粘彈性表面活性劑壓裂液

PAGEPAGE2.頁眉.頁腳..國家科技攻關(guān)計劃項目建議書項目名稱：粘彈性表面活性劑壓裂液建議單位：二O0五年十二月十六日一、項目概述1、項目提出的背景、意義及必要性目前，國內(nèi)外最常用的壓裂液為水基壓裂液，其大致可分為以下幾種類型有：天然植物膠壓裂液、纖維素壓裂液和合成聚合物壓裂液，現(xiàn)在最常用的是天然植物壓裂液，這種天然壓裂液包含如瓜膠其衍生物羧丙基瓜膠，目前這種衍生物主要采用改性的羧丙基瓜膠（HPG），自六十年代投入市場以來，在確保壓裂液凍膠的高攜砂能力和壓裂施工能力成功方面，HPG壓裂液發(fā)揮了巨大的作用，但隨著低滲油田向深層超低滲方面發(fā)展的要求，這種壓裂液所具有的返排率低，降解效果差，不抗剪切、價格高等弊端也逐步暴露出來。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1、返排率低。返排率一般只有30-45%，由于其返排率或破膠不徹底而導致的聚合物殘余會嚴重影響對儲層的壓裂改造效果。對于低滲油田的深層、敏感性油藏，返排率較低。據(jù)資料介紹，對于低滲油田，僅有35-40%的聚合物能夠返排出來，其余的聚合物則會嚴重的影響裂縫的導流能力。而中高滲油田存在埋藏淺、地層能量低和不同程度敏感性的特點，使用HPG壓裂液同樣難以有效的返排出來。2、降解效果差。典型的瓜膠產(chǎn)品含有15%的蛋白質(zhì)和纖維素副產(chǎn)品，而這些通常是不溶于水的，研究表明：凍膠破膠液粘度下降并不能確保壓裂液全部返出，破膠液中含有大量的部分降解產(chǎn)物，足以傷害和降低裂縫的滲透率。3、與地層不配伍。HPG壓裂液往往采用延遲鉸鏈的方法以減小摩阻、提高攜砂能力，因此壓裂液的PH值需要調(diào)到9-11左右，在堿敏性油藏的壓裂施工中，壓裂液與高礦化度的地層水不可避免地產(chǎn)生沉淀作用；此外，與粘土成分的膨脹運移和乳化作用也是作成地層基質(zhì)滲透率和裂縫導流能力降低的重要原因。4、HPG使用的濃度一般在0.5-0.6%，受其液體本身的影響，其濃度使用的范圍的可調(diào)節(jié)性不好。使用濃度度太低達不到粘度要求，太高則原液粘度過大影響流動，尤其是冬季溫度較低時。5、HPG壓裂液不抗剪切。也別是高溫條件下的剪切降解造成永久性的粘度損失。6、HPG原液的儲存時間不易過長，在夏季一般3天左右的時間就會使因水解或細菌降解而變性。變性后HPG溶液變稀，不能被常用交聯(lián)，因此，使用時需添加殺菌劑。7、價格較高，使用需加交聯(lián)劑等多種助劑。在以上聚合物壓裂液在使用中具有很多的弊端，為加快油田開采的力度，研究一種一劑多用、成本低、效率快、具有表面活性劑的壓裂已刻不容緩，這種背景下，山東勝通集團與勝利油田采油研究院聯(lián)合，參考了國內(nèi)外有關(guān)壓裂液研究的文獻，和國內(nèi)幾家研究單位在研究壓裂液中存在耐溫性能不好的問題及在傳統(tǒng)不含表面活性劑VES壓裂液進行了深入細致的攻關(guān)，采用經(jīng)濟易得的化工原料，合成了一種新型VES表面活性劑，這種VES-SL表面活性劑壓裂液在與現(xiàn)行的HPG聚合物成本相近的條件下，120℃，170S-1的剪切速度下其粘度在50mPa以上。2、攻關(guān)目標和內(nèi)容VES-SL壓裂液主要由長鏈脂肪酸衍生物季銨鹽表面活性劑或氧化叔胺型表面活性劑組成。這種表面活性劑是一種具有粘彈性的小分子，它的分子尺寸比瓜膠分子小5000倍的數(shù)量級，它包括親水基和長鏈疏水基，分子鏈上有正電荷端和負電荷端。在一定的條件下，它們形成伸展的膠素集體。當與油、氣接觸或被地層水沖洗，這種具有表面活性劑的VES-SL壓裂液通過將蠕動蟲狀的膠束破壞成小球形膠束而降低粘度，不需要破膠劑流體就很容易被返排地面；在低表觀粘度下，VES-SL壓裂液表現(xiàn)出支撐劑懸浮能力，這能幫助形成端部脫砂子壓裂并獲得更寬的裂縫。具有25mPa.S的流體能夠非常有效的攜沙。在Giovnna6的現(xiàn)場，所使用的一種具有1825mPa.S的清潔壓裂液既能滿足攜砂的要求。流體所表現(xiàn)出的懸砂能力是一種膠束的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和締合的彈性粘度，這就減少了攜砂所需的流體粘度。通過降低所需要粘度，VES-SL作業(yè)能更好的設(shè)計出最佳的裂縫高度和有效的裂縫長度。此外，流體的無聚合物的，易于返排，自然將保留更高的裂縫和地層間的傳導率，減少地層并改善負表皮效應(yīng)，提高潛在產(chǎn)量，而且它和聚合物相比，配制清潔壓裂液更簡單可靠，不需要太多的化學添加劑，易于操作很控制。二、項目立項的必要性及市場需求分析1、項目攻關(guān)的必要性VES-SL粘彈性表面活性劑壓裂液比HPG聚合物壓裂液在使用上具有一定的優(yōu)越性外，還具有以下優(yōu)點：（1）不含高分子聚合物，可完全破膠化水，基本不對裂縫導流能力造成影響；（2）操作簡便，易于配制，使用設(shè)備少，不需聚合物水基壓裂液那樣溶解水化過程；（3）無需添加殺菌劑、交聯(lián)劑、破膠劑等；（4）抗剪切，溫度變化對其體系粘度的影響具有可恢復性；三、相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及國內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ)1、國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、專利等知識產(chǎn)權(quán)情況分析和國內(nèi)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)目前國內(nèi)外最常用的壓裂液為水基壓裂液，但是這種產(chǎn)品在采油中存在很多的弊端，甚至導致粘土成分的膨脹運移和乳化，使地層基質(zhì)滲透率和裂縫導流能力降低。作為傳統(tǒng)聚合物/破膠方法的突破，1997年Ani-Agip與斯倫貝謝公司的專家聯(lián)合開發(fā)出表面活性劑組成的壓裂液，此后該壓裂液體系得到不斷的豐富和發(fā)展。截止2002年國外石油公司使用VES壓裂液已成功地進行了2400井次的壓裂作業(yè)。對照實驗表明，使用該類壓裂液比使用瓜膠基聚合物水基礎(chǔ)壓裂液的增產(chǎn)效率可以提高27%左右，其成本稍高或相當于聚合物水基壓裂液。VES壓裂液的流變特性適合于中低滲的壓裂作業(yè)，在較低的表觀粘度下仍然具有較強的攜砂能力，例如埃及-阿吉利普公司在亞得里亞海的Giovanna油田進行壓裂施工時，用聚合物壓裂液和VES壓裂液進行對比實驗，發(fā)現(xiàn)含VES的壓裂液的性能優(yōu)于聚合物壓裂液，采用含VES的壓裂液進行壓裂作業(yè)的油井不僅大大減少地層的傷害，而且還能形成端部膠砂而產(chǎn)生更寬的裂縫，因而獲得了理想的油井產(chǎn)能，成功地進行了壓裂防砂施工，達到了預期的目的。但是早期的VES壓裂液的表面活性劑由于膠束能纏結(jié)并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成較高的粘度，這有助于得到較好的支撐輸送特性，當前國外壓裂施工中的季胺鹽溶液的流變性是通過陰離子來進行控制的，隨著鹽濃度的增加，使用溫度可有限度的提高，但很難超過80℃勝利油田采油研究院在研究VES壓裂液同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，山東勝通集團股份有限公司和勝利油田采油研究院共同完成了VES-SL彈性表面活性壓裂液，進一步提高VES壓裂液指標的科技開發(fā)工作，解決了在使用濃度在2-5%之間，可根據(jù)對體系粘度及耐溫性能的要求進行調(diào)整；根據(jù)油藏溫度的模擬，可滿足30-140oC地層改造的要求的技術(shù)難題。山東勝通集團擁有省級技術(shù)中心，具備先進的實驗和檢測設(shè)備，技術(shù)力量雄厚，有較強的自主研發(fā)能力。在勝利油田采油院的合作下完成了小試研發(fā)工作。其產(chǎn)品不含高分子聚合物，具有抗剪切，操作簡便，易于配制，使用設(shè)備少等特點，120℃，170S-1的剪切速度下其粘度在500mPa以上，同時測試結(jié)果證明VES-SL彈性表面活性劑壓裂性能達到了預期的效果。這些都為本項目的產(chǎn)業(yè)化打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。四、項目計劃目標及主要研究內(nèi)容1、主要目標①該產(chǎn)品根據(jù)不同的油氣藏溫度可調(diào)節(jié)使用濃度在2.8-5%的范圍內(nèi)，根據(jù)油藏溫度的模擬，可滿足30-140oC地層改造的要求；②該壓裂液對巖心基質(zhì)傷害率低（10-20%）；對裂縫導流能力傷害低（滲透率保持在92%以上）.②經(jīng)濟目標該項目總投資2600萬元，將達到年產(chǎn)3000噸的生產(chǎn)能力，實現(xiàn)產(chǎn)值1200萬元，利稅360萬元，稅金118萬元。2、項目的關(guān)鍵技術(shù)①項目的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點VES-S粘L彈性表面活性劑壓裂液具有合成工藝簡單，原料成本低等特點。根據(jù)室內(nèi)試驗評價結(jié)果，VES-SL壓裂液在100℃、170S-1的條件下，經(jīng)過一個小時的剪切，粘度在130mPa.s以上，在120℃、170S-1的條件下，經(jīng)過一個小時的剪切，粘度在50mPa.s以上，并且體系粘度隨剪切時候的延長、而粘度變化很小，隨溫度的降低，壓裂液粘度具有很好的恢復性。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該壓裂液粘度高，成本低，對地層的傷害要比HPG壓裂液低50%以上，對支撐裂縫的導流能力低60%以上，根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果，VES-SL壓裂液摩阻相當于清水摩阻的25-30%，摩阻比HPG壓裂液的摩阻低1Mpa/②使用濃度在2-5%之間，可根據(jù)對體系粘度及耐溫性能的要求進行調(diào)整。在3%濃度下，壓裂液體系的粘度在溫度100℃，170S-1創(chuàng)新點：①根據(jù)具體的粘度及耐溫性能的要求，在配液站將表面活性劑稀釋到適宜濃度，稀釋后液體粘度小，低溫下流動性好；②溶液的不飽和度對壓裂液體系的最終粘度沒有太大的影響，說明各種不飽和度的原料均有希望滿足的要求。2、產(chǎn)品性能①彈性表面活性劑壓裂液使用濃度對體系粘溫性能的影響濃度對它的影響是很明顯的，因為這直接決定了表面活性劑的膠束濃度，當它超過表面活性劑的臨界膠束濃度時，它的濃度越大，膠束的粘度越大，粘度自然越大，當濃度為5%時粘度可達260mPa.S，值得說明的是在濃度為2%時它的粘度仍在142mPa.S。表面活性劑的濃度決定了在實際應(yīng)用中的成本，如果降低濃度就能滿足要求，就會大大降低成本。②彈性表面活性劑壓裂液與助劑比例體系粘溫性能的影響復配試劑對膠團的形成有強烈的促進作用，不但能改變CMC的濃度，而且還改變膠束的狀態(tài)，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膠束具有一定的抗扭曲能力，從而賦予液體較高的粘度。而在其他因素相同的條件下，助劑的添加比例也不是越大越好③彈性表面活性劑壓裂液體系的耐鹽性能無機鹽的使用對體系的粘度在一定的范圍內(nèi)由增效作用，但當鹽濃度大于3%后，就會導致粘度降低甚至破膠化水。④彈性表面活性劑壓裂液體系與粘土穩(wěn)定劑等配伍性能粘土的穩(wěn)定劑加入VES-SL壓裂液體系的粘度及耐溫性能沒有明顯的影響，但具有一定的增效作用。⑤VES-SL壓裂液體系的流變性與剪切穩(wěn)定性在升溫到100℃以前，體系在55℃左右的粘度上沖至1000mPa.S左右，出現(xiàn)極大值。然后在80℃時保持在550mPaS，100℃時降到200mPa.S以下，隨后升溫在120℃且恒溫保持在一段時間，體系粘度維持在35mPa.S左右，且不隨時間的延長進一步降低，隨后溫度減低回到100℃體系粘度具有很好的恢復性，繼續(xù)在五、技術(shù)、經(jīng)濟效益分析根據(jù)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)備和產(chǎn)品的市場狀況，建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)3000噸的生產(chǎn)能力。1、技術(shù)經(jīng)濟效益分析①技術(shù)分析

目前，VES-SL粘彈性表面活性劑壓裂液，通過室內(nèi)開發(fā)研究，已經(jīng)由室內(nèi)走向現(xiàn)場應(yīng)用，為了使得該壓裂液適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用，我們利用VES-SL主劑，首先與Ι組分混合，配置成一組組分，然后在現(xiàn)場以加交聯(lián)劑的形式，將J組分加入到混砂車中，到目前，已經(jīng)在現(xiàn)場實施加砂壓裂一口井、壓裂防砂5口井。下表VES-SL壓裂液現(xiàn)場效果統(tǒng)計表。井號措施VES液量m3排量m3/min最高砂比%加砂量營543-斜3壓裂1603-452陶粒15.5m3營8-斜52壓裂防砂1700.9-130石英砂26t，陶粒6t營8-斜50壓裂防砂1200.9-130石英砂12t，陶粒5t營8-斜54壓裂防砂900.9-130石英砂12t，陶粒3t營8-斜56壓裂防砂1000.9-130石英砂13t，陶粒4t營47-斜23壓裂防砂900.9-130石英砂12t，陶粒3t營543-斜3是一口剛剛完鉆的新井，油層滲透率8.0-32毫達西，油層溫度105℃左右。為改善儲層的滲流條件，提高油井產(chǎn)能，決定對砂三段油層（2982.0-2986.5米），進行壓裂。施工共使用清潔壓裂液160m3，陶粒15.5m3,砂比7-50%，排量3.0-4.1m3/min，施工泵壓39-45MPa。通過施工時，瞬時停泵測試發(fā)現(xiàn)，VES-SL的摩阻僅相當與清水的25-30%，與膠聯(lián)HPG壓裂液相比，摩阻低1MPa/1000m。通過現(xiàn)場應(yīng)用證明，該壓裂液攜砂能力強，其摩阻略低于瓜膠壓裂液的摩阻，有利于加砂改造。到2005年9月底，施工的6口井已累計增油5600與噸，通過現(xiàn)場分析證明，VES-SL壓裂液對地層和裂縫導流能力小，易返排，成本低，具有廣泛的市場前景。本項目產(chǎn)品是一種新型的壓裂液，主要銷售的對象是國內(nèi)外各大油田。通過勝利油田采油院的技術(shù)支持，加大產(chǎn)品的宣傳力度，使用戶了解我產(chǎn)品信息，為產(chǎn)品的銷售開拓了一條有效的途徑。②效益分析項目建成后，將達到年產(chǎn)3000噸的生產(chǎn)能力，實現(xiàn)產(chǎn)值1200萬元，利稅360萬元，稅金118萬元。作為一種新型的壓裂液，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ幕ぎa(chǎn)品，項目的建設(shè)不僅能給企業(yè)帶來新的利潤增長點，還會為企業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。項目符合國家的產(chǎn)業(yè)政策，具有極為顯著的經(jīng)濟效益、社會效益與環(huán)境效益。2、推廣應(yīng)用前景分析本產(chǎn)品在特定的條件下生長過程中一種表面活性劑，主要用于油田壓裂采油。產(chǎn)品在部分油田采油廠進行驅(qū)油試驗，取得了良好的效果，從室內(nèi)試驗到現(xiàn)場實施總體上達到了國內(nèi)外領(lǐng)先水平。由于本產(chǎn)品正處于壽命期的初期階段，已經(jīng)完成新產(chǎn)品現(xiàn)場應(yīng)用試驗，再輔之以強有利的市場推廣手段，則本產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢是十分明顯的。今后，隨著工藝技術(shù)的進一步成熟，生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量逐步穩(wěn)定，本產(chǎn)品的消費市場將會逐步擴大。VES-SL粘彈性壓裂液是我公司獨家掌握的高新技術(shù)，隨著技術(shù)上不斷進步，本產(chǎn)品在穩(wěn)定占領(lǐng)國內(nèi)市場的同時，既可替代進口，又可實現(xiàn)出口創(chuàng)匯。3、技術(shù)風險本項目的風險主要是技術(shù)風險，即知識產(chǎn)權(quán)的保護和專業(yè)核心技術(shù)的保密工作，項目的政策風險較小。另外公司在企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中，積極推進技術(shù)創(chuàng)新、培養(yǎng)了大批的科技人員，就對本項目來說，我們掌握了技術(shù)配方及生產(chǎn)工藝，又有勝利采油研究院有力支援，在技術(shù)領(lǐng)域中有嚴格的保護措施，市場風險中，沒有技術(shù)因素的影響。4、市場風險在市場競爭方面，雖然現(xiàn)在適合于HPG聚合物壓裂液很多，但設(shè)備、成本費用很高，性能也各異，抗鹽能力差等的缺點，增加了采油壓裂技術(shù)實施的難度。我公司研制的VES-SL粘彈性表面活性劑壓裂液具該項目產(chǎn)品一劑多用，具有防膨、殺菌防腐、野外作用適用性強等特點，同時合成的原材料來源廣，價格低，合成方便且配置簡單，省工省時省力，不需增加各類添加劑和設(shè)備，因此本產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、技術(shù)條件等已成為強有力的市場推廣手段，無論從社會效益和經(jīng)濟效益考慮，本產(chǎn)品都是一種極具競爭力的產(chǎn)品。5、管理風險在企業(yè)管理中，本公司運用“嚴”字當頭的科技管理方法，實現(xiàn)現(xiàn)代化的各種管理制度，將企業(yè)管理與企業(yè)財務(wù)、資金管理有機的結(jié)合起來，運用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成，建立了“以人為本’的科學的財務(wù)管理制度，在項目運行中，公司決策者門高瞻遠矚，進行項目的實施策劃，一系列財務(wù)評價的結(jié)果表明，本項目有較好的盈利性，因此本項目在管理中不會有什么風險。綜上所述，該項目在以上各方面存在的風險都很小。六、計劃實施年限、經(jīng)費預算及來源渠道1、項目實施年限本項目的實施分如下兩個階段:（1）項目前期工作，主要是立項及審批。1(完善中試成果，進一步進行實驗測試和技術(shù)改進;)2項目的具體實施，技術(shù)改進和基礎(chǔ)建設(shè)；3設(shè)備安裝調(diào)試和實驗檢測中心建設(shè)；4試產(chǎn)運行、項目鑒定驗收。（2）項目的具體實施，包括施工圖設(shè)計，場地平整，土建工程，設(shè)備訂貨及制造安裝，試車運行及正式投產(chǎn)工作。根據(jù)本項目的性質(zhì)及內(nèi)容，確定工程建設(shè)期為12個月。2005年12月-2006年12月2、經(jīng)費預算該項目總投資2600萬元，其中固定資產(chǎn)2100萬元，其他建設(shè)經(jīng)費500萬元。3、經(jīng)費來源該項目總投資2600萬元，其中銀行貸款800萬元，企業(yè)自籌1800萬元。七、必要的支撐條件、組織措施和實施方案1、項目的支撐的基礎(chǔ)條件，組織管理措施山東勝通集團股份有限公司是國家大型企業(yè)和國家級高新技術(shù)企業(yè)，省“信譽特級（AAA）企業(yè)”，公司總占地面積92萬平方米?，F(xiàn)擁有總資產(chǎn)10.5億元，其中凈資產(chǎn)4.2億元；公司有職工2200人，各類專業(yè)技術(shù)人員480人；2005年1—11月份實現(xiàn)產(chǎn)值27.5億元，利稅4.76億元,其中高新技術(shù)產(chǎn)品占銷售總量的76%。該公司主要是以石油化工、精細化工、生物化工等為支柱產(chǎn)業(yè)的國家級高新技術(shù)企業(yè)，2000年至今，先后有12個項目列入市級攻關(guān)項目，8項被列入省級“星火”計劃項目，4項列入省重點技術(shù)改造項目，16種產(chǎn)品獲得國家專利，2項列入國家級“火炬”計劃項目，5個項目填補國內(nèi)空白；獲得市級以上科技成果獎32項。并獲“省科技開發(fā)先進企業(yè)”、“省技術(shù)創(chuàng)新示范企業(yè)”、“中國專利山東明星企業(yè)”、等多項榮譽。2003年高穩(wěn)定性層狀結(jié)晶二硅酸鈉被列為國家重點火炬計劃和國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項目，2004年該產(chǎn)品被列為“國家級重點新產(chǎn)品”。山東勝通集團擁有省級技術(shù)中心，具備先進的實驗和檢測設(shè)備，技術(shù)力量雄厚，有較強的自主研發(fā)能力。公司設(shè)有專門的化工研究機構(gòu)—東營市應(yīng)用化工研究所，該所下設(shè)精細化工研究室、石油工程研究室和高分子材料研究室，并配有完善的檢測設(shè)備和配套的實驗、化驗設(shè)施。該所現(xiàn)有專業(yè)技術(shù)人員58人，其中從事產(chǎn)品開發(fā)人員26人，化工、高分子材料和信息類專業(yè)人才齊全，通過項目的實施，提高了技術(shù)隊伍的創(chuàng)新能力，提升了公司的技術(shù)