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大规模体积压裂过程中压裂液性能表征方法研究

张大年 程兴生 李永平 任孝柯 文新 韩朝利门

张大年,程兴生,李永平,等. 大规模体积压裂过程中压裂液性能表征方法研究[J]. 钻井液与完井液,2021,38(4):517-524 doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2021.04.019
引用本文: 张大年,程兴生,李永平,等. 大规模体积压裂过程中压裂液性能表征方法研究[J]. 钻井液与完井液,2021,38(4):517-524 doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2021.04.019
ZHANG Danian, CHENG Xingsheng, LI Yongping, et al.Study on characterization of the performance of fracturing fluids in large scale volumetric fracturing[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(4):517-524 doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2021.04.019
Citation: ZHANG Danian, CHENG Xingsheng, LI Yongping, et al.Study on characterization of the performance of fracturing fluids in large scale volumetric fracturing[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(4):517-524 doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2021.04.019

大规模体积压裂过程中压裂液性能表征方法研究

doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2021.04.019
基金项目: 国家科技重大专项课题“深部碳酸钠盐岩热储层天然构造及人工干预下综合评价技术-专题三深部碳酸盐岩热储层增产试验与评价技术体系”(2019YFB1504103)
详细信息
    作者简介:

    张大年,高级工程师,博士,1984年生,毕业于俄罗斯国立古博金石油和天然气大学油田化学专业,现在从事提高采收率和压裂酸化新技术和新材料研究。E-mail:danianzhang@stimlab.com.cn

  • 中图分类号: TE357.12

Study on Characterization of the Performance of Fracturing Fluids in Large Scale Volumetric Fracturing

  • 摘要: 针对SY/T 5107-2016《水基压裂液性能评价方法》压裂液性能评价标准未能模拟大规模体积压裂过程中压裂液剪切历史,尤其缺少过炮眼高速剪切对压裂液性能影响的重要环节,项目开展模拟体积压裂施工全过程压裂液体系性能测试方法探索性研究。参照现场实际施工排量,模拟压裂液流经管柱、炮眼和裂缝不同阶段的剪切历史,同时,以压裂液破胶低伤害为前提进行破胶剂量优化,在此基础上进行压裂液流变性能测试,保证压裂液满足施工过程具备携砂性能和施工结束后一段时间内完全破胶的双重要求;采用透明平行板模型,考察使用条件下压裂液动态携砂性能,测试结果为大规模体积压裂“全裂缝支撑”提供设计依据。新方法测试结果表明,复合交联瓜胶压裂液体系和交联聚合物压裂液体系通过高速炮眼后黏度损失较大;乳液缔合型压裂液体系对破胶剂敏感,在满足破胶低伤害的前提下,动态携砂性能难以满足裂缝远端支撑剂铺置要求;低浓度瓜胶压裂液体系添加优化用量破胶剂,体系在施工排量下动态携砂性能良好,满足裂缝远端支撑剂铺置的技术目标。

     

  • 图  1  高速过炮眼模拟装置

    图  5  交联聚合物压裂液性能测试对比

    图  2  复合交联瓜胶压裂液体系性能测试对比

    图  3  乳液缔合体系性能测试对比

    图  4  低浓度胍胶压裂液体系性能测试对比

    图  7  添加50 mg/L过硫酸铵压裂液流变性能

    图  6  添加40 mg/L过硫酸铵压裂液流变性能

    图  8  添加5 mg/L过硫酸铵乳液缔合压裂液体系流变性能

    表  1  现场施工剪切速率计算

    测试条件测试阶段剪切速率/s−1剪切时间/min
    3500 m, 16 m3/min井筒剪切阶段1519.602.53
    15 mm过单炮眼阶段22132.36瞬间
    15 mm, 10 m缝内剪切177.08125.00
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    表  2  室内过炮眼模拟测试参数

    驱动压力/MPa孔眼/mm流量/(mL·s−1剪切速率/s−1
    31.56022635.4
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    表  3  室内平行板动态测试参数

    单裂缝动态
    缝宽/
    mm
    动态
    缝高/
    m
    平行板平行板
    缝宽/
    mm
    平行
    板高/
    m
    151050.2
    缝内线速度/(m·s−1)0.8890.7500.6670.5560.500
    施工排量/(m3·min−1)16.013.512.010.09.0
    室内测试流量/(L·h−1)32002700240020001800
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    表  4  低浓度胍胶压裂液体系破胶性能优化

    t破胶/
    h
    T/
    低浓度胍胶压裂液体系(配方3)
    过硫酸铵/(mg·L−1)
    1015203040506080100
    0.585冻胶冻胶冻胶冻胶冻胶冻胶拉丝拉丝拉丝
    1冻胶冻胶冻胶冻胶弱胶弱胶拉丝拉丝4.92
    2冻胶弱胶弱胶弱胶弱胶拉丝5.013.333.18
    4弱胶弱胶弱胶水化含残胶水化含残胶水化含残胶
    6弱胶弱胶弱胶水化含残胶水化含残胶6.11
    24弱胶弱胶水化含残胶水化含残胶7.314.31
    48水化含残胶水化含残胶水化含残胶水化含残胶3.21
    72水化含残胶水化含残胶水化含残胶水化含残胶
    12014.9813.8810.046.99
    16814.2112.979.856.71
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    表  5  乳液缔合物压裂液体系破胶性能优化

    t破胶/
    h
    T/
    乳液缔合物压裂液体系(配方2)
    过硫酸铵/(mg·L−1)
    2.557.51012.5255075100
    0.585拉丝拉丝拉丝拉丝14.335.074.713.062.84
    133.9628.6713.6610.848.214.152.732.282.45
    232.0121.479.735.464.28
    415.3010.216.114.84
    614.069.155.31
    2413.755.082.31
    4813.314.21
    7210.92
    12010.81
    16810.02
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    表  6  平行板压裂液动态携砂性能测试结果

    压裂液
    类型
    AV/
    mPa·s
    (室温170 s−1
    施工
    排量/
    m3·min−1
    测试
    流速/
    L·h−1
    测试
    时间/
    s
    动态沉
    降速率/
    cm·s−1
    低浓度
    胍胶压
    裂液
    66a163200600无明显沉砂
    13.52700600无明显沉砂
    122400600无明显沉砂
    102000600无明显沉砂
    91800600无明显沉砂
    39b1632006000.00598
    13.527006000.00641
    1224006000.00672
    1020004800.00706
    918003000.00982
    乳液缔
    合压裂
    液体系
    45c163200480无明显沉砂
    13.52700480无明显沉砂
    122400480无明显沉砂
    1020003000.00479
    918003000.00769
    30d1632006000.00725
    13.527006000.00788
    1224006000.00833
    1020006000.01192
    918004800.01351
      注:a:依据低浓度胍胶压裂液体系添加 40 mg/L 破胶剂流变性能测试结果;b:依据低浓度胍胶压裂液体系添加 50 mg/L 破胶剂流变性能测试结果;c:依据未添加破胶剂乳液缔合压裂液体系流变性能测试结果;d:依据添加 5 mg/L 破胶剂乳液缔合压裂液体系流变性能测试结果
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  • 收稿日期:  2021-04-20
  • 刊出日期:  2021-07-31

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