1-压裂液的分类及性能评价方法

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压裂液性能评价

压裂液性能评价

压裂液性能评价压裂过程中,要求压裂液具有高的携带支撑剂的能力、低的摩阻力及在不同的几何空间、不同的流动状态下优良的承受破坏的能力。

能否达到完善这些性能,首要的工作在于对压裂液流变性能进行正常评价。

压裂液性能的测试和评价是为配制和选用压裂液提供依据,为压裂设计提供参考。

(1)流变性能测定1)基液粘度:压裂液基液是指准备增稠或交联的液体。

基液粘度代表稠化剂的增稠能力与溶解速度。

压裂基液粘度用范35旋转粘度计或用类似仪器测定。

对于不同井深的地层进行压裂,对基液粘度有不同要求。

对于低温浅井(小于2000m)基液粘度在40~60mPa·s;对于中温井(井深2000~3000m),基液粘度在60~80mPa·s;对于高温深井(3000~5000m),基液粘度在80~100mPa·s。

2)压裂液的剪切稳定性:评价压裂液的剪切稳定性实际上是测定压裂液的粘—时关系。

在一定(地层)温度下,用RV3或RV2旋转粘度计测定剪切速率为170s-1时压裂液的粘度随时间的变化。

压裂液的粘度降到50mPa·s时所对应的时间应大于施工时间。

3)稠度系数K'和流动行为指数n':用粘度计测定压裂液室温至油层温度下的流动曲线,如图18-8,用此图可以计算得出压裂液在不同温度下的K'和n'值,即n'=lgD1-lgD lg -lg 212ττ(18-15)式中n'—流动行为指数;τ—剪切应力,mPa ;D —剪切速率,s -1。

K'值越大,说明压裂液的增稠能力越强;n'值越大,说明压裂液的抗剪切能力越好。

但是K'值大,n'值就小。

n'值在0.2~0.7之间。

K',n'值亦可以用旋转粘度计测定不同剪切速率下的应力值,再经计算得出。

(2)压裂液的滤失性测定压裂液向油层内的渗滤性决定了压裂液的压裂效率。

压裂液

压裂液

冻胶,压裂液的起始粘度高,泵送摩阻大,粘度损失也较
大。 • 有机硼、有机钛及有机锆交联剂,具有明显的缓交联 特征,有利于压裂液粘度时效性控制,获得较高的裂缝粘 度,提高压裂处理效果。
• 热稳定性与剪切稳定性:


由于不同类的交联剂的交联反应速度不同,而反映出
的压裂液体系的抗温和抗剪切能力不同。 有机硼、有机钛及有机锆交联剂,具有明显的缓交联
1、水力压裂的作用
• (1)压裂能改造低渗透储层的物理结构,变径向流 动为线性流动,降低流动阻力,增大渗滤面积,达 到油气井增产、水井增注的目的; • (2)减缓层间矛盾,改善中低渗透层的开采状况; • (3)解除近井地带的堵塞; • (4)对储层物性差,自然产能低,不具备工业开采 价值的探井和评价井进行压裂改造,扩大渗油面积 或对油气井作出实际评价。
• 破胶剂使用浓度的影响: • 一般而言,破胶剂使用的浓度越高,破胶越彻底,破 胶时间越短,对地层损害越小。但同时也会造成压裂液粘
度的提前损失,影响压裂液的造缝能力。如果不采取任何
措施,过分的增加破胶剂浓度,不然会引起压裂液粘度的 大幅下降,甚至提前脱砂,导致施工失败。
3、4压裂液对导流能力的影响
、锆等金属螯合物交联压裂液对支撑裂缝导流能力有严重
的伤害,清洁返排能力远低于硼交联压裂液。 • 交联剂用于压裂液时不应仅考察交联和耐温程度,注 重保护油藏、按温度和油藏条件选用适应的交联剂成为必 须遵守的原则。
3、破胶剂 把高粘度压裂液留在裂缝中将降低支撑剂充填层 对油和气的渗透性,从而影响了压裂作业的效果。因 此压裂施工结束后,为了让施工液体能尽快的从井下
特征,使得体系初始粘度不高,而经过高温和连续剪切后
,平衡粘度明显高于无机硼(硼砂体系)。 • 一般而言,硼砂交联羟丙基瓜胶体系可用于80℃以 下的地层,而有机硼、有机钛及有机锆交联的羟丙基瓜胶 体系可抗160℃。

(压裂液性能评价

(压裂液性能评价

压裂液总结压裂液是压裂施工的关键性环节之一,素有压裂“血液”之称。

它的性能除了直接影响到水力压裂施工的成功率外,还会对压后油气层改造效果产生很大的影响。

压裂液在施工时应具有良好热稳定性和流变性能,较低的摩阻压降,优秀的支撑剂输送和悬浮能力,而在施工结束后,又能够快速彻底的破胶返排,残渣低、并且进入地层的滤失液与油气配伍性好,对储层造成的潜在性伤害应最小,从而获得较理想的施工效果。

因此,在优选水力压裂所用的工作液时,应从压裂液的综合性能满足压裂工艺的要求及压裂液应当与储层配伍,对储层造成的潜在性伤害尽可能地小两方面着手,优选出高效、低伤害、适合储层特征的优质压裂液体系。

压裂是油气井增产,水井增注的有效措施之一。

特别适于低渗透油气藏的整体改造。

压裂形成具有高导流能力的填砂裂缝,能改善储集层流体向井内流动的能力,从而提高油气井产能。

然而,压裂作业中压裂液进人储集层后,总会干扰储集层原有平衡条件,压裂措施本身包含了改善储集层和伤害储集层双重作用,当前者占主导时,压裂增产,反之则造成减产。

为了获得较好增产效果,就应充分发挥其改善储集层的作用,尽量减少对储集层的伤害。

一、压裂液对油气层的损害压裂液是压裂施工的关键性环节之一,素有压裂“血液”之称。

它的性能除了直接影响到水力压裂施工的成功率外,还会对压后油气层改造效果产生很大的影响。

压裂作业中压裂液造成油气层损害的主要原因有:一是由于压裂液及其添加剂选择不当造成压裂液与油气层岩石矿物和油气层流体不配伍造成损害;二是压裂液对支撑裂缝导流能力的损害;三是压裂施工过程中的损害。

1.压裂液与油层岩石和油层流体不配伍损害1)压裂液滤液对油层的损害在压裂施工中,向储集层注人了大量压裂液,压裂液沿缝壁渗滤人储集层,滤液的侵人改变了储集层中原始含油饱和度,并产生两相流动,流动阻力加大。

毛管力的作用致使压裂后返排困难和流体流动阻力增加。

如果储集层压力不能克服升高的毛细管力,则出现严重和持久的水锁。

压裂液介绍

压裂液介绍
油基压裂液 水基压裂液 泡沫压裂液 清洁压裂液
美国不同压裂液类型发展趋势对比
所占比例(%)
三、压裂液添加剂
1.构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括



稠化剂 杀菌剂 破胶剂 pH值调节剂 表面活性剂 粘土稳定剂
发泡剂 温度稳定剂 转向剂 降滤剂 交联剂

三、压裂液添加剂
2.压裂液添加剂应用的基本要求
-每种液体需要最少的添加剂;
-检查所有添加剂的配伍性; -添加剂对温度和pH的敏感性,按设计的配比 加入。
3.压裂液添加剂- 稠化剂
水溶性聚合物作为稠化剂(增稠剂)是水基压裂 液的基本添加剂。 植物胶(如胍尔胶、香豆胶、田菁胶、皂仁胶、 槐豆胶、魔芋胶和海藻胶)及其衍生物 纤维素的衍生物(如羧甲基纤维素、羟乙基纤 维素等); 合成聚合物(如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯 酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等),以及生物聚合物 (黄胞胶)。

在现场应用六速粘度计实时测试,在低速100转
/min下,测试的读速乘3为表观粘度。

测试交联冻胶交联时间和破胶时间。 在恒温、时间、剪切速度的条件下测试液体

2.压裂液滤失效率
低效压裂液
短缝
高滤失
高效压裂液
长缝
低滤失
3.压裂液的粘温曲线
900 800 700 600 90 80 70 60
 ¶ Î È
1.压裂液现场质量-控制内容 (1)空压裂罐到位时,应进行检查,确认清洁度。 如果罐中存在锈、油、土和作业残留物等时,应在装 水前清洗干净。 (2)从到位罐内取水样,进行配液前的水分析。 保证用水来此地表水,而非地面水。水质检查包括测 试pH值和目测(是否有油膜、悬浮颗粒或浮动碎屑等明 显的污染物)。 (3)配液前对罐进行计量,确保各罐中按比例加入添加剂; 配液中形成的“鱼眼”和非水化聚合物块,主要原因 是向配液漏斗中加入稠化剂与水流冲刺的速度不相匹配。

1-压裂液性能评价方法

1-压裂液性能评价方法

目录
1.概述 2.压裂液的主要用途 3.压裂液的类型 4.压裂液性能指标 5.压裂液关键性能评价
3.压裂液类型
(1)水基压裂液:水溶胀性聚合物经交链剂交链后形成的冻胶。 成胶剂:植物胶、纤维素衍生物、合成聚合物。 交联剂:硼酸盐,钛、锆等。 破胶剂:过硫酸胺、高锰酸钾和酶等。 其它添加剂:助排剂、粘土稳定剂等 (2)油基压裂液:对水敏性地层,多用稠化油,基液为原油、
D
2)幂律型流体压裂液 假塑型流体的本构方程: KD n
当n=1时,
KD n1 D
视粘度:
a KD n1
n小于1,所以剪切速率愈大,视粘度愈小。
假塑性液体具有两个流变参数,对幂律方程两边取对数
得到:
lg lg K nD
3)其它流动类型的压裂液
①宾汉型流体
流体具有屈服值,加上一定的压力后,流体才从静止状 态开始流动,剪切应力与剪切速率成线性关系,宾汉流 体的流动方程是: y D
压裂液类型 线型
交联型
线型 交联型
水外相多重乳化液
酸基泡沫 水基泡沫 醇基泡沫 线型体系 交联体系
主要组分①
通常应用对象
胶 化 水 , HPG , HEC CMHPG,CMHEC等
交 联 剂 +HPG , HEC 或 CMHEC等
油,胶化油
短裂缝,低温 长裂缝,高温 水敏性地层,短裂缝
交联剂+油
水敏性地层,长裂缝
③顶替液 :中间顶替液用来将携砂液送到预定位置,并有预 防砂卡的作用;注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携 砂液替入裂缝中,以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
(2)压裂液的性能要求 前置液及携砂液,都应具备一定的造缝能力并
使裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。 ①滤失少 ②悬砂能力强 ③摩阻低 ④稳定性 ⑤配伍性 ⑥低残渣 ⑦易返排 ⑧货源广、便于配制、价钱便宜

压裂液,基本知识,对储层伤害的评价

压裂液,基本知识,对储层伤害的评价

酸性交联压裂液伤害性评价实验报告1 压裂液基础知识水力压裂是油气层改造与油井增产的重要方法,得到广泛的应用,对于油气的生产起着不可代替的作用。

几十年来,国内外油田对压裂液技术方面进行了广泛的研究。

该技术发展是越来越成熟,目前压裂液体系的发展更是日新月异,国内外均出现了天然植物胶冻胶压裂液、泡沫压裂液、酸基压裂液、乳化压裂液、油基压裂液、清洁压裂液等先进的压裂液进一步为油气的勘探开发和增储上做出了重大贡献。

我们对一些国内外先进的压裂液体系做了一些介绍,并了解了国内外压裂液的发展方向和概况。

同时为了更清楚地认识压裂液中各种化学添加剂性能优劣对地层伤的害性,对其伤害性的评价就显得十分重要和必要了。

1.1 压裂液在压裂施工中基本的作用:(1)使用水力劈尖作用形成裂缝并使之延伸;(2)沿裂缝输送并辅置压裂支撑剂;(3)压裂后液体能最大限度地破胶与反排,减少裂缝与地层的伤害,并使储集层中存在一定长度的高导流的支撑带。

1.2 理想压裂液应满足的性能要求:(1)良好的耐温耐剪切性能。

在不同的储层温度、剪切速率与剪切时间下,压裂液保持有较高的黏度,以满足造缝与携砂性能的需要。

(2)滤失少。

压裂液的滤失性能主要取决于压裂液的造壁滤失特性、黏度特性和压缩特性。

在其中加入降滤失水剂将大大减少压裂液的滤失量。

(3)携砂能力强。

压裂液的携砂能力主要取决于压裂液的黏度与弹性。

压裂液只要有较高的黏度与弹性就可以悬浮与携带支撑剂进入裂缝前沿。

并形成合理的砂体分布。

一般裂缝内压裂液的黏度保持在50~100mpa*s。

(4)低摩阻。

压裂液在管道中的摩阻愈小在外泵压力一定的条件下用于造缝的有效马力就愈大。

一般要求压裂液的降阻率在50%以上。

(5)配伍性。

压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体接触,不应该发生不利于油气渗率的物理或化学反应。

(6)易破胶、低残渣。

压裂液快速彻底破胶是加快压裂液反排,减少压裂液在地层中的滞留时间的必然要求。

降低压裂液残渣是保持支撑裂缝高导流能力,降低支撑裂缝伤害的关键因素。

压裂液的室内评价

压裂液的室内评价
剪切粘度(mPa.s)
600 500 400 300 200 100 0 0 50
剪切时间(min)
100
150
图 2-2
含砂压裂液 50℃耐温抗剪切性能测试
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160
剪切时间(min)
膨胀时间 (min) 20 1.18 0.01 1.10 0.99 0.87 0.84 40 1.31 0.02 1.34 1.09 0.91 0.87 60 1.40 0.03 1.43 1.15 0.94 0.91 80 1.49 0.04 1.48 1.20 0.98 0.93 90 1.54 0.04 1.49 1.23 1.09 1.05 100 1.59 0.04 1.50 1.26 1.10 1.08 110 1.62 0.04 1.50 1.30 1.13 1.09 120 1.67 0.04 1.51 1.33 1.15 1.12
2
目前市场上用的交联剂主要有如下几种,其基本特性是: ①硼砂:与胍尔胶或羟丙基胍尔胶交联形成冻胶,虽然耐高温、剪切的能力 较差,但破胶后容易返胶;交联时延迟性能较差,泵送时摩阻较高,使用时基液 的 pH 值一般在 9 以下;一般用于低温井,目前应用较广泛。 ②有机硼:交联的冻胶耐温、耐剪切性能较好,破胶也较彻底,且可控交联 时间, 泵送时可减小摩阻; 使用时基液的 pH 值一般在 9 以上。 目前应用较广泛, 但比硼砂贵。 根据绥靖油田储层压裂地质特征分析,储层温度较低,因此选定硼砂作为交 联剂即可满足要求。 1.1.3 破乳助排剂的优选 筛选的 CF-5C 复合破乳助排剂,有较低的表面张力和油水界面张力 , 并 具有破乳能力。在水中加入 CF-5C 后,水溶液的表面张力,从 72.0mN/m 降至 32.6mN/m, 油水界面张力由 35.0mN/m 下降为 1.78mN/m, 具有较好的降低表 (界) 面张力特性。用原油:水=1:1 的乳状液,试验结果见表 2-1,从表上可以看出, 加入 CF-5C 后具有良好的破乳效果, 0.5%的 CF-5C 破乳率可达 95%以上, 能加快 油水的分离速度和分离程度,防止乳化堵塞造成的伤害。

压裂液评价

压裂液评价

三、动态滤失量的测定
概述
压裂液的动态滤失性的测定是通过模拟地层高温 高压环境,本实验将采用HALS-1型高温高压动态滤失 仪。 实验采用高温高压,用岩心夹持器夹持岩心,岩 心一端暴露在压裂液中,压裂液在岩心断面做剪切流 动,同时在压差作用下在岩心端面形成滤饼,部分压 裂液通过滤饼从岩心的另一端渗出。通过记录不同时 间的出液量来计算滤失系数来评价压裂液。
SGCG-1滤液
二、压裂液静态滤失量测定
数据分析:测定不同时间段的滤液体积,作图如下, 计算滤失系数C3、滤失速度vc及初滤失量Qsp 。图3、图 4分别为HPG-2、SGCG-1的静态滤失曲线图。
图3 HPG-2压裂液静态滤失曲线
35.00 30.00 25.00
滤失量/mL
y = 5.5421x - 3.2972 2 R = 0.9971
压裂液评价
目录
1 2
3 压裂液简介 压裂液静态滤失量测定 动态滤失量的测定 下一步实验计划
4
一、压裂液简介
压裂技术通过对低渗透油气层进行改造的一种有效 手段。压裂液在压裂工程中起着重要作用,压裂液分水 基压裂液和油基压裂液,以下是压裂液分类和特点。
前置液 作用 分类 携沙液 顶替液 组成 分类 水基压裂液 油基压裂液 泡沫压裂液 特点 滤失小 悬砂能力强 稳定性好 低残渣 配伍性好 易返排
清洁压裂液
一、压裂液简介
二、压裂液静态滤失量测定
压裂液在地层中的渗滤性大小决定了压裂的效率, 本实验采用GGS42-2型高温高压失水仪评价HPG-2、 SGCG-1压裂液体系,初步评价滤失性大小。
图1 HPG-2、SGCG-1压裂液
图2 HPG-2、SGCG-1滤液
HPG-2
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• Mix Gel and Chemicals Consistently • Test Fluid at Realistic Temperature, Time • •
and Shear Rate Test Gel Using Correct Shear Rate History Do Multiple Tests to Ensure Repeatability
Linear Gel
Crosslinked
0.8
0.5
0.03
0.55
50
2000
MEASUREMENTS OF APPARENT VISCOSITY
• Use Actual Samples of Mix Water and
Chemicals That Will Be used on the Treatment
Where: a = Apparent Viscosity, cp k’ = Consistency Index, lb-secn ’ 2 / ft a n’ = Flow Behavior Index, Dimensionless = Shear Rate, sec-1
TYPICAL SHEAR RATES DURING FRACTURING
Cw
m A
0.0164m (Measured in Lab) A
= Slope of Volume vs t Graph = Area of Core Used to Measure Cw
MEASUREMENT OF WALL BUILDING COEFFICIENT (C w )
Slope = C w * Area / 0.0164
1) Compatible With the Formation Rock and Fluids 2) Generating Adequate Fracture Width to Accept the Proppant 3) Capable of Suspending Proppants and Transporting Them Deep into the Fracture 4) Maintain Viscosity During the Treatment and “Break” Afterwards 5) Cost Effective
VOLUME
Spurt Loss
TIME
EFFECT OF FLUID LOSS ADDITIVES (FLA) ON WALL-BUILDING FLUID-LOSS COEFFICIENT, C w
.
)
1/2
0.008
FLUID LOSS COEFFICIENT, C w (ft/min
Titanate Fluid
VISCOSITY AT A KNOWN SHEAR RATE
• To Calculate the Apparent Viscosity of a
Non-Newtonian Fluid, the Following Equation is Used
a 47880 k’ a
[]
n’- 1
2
k‘ = Intercept
LOG-SHEAR RATE ( )
MODELING OF FOAMS
o k n
= Shear Stress, lb/ft 2 o = Yield Point, lb/ft 2 k = Foam Consistency Index, lb-secn/ft2
Foam Base or Energized Fluids
Oil Based Fluids
Gelled Oil Cross-linked Oil Oil-in-water Emulsion Gelled Acid Cross-linked Acid Foamed Acid
1/ 2
k C Cc 0.0374p r r r
kr Cr r
1/2
= Permeability to Reservoir Fluid, md = Formation Fluid Compressibility, psi -1 = Formation Fluid Viscosity, cp
FRACTURING FLUIDS
OUTLINE
• Introduction • Fluid Mechanics • Types of Fracture Fluids • Fracture Fluid Additives • Selection of a Fracture Fluid
REQUIREMENTS OF A FRACTURING FLUID
n’ 1
= Apparent Viscosity, cp = Consistency Index, lb-secn’/ft 2 = Flow Behavior Index, Dimensionless
Q w h
= Injection Rate, bpm = Fracture Width, in = Fracture Height, ft
FRACTURING FLUIDS ARE TYPICALLY DESCRIBED WITH POWER LAW MODEL
= k’n’
LOG-SHEAR STRESS ( n’= Slope = Shear Stress, lb/ft = Shear Rate, sec-1 k = Consistency Index, lb-secn /ft 2 n = Flow Behavior Index, dimensionless
n= Foam Flow Behavior Index, dimensionless
Foamed Fluids Are Modeled Using a Modified Power Law Equation kand n Are Used to Describe the Foam Along With a Yield Point, o
VISCOSITY MEASUREMENTS
Torsion Spring
ROTATING CUP
STATIONARY BOB
TEST FLUID
TYPICAL VISCOSITY VALUES
Fluid Type Water n’ 1.0 k’ 0.00002 Viscosity @ 170 sec -1 1.0
• Shear Rates in Tubular: 100 - 5000 sec-1 • Shear Rates in Fractures: 10 - 100 sec -1 • Measurements of n’ and k’ Often Made

Between 170 and 600 sec -1 May Not Be Representative of the Fluid Behavior in the Fracture (40 sec -1)
Ct
1 1 1 1 Cv Cc Cw
• William’s Method
Ct C vC w

2 C cC v C w 4C 2 c
2 C2 Cr w

C2 v

C2 w

1/2
EFFECT OF FLUID EFFICIENCY
LOW FLUID EFFICIENCY
Short Fracture
WHAT IS VISCOSITY?
p or Shear Stress Newtonian Fluid p Constant = Q for Newtonian Fluid
Q or Shear Rate ()
Q Q
p
RELATIONSHIP OF AND FOR DIFFERENT FLUID TYPE MODELS
FLUID MECHANICS
PROPERTIES OF A FRACTURE FLUID


• •

Viscosity - Controls Fracture Width (Near Wellbore) - Impacts Proppant Transport Fluid Loss - Controls Amount of Fluid in Fracture - Impacts Fracture Geometry Density - Controls Hydrostatic Gradients - Impacts Proppant Convection Friction - Controls Surface Treating Pressure - Impacts Injection Rate pH - Controls Crosslinker Reactions - Impacts Fluid Properties
Affecting Proppant Placement
-
Convection Settling
TYPES OF FRACTURE FLUIDS
FRACTURE FLUID TYPES • Water Based Fluids •
• •
Linear Gel Fluids Cross-linked Gel Fluids N 2 , CO 2 ,Or Both Water, Acid, Oil
High Filtration
HIGH FLUID EFFICIENCY
Longer Fracture
Low Filtration
FLUID EFFICIENCY
• Percentage of Fluid in the Fracture • Affects Created Fracture Dimensions • High Leakoff Can Lead to Screenouts • Low Leakoff Will Increase Closure Time
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