煤层气行业压裂液- 相当经典

煤层气行业常用压裂液一活性水压裂液二清洁压裂液三冻胶压裂液四线性胶压裂液五泡沫压裂液煤层气井用压裂液在一定程度上，可以借鉴现行水基压裂液性能评价，但由于煤储层具有松软、割理发育、表面积大、吸附性强、压力低等与油藏储层不同的特性，由此而引起的高注入压力、复杂的裂缝系统、砂堵、支撑剂的嵌入、压裂液的返排及煤粉堵塞等问题，使得煤层气井用压裂液与油气田压裂液存在着差异，主要表现在:（1）由于煤岩的表面积非常巨大，具有较强的吸附能力，要求压裂液同煤层及煤层流体完全配伍，不发生不良的吸附和反应；（2）煤层割理发育，要求压裂液本身清洁，除配液用水应符合低渗层注入水水质要求外，压裂液破胶残渣也应较低，以避免对煤层孔隙的堵塞；（3）压裂液应满足煤岩层防膨、降滤、返排、降阻、携砂等要求。对于交联冻胶压裂液，要求其快速彻底破胶。考虑到煤层储层特点及压裂工艺的要求，对煤层气井用压裂液的各添加剂、压裂液性能及经济成本进行了优化，其优化原则为:（1）尽可能少地使用添加剂，特别是有机类添加剂，以减少对煤储层的伤害；（2）开发适合煤层气压裂用的压裂液材料，使之与煤储层相配伍；（3）在保证压裂工艺及施工条件下，降低压裂液成本，以满足市场经济的要求。一活性水压裂液参考配方：洁净水+氯化钾2％+助排剂（DL-10）0.2％特点：其施工排量大，用液量大，摩阻大，滤失量大，加砂量相对较少，有时产生砂堵，但对煤层的污染较小。活性水、线性胶、冻胶破胶液对填煤粉模型渗透率伤害测试过程渗透率随时间的变化，示于图1(a)～(f)。表1列出测试各阶段的渗透率值和伤害率。二清洁压裂液清洁压裂液自1997年首次被斯伦贝谢公司研制成功，又称粘弹性表面活性剂压裂液VES（viscoelasticsurfactant）应用实例：中联煤层气有限责任公司在陕西省韩城地区选用清洁压裂液对煤层进行了压裂试验，共压裂3口井、8层煤层，施工成功率100％，并取得了良好的压裂效果，压完后的火把高度2～4m，平均砂比均在30％以上，最高单层加砂68m3，压后放喷液显示完全破胶(未添加任何破胶剂)，放喷初期黏度一般低于10mPa·s，放喷4h后黏度均低于5mPa·s。特点：易于彻底破胶、流变性好、携砂能力强，可以提高压裂规模且对地层伤害较小。配制简单，无毒、无腐蚀性。配制完成后，黏度在25～40mPa·s之间，1．清洁压裂液的增稠机理2.破胶机理当清压裂液与地层原油、天然气接触时，由于胶束的内部是亲油的，烃分子钻入到胶束的内部，使胶束膨胀，相互缠结的棒状胶束就会松开，棒状胶束向球状胶束转变，使液体黏度降低，最终变成单个分子，溶于烃中。当清洁压裂液被地层水稀释时，也会破坏表面活性剂的胶束而失去黏度。在油井或天然气井中，都会含有游离状态的烃类物质，因此不需要加入破胶剂。但在煤层中，由于煤层气大都以吸附方式附存于煤层孔隙中，有时基本上没有游离气。考虑到煤层中没有游离气而且水量很少的情况，就必须选用一种破胶剂用以备用。室内研究表明，加人少量的非离子的表面活性剂，也能破坏掉胶液的胶束结构，使清洁压裂液破胶水化。3．清洁压裂液的携砂性能清洁压裂液是靠其自身的粘弹性携砂的，而聚合物压裂液主要靠黏度携砂。传统的支撑剂携带原则是，聚合物压裂液的黏度在剪切率为100s-1时至少应有100mPa·s，或在剪切率为170s-1时应有50mPa·s。4．清洁压裂液配方优选及流变性能测定清洁压裂液的中表面活性剂(VES)、胶束促进剂(SYN)、盐(KC1)这3种成分的浓度对清洁压裂液的黏度相互制约，影响很大，配方优选实验结果见图2。优选配方：0.8%VES+0.2%SYN+1.0%KC1。针对该配方，用RV-20流变仪在40℃、170S-1剪切60min，黏度大于等于27mPa·s，能完全满足压裂的要求。5．清洁压裂液对煤层伤害性清洁压裂液不产生滤饼，破胶后没有固相残渣，故对煤层伤害是活性剂的吸附和粘土的膨胀上。各种压裂液中的KC1成分能够防止粘土遇水膨胀。清洁压裂液中的表面活性剂VES也具有较好的粘土稳定作用，室内实验证明VES若与KC1复配使用，防膨效果更佳。活性水最小，清洁压裂液较小，线性胶较大，冻胶最大。伤害率比例大致为1：3：6：9。可见清洁压裂液对煤层的伤害程度较低。清洁压裂液的摩阻情况清洁压裂液的摩阻仅为活性水摩阻的40％左右现场清洁压裂液的施工情况清洁压裂液在现场施工时，表现出了良好的特性。施工排量能够控制在3m3/min左右(活性水一般在7m3/min左右)，压后测试显示，缝高受到了较好地控制。携砂时，显示出了良好的携砂能力，平均砂比均在30%以上(活性水压裂一般为15%)，加砂结束前最高砂比超过55%。压后放喷显示，清洁压裂液应用于该地区不需要加入任何破胶剂就能够彻底破胶水化。三冻胶压裂液参考配方：0.35%羟丙基瓜胶HPG+2.0%KCl+0.2%助排剂(DL-10)+0.01%NaOH+0.1%LBT-6+0.02%硼砂+0.05%～0.1%防腐剂1227+0.015%过硫酸铵防腐剂1227：十二烷基二甲基苄基氯化铵性状浅草黄色液体。有刺激性气味。易溶于水和醇，PH值7-9。使用除用作杀菌剂，还可用于缓蚀、缓速、润湿、防蜡、防膨。用量0.1-0.2％。无机硼酸盐交联的机理:溶液中存在的单硼酸盐与胍胶分子链上的顺式羟基配对而形成配位键，将线状高分子链“连接”起来，从而形成高粘弹性的凝胶，其化学反应如下:1.耐温耐剪切性能2.支撑剂沉降测试同线性胶压裂液试验方法,测试结果见表4。冻胶压裂液粘度较大，支撑剂的沉降速率最小。3.冻胶压裂液破胶性能从表5可见，压裂液破胶性能完全达到压裂工艺要求，即6h破胶液粘度小于5mPa·s，但考虑到破胶性能的重要性，从压裂液研究的角度考虑，应尽快地、彻底地破胶返排，通过在施工过程中固体破胶剂的锥形加入，基本能达到此目的。4.冻胶压裂液的助排性能试验方法如上所述，破胶液表面张力测试结果为23.03mN/m。5.冻胶压裂液的残渣压裂液破胶液的残渣为294mg/L。参考配方:羟丙基瓜胶+氯化钾+助排剂+氢氧化钠+过硫酸铵+低温活化剂粘度36.0mPa.s；pH=8.0；密度为1.014g/cm3；配伍好。四线性胶压裂液1.耐温耐剪切性能2.支撑剂沉降测试3.线性胶压裂液破胶性能4.线性胶压裂液的助排性能表面张力26.78mN/m。5.线性胶压裂液的滤失性能由于线性胶造壁性能差，不易形成滤饼。在试验中发现，滤饼薄且疏松，使得试验所测的滤失量非常大。滤失系数C3为6.30×10-3m.min-1/2。6.线性胶压裂液的残渣线性胶压裂液配方破胶液的残渣为249mg/L。从残渣的数据看，大大低于石油行业标准(残渣含量小于500mg/L)规定的压裂液破胶后残渣的含量。在支撑裂缝中，当使用直径0.6mm和1.2mm的石英砂,其最大孔隙直径分别为219.6μm和439.2μm,有文献表述,当颗粒直径约占孔隙直径的1/3左右时，颗粒最有可能造成对孔隙的堵塞，由压裂液破胶液粒径分布看，其粒径中值为65.84μm，因此使用Φ1.2mm的石英砂，压裂液破胶液对支撑裂缝导流能力的伤害会小些。五泡沫压裂液CO2与N2泡沫压裂液特点：优质低损害压裂液体系，具有黏度高、滤失低、清洁压裂裂缝、对储集层损害小、易返排等特点，特别适用于低压、水敏性储集层。期中测验（每题10分）1、五敏实验及在煤层气开发中的应用。2、影响煤层气渗透性的因素。3、减少煤储层伤害的固井工艺。固井质量如何检测。4、煤层进入方式。5、压裂设计常用参数有哪些？6、煤储层常用压裂液，并作简单对比。7、射孔工艺有哪些？什么是最大和最小负压值？8、岩心及煤心分析内容及其作用。9、解释采油指数、产能系数、裂缝导流能力。10、射孔弹井下穿深和孔径的校正有哪些？课下完成1、完井方式。2、地应力对完井的影响。3、比较GDK和PKN模型。4、煤储层的特点和在钻井完井中的注意事项。5、详细对比煤储层常用压裂液各项性能。6、固井工序；套管设计步骤。7、压裂净现值(NPV)的影响因素。8、破裂压力、延伸压力、闭合压力如何获得？9、如何确定煤层气井压裂后的返排时间及排采注意问题。10、思考在糜棱煤中开发煤层气的方法。