縫網(wǎng)改造、長期裂縫導(dǎo)流能力上提升的明顯優(yōu)勢:碳酸鹽巖儲層進(jìn)行“體積壓裂”改造時(shí),可使天然裂縫不斷擴(kuò)張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑移,形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯(cuò)的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò),從而增加改造體積,提高產(chǎn)量及采收率。
然而碳酸鹽巖體積加砂壓裂技術(shù)現(xiàn)場實(shí)施也存在施工壓力高、裂縫起裂和延伸復(fù)雜、縫高易失控、裂縫寬度受限、加砂困難等亟待解決的難題。通過合理的縫網(wǎng)壓裂設(shè)計(jì)思路指導(dǎo),結(jié)合性能優(yōu)良的壓裂液體系和高效的施工工藝,有望解決以上提到的多數(shù)施工難題。鑒于此,以小分子生物改性和多種非共價(jià)鍵交聯(lián)技術(shù)為核心,研發(fā)了低臨界締合濃度、速溶、高效增黏的一體化生物復(fù)合乳液,并賦予其可實(shí)時(shí)調(diào)控、一體化、連續(xù)的施工特性,構(gòu)建高減阻強(qiáng)攜砂壓裂液體系并制定高、中、低變黏用液方案和組合粒徑加砂工藝,實(shí)現(xiàn)碳酸鹽儲層“控縫高”、“造復(fù)雜縫網(wǎng)”、“控黏增砂”、“充分改造”的目標(biāo),有效提高壓裂施工成功率,增大儲層改造體積,進(jìn)而提高措施增產(chǎn)效果。
1.技術(shù)思路
1.1一體化生物復(fù)合乳液及壓裂液技術(shù)原理
利用反相乳液聚合技術(shù)的特殊優(yōu)勢,將小分子改性生物單體與丙烯酰胺、水解度控制單體、微電荷單體和特殊功能單體接枝共聚,并引入相關(guān)功能助劑,攻克乳液減阻劑有效含量低和功能單一的難題,制備成一體化生物復(fù)合乳液。該乳液在水中通過小分子生物膠黏彈特性與多種非共價(jià)鍵交聯(lián)技術(shù)的結(jié)合,形成多重物理交聯(lián)的結(jié)構(gòu)流體,即使在低黏度下也具有較好的黏彈性,攜砂性能優(yōu)良;同時(shí),這種流體在高速剪切時(shí)分開,剪切速率降低或消失時(shí)又迅速恢復(fù),表現(xiàn)出高減阻特性,實(shí)現(xiàn)了壓裂液兼顧高減阻、強(qiáng)攜砂性能的技術(shù)突破,以此構(gòu)建高減阻強(qiáng)攜砂壓裂液體系。
1.2碳酸鹽巖體積加砂壓裂改造思路
1.2.1“先造縫、后成網(wǎng)”+“控黏增砂”的縫網(wǎng)壓裂理念
從使用不同黏度壓裂液改造得到的模擬縫網(wǎng)形態(tài)分析,通過壓裂液“控黏”措施,可以有效控制壓裂改造形成縫網(wǎng)的狀態(tài):低黏液利于縫網(wǎng)復(fù)雜化,高黏液僅在主縫縫寬上作用明顯,無法促進(jìn)細(xì)小、復(fù)雜微縫形成;而中黏液可兼顧主縫和復(fù)雜微縫延伸,更重要的是,中黏液還兼顧良好的減阻和攜砂性能。
因此,針對碳酸鹽巖儲層致密、高楊氏模量、縫寬窄的特點(diǎn),提出“先造縫、后成網(wǎng)”的逆向設(shè)計(jì)思路:首先利用高黏液充分造縫,再靠低黏液的深穿透能力造復(fù)雜縫網(wǎng),最后借助中黏液低黏高彈性優(yōu)勢連續(xù)加砂,實(shí)現(xiàn)縫網(wǎng)延伸和有效充填,在“控黏”的基礎(chǔ)上保證“增砂”,增加儲層改造體積,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜縫網(wǎng)全支撐,提高支撐縫網(wǎng)導(dǎo)流能力。
1.2.2變黏用液及加砂控制方案
碳酸鹽巖體積加砂壓裂難題不能僅靠酸來解決,需要通過工藝參數(shù)設(shè)計(jì)(排量和降濾措施)、液體性能調(diào)控(變黏方案)和支撐劑優(yōu)化(組合粒徑加砂)來綜合解決。契合碳酸鹽巖縫網(wǎng)壓裂理念,充分發(fā)揮高減阻強(qiáng)攜砂壓裂液體系的特點(diǎn)和優(yōu)勢,設(shè)計(jì)壓裂用液和加砂程序如圖1所示。
圖1碳酸鹽巖體積加砂壓裂用液及加砂程序示意圖
造縫階段設(shè)計(jì):高黏液(≥60 mPa·s)較大排量造長主裂縫溝通遠(yuǎn)井端,增加主縫寬度,利于支撐劑進(jìn)入和裂縫擴(kuò)展。
成網(wǎng)階段設(shè)計(jì):高黏液(≥60 mPa·s)、低黏液(≤12 mPa·s)脈沖變黏,控制段塞長度、砂濃度,利用低黏液深穿透造復(fù)雜裂縫,階梯粉砂段塞打磨、充填天然裂縫。
支撐階段設(shè)計(jì):中黏液(≥30 mPa·s)小砂比逐步提高,連續(xù)加入支撐劑,使復(fù)雜縫網(wǎng)持續(xù)延伸,微縫、次級裂縫再到主縫充填,形成飽填砂復(fù)雜縫網(wǎng)。