胍膠對支撐劑導流層傷害分析

胍膠對支撐劑導流層傷害分析

植物凝膠對環(huán)境的污染較少，并且目前和未來的壓裂液系統(tǒng)仍在推廣應(yīng)用中。目前國內(nèi)應(yīng)用成熟的胍膠主要是羥丙基胍膠(HPG)與羧甲基羥丙基胍膠(CMHPG)。自20世紀70年代,經(jīng)過改性的羥丙基胍膠(HPG)廣泛應(yīng)用。國內(nèi)2007年開展了羧甲基羥丙基胍膠(CMHPG)合成以及現(xiàn)場應(yīng)用的研究。羧甲基羥丙基胍膠具有羧甲基和羥丙基雙取代基團,水溶性更好,殘渣含量更低。通過研究對比羥丙基胍膠(HPG)與羧甲基羥丙基胍膠(CMHPG)兩種壓裂液破膠性能、對天然巖芯的傷害、對支撐劑導流層的傷害以及現(xiàn)場選井應(yīng)用對比分析,為下一步胍膠壓裂液的發(fā)展提供方向。1不同濃度醇堿破膠的破膠效果對HPG與CMHPG體系破膠性能進行研究。對不同濃度的羥丙基胍膠(HPG)配成溶液后加入一定量的防膨劑與助排劑,采用有機硼進行交聯(lián)。羧甲基羥丙基胍膠配成不同濃度的溶液后,加入同樣的添加劑,采用有機鋯交聯(lián)好后備用。破膠采用強氧化劑過硫酸銨,能夠快速徹底地破膠,但高分子自身的特殊性,很難完全降解,破膠液中仍存在大量的絮狀物沉淀。針對這些絮狀物殘渣進行含量、中值粒徑進行分析,結(jié)果如表1所示。采用過硫酸銨,胍膠壓裂液較容易破膠,破膠后黏度均≤5mPa·s,水化后利于返排。由表1看出,同一種胍膠,使用濃度越高殘渣含量越高;在同等使用濃度的情況下CMHPG體系的殘渣普遍僅為HPG體系的1/3。采用激光粒度儀測得殘渣的中值粒徑在80~100μm,而目前低滲透油藏低孔、低滲,孔喉細小,喉道中值半徑一般小于1.5μm,胍膠殘渣顆粒侵入地層的機率較小。2壓后返排傷害的模擬結(jié)果選取F4區(qū)塊滲透率接近的的兩塊天然巖芯,長L=6.0cm,直徑D=2.5cm,以3%NH4Cl飽和后測原始滲透率,分別注入3PV破膠液的濾液(大顆粒殘渣會堵塞巖芯端面如圖2,影響實驗進行,故采用濾液來實驗)對巖芯進行模擬傷害,再反通入3PV的3%NH4Cl來模擬壓后返排解除傷害的過程,流程如圖1所示。實驗結(jié)果見表2,0.4%CMHPG破膠液傷害的巖芯,原始滲透率28.46×10-3μm2,通入破膠液后滲透率迅速降低至20.77×10-3μm2,模擬解除傷害后滲透恢復到25.54×10-3μm2,滲透率恢復到原始值的89%;0.4%HPG破膠液傷害的巖芯,原始滲透率22.46×10-3μm2,通入破膠液后滲透率迅速降低至19.08×10-3μm2,模擬解除傷害后滲透恢復到20.56×10-3μm2,滲透率恢復到原始值的90%,壓裂液對天然巖芯傷害后滲透率可恢復。對傷害過的天然巖芯,處理出截面后見圖3,采用掃描電鏡放大1000倍后觀察壓裂液殘渣侵入的深度如圖4,在天然巖芯內(nèi)部基本未見殘渣絮狀物,未見明顯胍膠殘渣,胍膠壓裂液中的水不溶物、殘渣等固相顆粒不會侵入地層。3壓裂溶液對導管能力的影響壓裂液中胍膠原有的水不溶物以及降解過程中形成的不溶殘渣,會通過減少支撐劑充填層的有效孔隙空間來降低裂縫的導流能力,影響壓裂效果。3.1性能測試方法實驗原理:采用智能裂縫導流能力測試儀,根據(jù)壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法,測得支撐裂縫導流能力:式中,K為支撐裂縫滲透率,μm2;Q為裂縫內(nèi)流量,cm3/s;μ為流體黏度,mPa·s;L為測試段長度,cm;A為支撐裂縫截面積,cm2;Δp為測試段兩端的壓力差,kPa;Wf為充填裂縫縫寬,cm。實驗方法:支撐劑都選用0.425~0.85mm的陶粒,符合壓裂支撐劑性能指標及測試方法的行業(yè)標準,在69MPa下破碎率僅為4.0%。稱取64.5g陶粒,以10kg/m2的鋪砂濃度鋪置于兩平行鋼板之間,先用2%KCl鹽水測得10MPa下的初始導流能力。然后通入不同孔隙體積數(shù)(PV數(shù))破膠液,觀察導流能力的變化。再反通2%KCl鹽水,考察導流能力是否能恢復。對傷害后的支撐劑采用掃描電鏡(SEM),觀察殘渣殘膠在支撐劑表面的附著形態(tài)以及對孔隙度的堵塞狀態(tài)。兩點說明:(1)實驗采用10MPa的閉合應(yīng)力,未能模擬地層的閉合應(yīng)力,主要防止支撐劑破碎會傷害支撐劑導流能力。(2)鋪置層上下夾板采用鋼板,而不采用天然巖芯,主要是減少支撐劑嵌入對實驗的影響。3.2不同pvp的破膠效果分別將0.40%HPG、0.45%HPG、0.5%HPG、0.60%HPG交聯(lián)壓裂液水化破膠后備用。破膠后黏度均≤5mPa·s,殘渣含量分別為360mg/L、420mg/L、550mg/L、700mg/L。注入不同PV數(shù)后導流能力的下降趨勢如圖5所示,當通入3PV時,導流能力由初始的200μm2·cm,直線下降到50μm2·cm,傷害率達到70%~80%,當繼續(xù)通入破膠液后傷害率基本達到90%,如圖可以看出所使用的胍膠濃度越大,所形成的傷害越大。再反通入2%KCl鹽水模擬生產(chǎn)過程的返排過程,導流能力均不變,主要原因是一定閉合壓力下,殘渣堵塞在孔隙體積中,很難返排出來。壓裂液分別將0.25%CMHPG、0.35%CMHPG、0.45%CMHPG、0.60%CMHPG交聯(lián)壓裂液水化破膠后備用。破膠后黏度均≤5mPa·s,殘渣含量分別為70mg/L、105mg/L、140mg/L、270mg/L。注入不同PV數(shù)后導流能力的下降趨勢如圖6所示,當分別通入4PV破膠液時,4個濃度的導流能力下降的很少,傷害率僅10%~15%,繼續(xù)通入破膠液后0.25%CMHPG、0.35%CMHPG、0.45%CMHPG最終的傷害率僅為20%~30%,0.60%CM-HPG的傷害率稍大達到65%~70%。說明胍膠的用量越大傷害越大。再反通入2%KCl鹽水模擬生產(chǎn)過程的返排過程,導流能力同樣很難恢復,因此采用低傷害的壓裂液對支撐劑導流層導流能力保持率起著關(guān)鍵的作用。3.3%hpg破膠液的特性將相同使用濃度的0.60%CMHPG(殘渣含量270mg/L)與0.60%HPG(殘渣含量700mg/L)對導流能力的傷害過程進行對比,如圖7所示。當分別注入5個PV數(shù)時,0.60%CMHPG破膠液對導流能力的保持率高達70%以上,而0.60%HPG的破膠液使得導流能力保持率只有15%;當注入體積達到10個PV數(shù)時,兩種破膠液的傷害都趨于穩(wěn)定,0.60%HPG破膠液傷害的最終保持率為8%,0.60%CMHPG破膠液傷害的最終保持率為25%。同濃度下的CMHPG交聯(lián)破膠液的傷害要小得多。傷害后的支撐導流層采用掃描電子顯微鏡放大50倍后,觀察殘渣在陶粒表面的吸附情況,如圖8、圖9所示,0.60%CMHPG在陶粒表面的吸附情況得到大大改善。對傷害后的支撐導流層采用掃描電子顯微鏡放大2000倍后,觀察破膠液在陶粒表面的吸附及孔隙之間堵塞的狀態(tài)。如圖11所示,CMHPG在陶粒表面很難找到絮狀物質(zhì)的吸附,HPG在陶粒顆粒表面產(chǎn)生了大量吸附,如圖10所示。4對3g4井進行改造選井選層對不同胍膠體系實驗對比分析,選擇同一構(gòu)造單元、同一層系、構(gòu)造部位相似,有對應(yīng)關(guān)系的F4—12與F4—13相比,見圖12、圖13。對F4—12井的22號層,2128.0~2141.4m進行改造,排量3.5m3/min,按設(shè)計加砂16m3;同時對F4—13井的21、22號層,2187.5~2201.4m進行改造,排量3.0m3/min,按設(shè)計加砂14m3,施工參數(shù)、規(guī)模相近,對兩口井對比分析。F4—12井采用0.25%CMHPG壓裂液,累計增油3316.0t,F4—13采用0.45%HPG壓裂液,累計増油2470.9t,F4—12比F4—13井多増油846.0t,兩口井產(chǎn)油量對比見圖14,采用低傷害壓裂液對提高壓裂效果起到一定的作用。5綸膠壓裂液的特點(1)胍膠壓裂液,在保證與地層配伍性能好的基礎(chǔ)上,對地層的傷害可逆,可恢復,滲透率可恢復到原始