交聯(lián)壓裂液抗剪切性能評價方法探討

1、交聯(lián)壓裂液抗剪切性能評價方法探討劉通義譚坤陳光杰(中圜石化中原油田分公司井下特種作業(yè)處河南濮陽457164)摘要對于評價壓裂液的攜砂能力，壓裂液抗剪切性能是一個十分重要的技術(shù)指標確保壓裂 施工的成功壓裂液抗剪切性能評價被廣泛地應用于壓裂施工前液體攜砂性能監(jiān)測·為了更準確 地評價壓裂液的抗剪切性能，在實驗室內(nèi)采用了不同的評價方法如恒定剪切速率剪切、模擬油井 剪切歷史的高低剪切速率組合剪切評價方法這些試驗表明，不同的評價方法將會得出不同的結(jié) 果，特別是那些對剪切敏感的液體現(xiàn)場施工結(jié)果也證明了這些試驗結(jié)果的準確性和重要性 關(guān)t調(diào)壓裂液性能評價高剪切表觀粘度中原油田1前言對于增加油氣井的產(chǎn)量

2、，水力壓裂是擐主要的傳統(tǒng)的工程措施特別是對于中原油田這 樣的高壓低滲油氣藏來講，油氣的產(chǎn)量增加主要依賴于水力壓裂。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，中原 油田已經(jīng)使用過了甲撐基聚丙烯酰胺、香豆膠、改性瓜爾膠等多種壓裂液。采用過鋁交聯(lián)、 有機鈦交聯(lián)、有機鋯交聯(lián)、無機硼酸鹽交聯(lián)、有機硼交聯(lián)等多項技術(shù)為了更好地說明中原 油田壓裂液凍膠性能，有必要對有機鈦、硼或有機硼交聯(lián)技術(shù)進行簡單地描述。1i有機鈦交聯(lián)技術(shù) 有機鈦交聯(lián)劑與瓜爾膠、改性瓜爾膠(hpg)交聯(lián)的凍膠在20世紀80年代以后國內(nèi)外得到了廣泛地應用。它具有抗高溫性能，般認為，其抗溫能力可達150"c(大約300"f)，攜砂性能良好，交聯(lián)的p

3、h值范圍廣，因而在大型水力壓裂施工中得到廣泛地應用。但是，它 的返排性能不好，凍膠破膠困難，對支撐裂縫導流能力傷害比較大，交聯(lián)后的凍膠對剪切敏 感，因而在使用時，必須延緩交聯(lián)，避開管柱流動的高剪切區(qū)，進入裂縫后開始交聯(lián)。其在90年代初，使用量開始迅速下降。12有機硼交聯(lián)技術(shù) 普通硼酸鹽交聯(lián)瓜爾膠抗溫能力大約90"(3，是使用最早的交聯(lián)劑。目前，中原油田大多數(shù)地層溫度均大于90"c，最高井溫為171，因而普通硼酸鹽交聯(lián)荊滿足不了施工使用需求。從90年代中期中原油田開始使用有機硼交聯(lián)劑，目前，絕大多數(shù)是有機硼交聯(lián)劑，使用效 果良好。有機硼交聯(lián)凍膠具有抗溫能力強，易返排，攜砂性能

4、好，對地層傷害小，具有剪切 可逆性等特點n。2l，適合于大型壓裂、深井壓裂。在中原油田，硼交聯(lián)壓裂液已成功地應用于170井溫的壓裂施工中。·409·=二=；-_·l_-=：；_·_。一。巷醪2吧!鎏奎蘭墨曼i墮塑坌至墊皇三堡i§!堂±苧翌蘭墊查生些苧!璧型三竺塹曼蘭苧=!竺衛(wèi)針對不同的交聯(lián)體系和不同的性能特點，采用不同的評價方法來進行抗溫能力評價。使 用這些結(jié)果，指導壓裂施工，對提高施工成功率具有重大意義。2試驗方法21施工中液體的剪切速率 壓裂過程中，壓裂液所經(jīng)受的剪切速率不是一個恒定的，是一個變量。壓裂液在井簡的油管中、在環(huán)空中、

5、在孔眼處，剪切速率不一樣僅以3”油管為例，不同排量下油管中流 體流動時剪切速如下表l所示。在射孔孔眼處，排量大小、孔眼數(shù)量均會影響剪切速率。一般認為，此處的剪切速率應 在1000s。1以上。液體進入裂縫后，受縫寬、縫高的影響，剪切速率大約5080s因此， 壓裂液是先遭受高速剪切，然后再經(jīng)受低速剪切顯然，傳統(tǒng)的使用固定剪切速率測定壓裂 液抗剪切性能是不科學的。表i壓裂液在3。油管中的剪切速率捧量m3min22 53 3 5剪切速率s-l 3404255lo，952,2壓裂液樣品的制魯 向2kcl溶液中加入殺菌劑、表面活性劑、溫度穩(wěn)定劑、ph控制劑等。瓜爾膠聚合物以干粉狀態(tài)加入warring混調(diào)器

6、中，并不斷地攪拌，以免產(chǎn)生“魚眼”。這些添加劑的加入量 以壓裂液設計配方為依據(jù)待液體起粘后持續(xù)攪拌lo分鐘，停止。221試驗方法一 這是一種目前廣泛采用的方法將配制好的壓裂液基液靜置2小時，取基液49ml，按要求加入交聯(lián)劑，混合均勻，轉(zhuǎn)入rt-20流變儀的樣品杯中，如果是均相液體，選pz38轉(zhuǎn)子；如果含固相成分，則選擇pz36轉(zhuǎn)子。取基液60ml，在設定溫度下，以170s"1之剪切速 率連續(xù)剪切，計算機自動紀錄剪切速率、粘度、溫度等指標。222試驗方法二 與試驗方法一相同，取基液49mi、60ml，按要求加入交聯(lián)劑，混合均勻，用rt-20高溫流變儀監(jiān)測其抗剪切性能。剪切速率分為兩個階

7、段設置。第一階斷：剪切速率51ls，溫度從室溫開始升溫，剪切時間為5分鐘：第二階段：剪切速率170s"1，按不同施工規(guī)模設定 剪切時間，自動紀錄剪切速率、粘度、溫度等參數(shù)。·410·3試驗結(jié)果與討論兩種型號的交聯(lián)劑與瓜爾膠交聯(lián)后的凍膠用rt20高溫流變儀采用兩種方法進行j墨竺 性能試驗，包括剪切速率、溫度、表觀粘度等詳細的數(shù)據(jù)顯示在同一坐標系中·詳細的結(jié)果 見圖1、圖2、圖3。圈1硼交聯(lián)凍膠變剪切性能曲線 圖2壓裂液恒定速串剪切試驗曲線竺=；蘭r”一l#葷孬=#=攔#!：=。=。譬：!ji：!：二謄=：=。：基：li l l嘉fffff圖3壓裂液變剪切速

8、率試驗曲線從圖1可以看出，試驗溫度140"c，前5分鐘剪切速率設定為511s一，然后剪切速率一直 恒定在170s一，直到剪切到112分鐘。壓裂液為有機硼交聯(lián)的羥丙基瓜爾膠。在高剪切區(qū)。 由于壓裂液凍膠為假塑性流體，故表觀粘度值很低，進入低剪切區(qū)后。由于剪切速率降低， 因而表觀粘度一直比較高，粘度值在400mpa·s以上。說明該凍膠的抗剪切性能良好。圖2所顯示的試驗結(jié)果是使用某型號的交聯(lián)劑與瓜爾膠交聯(lián)凍膠。圖中可見，剪切速率 恒定在170s"，剪切時問80s。，當試驗溫度上升時，凍膠粘度也同步上升，最高粘度為400mpas，然后粘度急劇下降但一直恒定在160-80m

9、pa·s，從數(shù)據(jù)上看，壓裂液的粘度值比較好。圖3所顯示的試驗結(jié)果是使用凍膠完全與圖2相同。從圖中可見，剪切試驗條件與圖l 中試驗所用條件完全相同。液體經(jīng)過高剪切區(qū)進入低剪切區(qū)后，壓裂液粘度不再上升，從 l!ompas下降到50mpa·s，說明抗剪切性能差，壓裂液性能不符合普通的旅工要求。這種 現(xiàn)象說明這種壓裂液對剪切相當敏感，評價時剪切速率條件對試驗結(jié)果產(chǎn)生了直接影響。·41l·4現(xiàn)場應用中原油田井下特種作業(yè)處從1998年底至今，實驗室的壓裂液性能評價、現(xiàn)場旆工方案 的制定、現(xiàn)場監(jiān)督液體評價均采用如圖l所示的交剪切評價方法。實踐證明，該方法比較接 近實際

10、情況，每年壓裂施工400600口井，施工成功率在96以上，效果良好2001年， 在中原油田的文200塊、橋口、陜北富縣等區(qū)塊的壓裂施工中，部分井的壓裂液監(jiān)測采用了 圖2、圖3所用的壓裂液體系，現(xiàn)場施工了6口井，全部砂堵，摘工失敗。表2是中原油田2001年5月21日在橋66井的壓裂施工概況。該井在壓裂前取壓裂液樣品按變剪切方法(方 法一)進行檢測，發(fā)現(xiàn)該液體經(jīng)過高剪切后，表觀粘度很低，不能滿足施工需求(如圖3)。 但該井屬于新工藝試驗井，決定照常施工。施工中各項參數(shù)嚴格執(zhí)行設計，設計加砂10mj， 施工排量3335mrain，當加完砂頂替時砂堵，少加砂4m3，施工失敗。衰2橋黼井壓裂設計與施工參

11、數(shù)對比序號 項目(顧客，設計，標準)要求實際執(zhí)行結(jié)果 結(jié)論i車型 h-1000h-10u0臺格2施工方式 油套摁注，合壓 油套捏洼臺壓 合格3 魯液數(shù)量100+70ril100+70m合格支撐荊 10 m10 m 合格5麓工壓力 46-52mp 56&466 mpa6工捧量 3 4-38mmin 3 5-33mrain臺格7平均砂比 22 23 3 合格8 前置漬量 20+40m20+40合格9攜砂漬量 45 5m 43m 臺格、10 頂體漬量 4l 2+1 0m 29m 不合格11麓工日期 20 )i年5月21日12 魯注頂替過程 p砂堵，實際加砂6一白6井為中原油田在白廟地區(qū)的一口

12、試氣井，該井設計兩層加砂40ill3(20+20)。壓裂 液與橋-66相同，液體經(jīng)過高剪切后粘度很低。提高排量，施工排量3642m3min，第二 層加砂15m3時砂堵其它的幾口井采用該液體體系，施工均失敗。5結(jié)論流變性能研究對石油與工程應用非常重要不同的壓裂液流體具有不同的流變性能， 有機硼交聯(lián)凍膠抗剪切性能良好而有的交聯(lián)劑則對剪切速率相當敏感。前期高剪切后，性 能遭到嚴整破壞采用變剪切速率方法評價壓裂液的抗剪切性能具有科學性和先進性，正確 模擬了壓裂工程實際條件，對現(xiàn)場工程應用具有指導性?？嘉墨Ii·hdbr¨呻，mgatilt一種新型的在高沮下應用的改進了裂麓導漉能力的硼

13、交聯(lián)壓裂液spe22838(1993)2盧擁軍有機硼bcl-61交聯(lián)檀物肢壓裂液油田化學，1995n04·412·discuss for evaluate method of fracturing fluid shear propertyliu tongyitan kun chen guangjie(technic institute ofdownhole operation，zhong yuan oilfield compmypuyang，henan457164，china)abstractfor evaluate the fracture fluid carfy san

14、d ability,the fracture liquid resist shear property is a very important technical indexensure the success of the fracture treatment,the fracture liquidresist shear property test had been applied extensively before the fracture treatment fracture fluidcarry sand performance evaluatein order to evalua

15、te the fracture fluid more accurately resist shear property,in laboratory,have adopted different test method，constant shear rate to shearing，or imitate oil well to shear history high shear rate and low shear rate evaluate techniquethese experiments show that different evaluate method will reach different result