壓裂液對二次地層傷害的評定

壓裂液對二次地層傷害的評定

一、壓裂壓油氣藏技術(shù)油氣層的氣壓裂是重建氣氣層的重要方法，是油氣井產(chǎn)量的有效措施。壓裂液在水力壓裂中起著重要的作用,它的好壞直接關(guān)系到壓裂施工的效果和增產(chǎn)效果。幾十年來,國內(nèi)外油田對壓裂液技術(shù)方面進(jìn)行了廣泛的研究,開發(fā)出從初期的稠化水壓裂液到后來的天然植物膠凍膠壓裂液、泡沫壓裂液、酸基壓裂液、乳化壓裂液、油基壓裂液、清潔壓裂液等各種壓裂液體系,解決了油氣田開發(fā)采收率低的問題,為油氣的勘探開發(fā)和增儲上做出了重大貢獻(xiàn)。目前,我國大部分屬于低滲透層油氣藏,開發(fā)難度很大,一旦造成傷害,很難彌補(bǔ),故應(yīng)用壓裂技術(shù)開采好這類油氣藏意義十分重大。壓裂液中各種化學(xué)添加劑性能優(yōu)劣對減小壓裂液的地層傷害性就顯得十分重要,開展壓裂液傷害性研究及開發(fā)研制新型低傷害壓裂液體系十分必要。二、實驗1.地層巖心砂、石英砂、蒙脫土(1)試劑特級瓜膠、KTU壓裂液增稠劑(烯丙基類聚合物)、煤油,均為工業(yè)級;水楊酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基苯磺酸鈉、硼酸、氯化鉀、均為分析純。巖心砂:地層巖心經(jīng)粉碎、等體積比酒精/苯清洗去油。石英砂:天然河砂用1mol/LHCl浸泡12h后,用蒸餾水洗滌至AgNO3試驗無氯離子。高嶺土、蒙脫土:均采用蒸餾水多次浸泡以除去可溶性鹽類至電導(dǎo)率不變。(2)儀器包括721A型分光光度計,800型離心沉淀器,孔徑0.15網(wǎng)目100分樣篩,膨脹儀,電熱恒溫水浴鍋和巖心流動測定儀等。2.性能測試方法(1)靜態(tài)吸附量測采用分光光度法測定靜態(tài)吸附量(吸附時間為20h,溫度45℃),按以下公式進(jìn)行計算:式中:Γ為靜態(tài)吸附量,mg/g;V為增稠劑溶液的體積,mL;Co為增稠劑的初始濃度,mg/L;Ce為增稠劑的平衡濃度,mg/L;m為吸附劑的質(zhì)量,g。(2)傷害實驗按SY/T5107《水基壓裂液性能評價標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行實驗。壓裂液對基質(zhì)滲透率損害率為:式中:K1為擠入壓裂液前的巖心滲透率,μm2;K2為擠入壓裂液后的巖心滲透率,μm2。(3)壓裂液殘渣含量的測定按SY/T5107進(jìn)行實驗。壓裂液殘渣含量計算:式中:η為壓裂液殘渣含量,mg/L;m為殘渣質(zhì)量,mg;V為壓裂液用量,L。(4)粘土線性膨脹率測定實驗線性膨脹率計算公式為:式中:Vt為時間t時膨潤土的線性膨脹百分?jǐn)?shù);Rt為時間t時百分表的讀數(shù),mm;R0為膨脹開始前的百分表讀數(shù),mm。三、結(jié)果與討論1.ctab在不同吸附劑上的吸附量分別測定壓裂液稠化劑CTAB和KTU在高嶺土、蒙脫土、石英砂和巖心砂上的吸附,研究了兩種增稠劑的吸附量與濃度的關(guān)系以及各自的吸附平衡時間,并通過靜態(tài)吸附實驗找出各體系的吸附規(guī)律和吸附量的大小。(1)表面活性劑(CTAB)吸附等溫線的測定CTAB在石英砂、巖心砂上的吸附等溫線如圖1-a所示。圖1-a表明:CTAB在石英砂上的吸附量很小,約為0.10mg/g;其在巖心砂上的吸附等溫線為L型,當(dāng)平衡濃度為250mg/L左右時就達(dá)到飽和吸附,吸附量為0.80mg/g。CTAB在高嶺土、蒙脫土上的吸附等溫線如圖1-b所示。圖1-b表明:CTAB在高嶺土、蒙脫土上的吸附等溫線為L型,其飽和吸附量分別為11.2mg/g、11.8mg/g。當(dāng)平衡濃度小于100mg/L時,吸附量隨著平衡濃度的增加而成比例的增加;平衡濃度為350～400mg/L就基本達(dá)到飽和吸附。CTAB在蒙脫土上的吸附量略大于高嶺土,這可能是蒙脫土的水化膨脹性和離子交換能力均大于高嶺土所致。CTAB在4種吸附劑上吸附量大小順序是:蒙脫土>高嶺土>巖心砂>石英砂?？梢奀TAB在地層上的吸附主要是由蒙脫土和高嶺土引起,這是由粘土礦物的特殊結(jié)構(gòu)所決定的。(2)高分子聚合物(KTU)吸附等溫線的測定KTU在高嶺土、蒙脫土上的吸附等溫線如圖1-c所示。由圖1-c可見:KTU在高嶺土、蒙脫土上的吸附是由L型和H型等溫線組合而成。當(dāng)KTU濃度較低時,吸附量隨濃度的增加而線性增加,隨著KTU濃度的繼續(xù)增加,吸附量迅速上升并達(dá)到最大值,這可能是由于吸附劑表面被吸附的聚合物分子與溶液中的聚合物分子發(fā)生相互作用而在一些部位形成雙層或多層吸附。由圖1-c可以看出,KTU在蒙脫土上的吸附量大于高嶺土,最大吸附量分別為2.34mg/g、1.40mg/g,最大吸附量對應(yīng)的平衡濃度在500mg/L附近(533mg/L和476mg/L)。KTU在石英砂、巖心砂的吸附等溫線如圖1-d所示。KTU在石英砂、巖心砂上的吸附等溫線也存在最高點,最大吸附量分別為0.13mg/g、0.17mg/g,對應(yīng)的平衡濃度為424mg/L、409mg/L。KTU在4種吸附劑上吸附量大小的順序是:蒙脫土>高嶺土>巖心砂>石英砂。當(dāng)KTU濃度大于1000mg/L時,在巖心砂上的吸附量很小(低于0.02mg/g),這對壓裂過程很有利的,因為油田實際使用的KTU濃度一般都在1000mg/L以上?？偟膩碚f,CTAB在各種吸附劑上的吸附量都比KTU的吸附量大得多,這是因為CTAB的吸附分兩個階段:第一階段中吸附的單個分子或離子是形成表面膠團(tuán)的活性中心,靠的是靜電引力、VanderWaals引力和氫鍵與固體表面直接作用而吸附;第二階段溶液中的表面活性劑分子或離子與已吸附的表面活性劑分子或離子通過碳?xì)滏滈g的疏水作用形成表面膠團(tuán),吸附量增大。KTU分子量大,在溶劑中呈線團(tuán)伸展,并且常有孔的屏蔽效應(yīng),所以其吸附量要小得多。清潔壓裂液的稠化劑多為陽離子表面活性劑,它在地層的吸附問題在以往的文獻(xiàn)資料中未見報道。它在巖石表面的吸附會造成巖石表面的潤濕反轉(zhuǎn),損傷油氣層。2.過巖心流動性實驗分別用破膠后的瓜膠、KTU及VES壓裂液通過巖心流動實驗對其傷害性進(jìn)行測定,對基質(zhì)的滲透率的損害率分別為43.7%、35%和12.5%。由此可見VES壓裂液對基質(zhì)傷害最小。3.種壓裂液體系下殘液測定按SY/T5107分別對VES、瓜膠及KTU等3種壓裂液體系壓裂液殘渣含量進(jìn)行測定,結(jié)果為0、333.3、0mg/L?？梢钥闯龉夏z壓裂液殘渣含量較高,這會對壓裂形成的充填層造成堵塞性傷害。4.實驗結(jié)果表筆者分別對各壓裂液進(jìn)行粘土膨脹實驗,實驗結(jié)果如表1所示。由表1看出VES壓裂液的防膨效果最佳,KTU壓裂液次之,而瓜膠壓裂液的粘土防膨效果最差。四、增稠劑的篩選(1)在45℃下,溶液中清潔壓裂液的增稠劑CTAB在高嶺土、蒙脫土、石英砂和巖心砂上吸附的飽和吸附量分別為11.1、11.8、0.1、0.8mg/g,對應(yīng)的聚合物壓裂液的吸附的飽和吸附量為1.4、2.4、0.13、0.17mg/g。各增稠劑在4種吸附劑上的吸附量大小順序為:蒙脫土>高嶺土>巖心砂>石英砂。而陽離子表面活性劑在高嶺土和蒙脫土上的吸附量均高于高分子聚合物KTU。(2)通過對壓裂液進(jìn)行基質(zhì)滲透率損害率實驗,其結(jié)果表明清潔壓裂液對地層的傷害最小(12.5%),聚合物壓裂液(KTU)次之(35%),而瓜膠壓裂液傷害最大,達(dá)到43.7%。(3)VES壓裂液的防膨效果最佳,KTU壓裂液次之,而油田常用的瓜膠壓裂液