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一体化生物复合乳液及在碳酸盐岩体积加砂压裂中的应用

胡艾国 林波 严向阳 李克智 杜良军 吴洋 陈恒

胡艾国,林波,严向阳,等. 一体化生物复合乳液及在碳酸盐岩体积加砂压裂中的应用[J]. 钻井液与完井液,2024,41(6):806-815 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.015
引用本文: 胡艾国,林波,严向阳,等. 一体化生物复合乳液及在碳酸盐岩体积加砂压裂中的应用[J]. 钻井液与完井液,2024,41(6):806-815 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.015
HU Aiguo, LIN Bo, YAN Xiangyang, et al.An integrated bio-compounded emulsion and its use in SRV fracturing of carbonate rocks with sand-carrying fracturing fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(6):806-815 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.015
Citation: HU Aiguo, LIN Bo, YAN Xiangyang, et al.An integrated bio-compounded emulsion and its use in SRV fracturing of carbonate rocks with sand-carrying fracturing fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(6):806-815 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.015

一体化生物复合乳液及在碳酸盐岩体积加砂压裂中的应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.015
基金项目: 中国石化华北油气分公司重大科研项目“大牛地气田DK13井区碳酸盐岩储层钻完井关键技术”(KJGLB-2022-12)。
详细信息
    作者简介:

    胡艾国,副研究员,硕士研究生,毕业于成都理工大学油气田开发专业,现在从事油气田储层改造研究及生产工作。电话(0371)86002180;E-mail:huaiguo19842004@163.com。

    通讯作者:

    林波,高级工程师,硕士研究生, E-mail:409818173@qq.com。

  • 中图分类号: TE357.12

An Integrated Bio-Compounded Emulsion and Its Use in SRV Fracturing of Carbonate Rocks with Sand-Carrying Fracturing Fluids

  • 摘要: 针对碳酸盐岩体积加砂压裂的难点,以减阻剂速溶、高效增黏和在线变黏一体化为出发点,将小分子改性生物单体与丙烯酰胺、水解度控制单体、微电荷单体等接枝共聚,引入相关功能助剂,制备出有效含量高、功能复合的一体化生物复合乳液,构建高减阻强携砂压裂液体系并制定针对性的用液方案、工艺优化,实现碳酸盐储层控缝高、造复杂缝网、控黏增砂、充分改造的目标。该乳液有效含量、水解度、分子量分别控制在30%左右、40%~50%、1200~1300万,微电荷单体2.0%和小分子生物单体0.6%时性能最优,溶解时间低于20 s,3 min增黏率达90%以上,CAC1,CAC2分别为1.79 g/L、3.89 g/L;对压裂液综合性能评价表明:低黏液、中黏液、高黏液降阻率分别可达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后黏度分别保持在45~50 mPa·s、20~25 mPa·s;中黏液(0.4%)黏弹性表征Tanδ<0.4就具有良好的携砂性能,支撑剂沉降速率低至0.1 cm·s−1;压裂液破胶液黏度低于3 mm2/s,表面张力27 mN/m以下,残渣含量低至20 mg/L以下。该技术在鄂尔多斯盆地碳酸盐岩井进行体积加砂压裂先导实验及规模化应用超过30井次,液体性能稳定,加砂完成率95%以上,取得了良好的增产效果,为致密碳酸盐岩开发提供了强有力的技术手段。

     

  • 图  1  碳酸盐岩体积加砂压裂用液及加砂程序示意图

    图  2  不同分子量0.5%SRY-1溶液的表观黏度和降阻率

    图  3  不同SRY-1用量下溶液表观黏度变化曲线(30 min)

    图  4  不同SRY-1浓度下压裂液降阻率曲线

    图  5  不同配方压裂液耐温耐剪切测试曲线(110 ℃)

    图  6  不同配方压裂液黏弹性表征测试

    图  7  压裂液破胶液状态展示

    图  8  DK**-**24井第4段压裂施工曲线及携砂液展示

    表  1  有效含量对SRY-1相关性能的影响评价

    聚合单
    体/%
    乳液有效
    含量/%
    聚合
    过程
    乳液状态 t溶解/
    min
    η0.5%溶液/
    mPa·s
    20.0 18.28 反应慢 流动性好、
    轻微分层
    23 27
    25.0 24.15 聚合
    正常
    流动性好、
    稳定性好
    17 42
    27.5 27.09 聚合
    正常
    流动性好、
    稳定性好
    13 48
    30.0 29.84 聚合
    正常
    流动性好、
    稳定性好
    12 54
    32.5 31.83 聚合
    正常
    流动性较好、
    稳定性好
    15 57
    35.0 30.89 反应
    较快
    流动性差、
    有凝胶
    24 48
    40.0 32.36 暴聚 基本无流动性、
    凝胶多
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    表  2  水解度对SRY-1及0.5%SRY-1溶液的影响评价

    测试项目 不同水解度SRY-1溶液(0.5%)测试数据
    20.3% 30.5% 40.5% 49.8% 59.2% 68.9%
    3 min增黏率/% 75.3 78.4 86.6 91.4 93.5 89.9
    η30 min/mPa·s 35.1 43.3 50.9 53.7 55.7 56.4
    弹性模量
    G')/Pa
    2.56 4.15 4.75 4.54 3.97 1.98
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    表  3  微电荷单体、小分子生物单体用量优化测试数据

    微电荷单体和小分子
    生物单体配比
    临界缔合
    浓度/(g·L−1
    储能模量
    G')/Pa
    CAC1CAC20.5%SRY-1溶液
    1.5%微电荷+0.5%小分子2.214.823.74
    1.5%微电荷+0.6%小分子1.934.624.08
    1.5%微电荷+0.7%小分子1.924.604.43
    2.0%微电荷+0.5%小分子2.034.214.76
    2.0%微电荷+0.6%小分子1.793.894.97
    2.0%微电荷+07%小分子1.763.874.83
     注:SRY-1有效含量控制在30%±0.5%。
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    表  4  高减阻强携砂压裂液体系一体化变黏方案

    液体类型低黏液中黏液高黏液
    乳液浓度/%0.1~0.30.4~0.60.7~1.0
    η/mPa·s≤12≥30≥60
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    表  5  不同配方压裂液支撑剂沉降速度与黏弹性的关系

    压裂液配方G'/PaG"/PaTanδ沉降速度/(cm·s−1
    0.05%SRY-10.360.511.421.28
    0.15%SRY-11.020.990.970.36
    0.20%SRY-11.661.130.680.26
    0.40%SRY-15.021.980.390.10
    0.60%SRY-18.052.760.340.02
    0.80%SRY-110.023.200.320.00
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    表  6  压裂液破胶液基础数据统计

    配方
    组分/%
    T破胶/
    t破胶/
    h
    运动黏度/
    mm2·s−1
    表面张力/
    mN·m−1
    残渣含量/
    mg·L−1
    SRY-1APS
    0.10901.02.4626.84测不出
    0.40.011.01.4826.388.38
    0.70.021.51.3526.0711.35
    0.201101.02.2326.66测不出
    0.50.0052.01.6726.319.31
    0.80.0151.51.6425.8512.55
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-16
  • 修回日期:  2024-07-30
  • 录用日期:  2024-07-30
  • 刊出日期:  2024-11-30

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