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        一種耐高溫海水基速溶壓裂液體系研究

        2018-07-19 08:22:58孫立田羅彤彤陳雁南盧亞平
        石油化工應(yīng)用 2018年6期
        關(guān)鍵詞:配液稠化劑瓜爾

        孫立田,羅彤彤,陳雁南,吳 萌,盧亞平

        (北京礦冶科技集團(tuán)有限公司,北京 102600)

        壓裂技術(shù)是低滲透油氣藏的主要增產(chǎn)措施,可以改善油氣層的滲流狀態(tài),起到增產(chǎn)增注的作用。應(yīng)用壓裂技術(shù)是提高低滲儲層單井產(chǎn)量的最有效方法。

        目前我國海上油氣儲量豐富,但低滲儲量動用程度較低,隨著海上油氣田的開發(fā),開發(fā)深海和低滲油田將是今后海上油田發(fā)展方向之一。若海上壓裂沿用陸地壓裂模式,由于受淡水資源運輸與存儲、作業(yè)場地等因素的影響,海上油田壓裂作業(yè)規(guī)模會大大受限[1]。

        海水基壓裂液體系的開發(fā)和研究對海上油田的高效開發(fā)具有重要的意義。首先可以滿足海上大規(guī)模壓裂的需要;能夠克服和減輕自然環(huán)境(如熱帶風(fēng)暴、寒潮)對海上壓裂的影響,保障海上油田壓裂增產(chǎn)措施的及時實施;同時節(jié)省運輸費、儲存成本,減輕后勤保障的壓力;更重要的是對未來遠(yuǎn)海油氣藏開發(fā)提供技術(shù)支撐。

        1 實驗

        實驗先制備了速溶瓜爾膠,并對其速溶效果進(jìn)行了考察。通過實驗研發(fā)出海水基壓裂液的配方,對壓裂液的各項性能分別予以檢測,結(jié)果令人滿意。最后對該體系開展了大流量連續(xù)配液的實驗。

        1.1 實驗原料、設(shè)備與儀器

        實驗用原材料、設(shè)備及儀器(見表1,表2)。

        表1 實驗用原材料

        表2 實驗設(shè)備及儀器

        1.2 壓裂液體系評價

        1.2.1 海水水質(zhì)檢測 該項目實施過程使用的海水由中海油能源發(fā)展股份有限公司提供的渤海海水水樣。對海水進(jìn)行水質(zhì)分析(見表3)。

        從對海水的水質(zhì)分析中可以看出,該海水樣品的礦化度非常高,其高濃度的無機(jī)鹽離子會嚴(yán)重阻礙瓜爾膠的溶解,使其分子末端鏈節(jié)由伸展趨于卷曲,分子的有效體積縮小,嚴(yán)重影響常規(guī)瓜爾膠分子在海水中的溶解和黏度的釋放,進(jìn)而削弱基液的黏度,影響凍膠的交聯(lián)效果。

        表3 海水水質(zhì)檢測表

        1.2.2 速溶稠化劑制備 鑒于上述海水如此之高的礦化度,需對瓜爾膠進(jìn)行改性來改善其速溶耐鹽效果。改性設(shè)計思路為:先由堿性的催化劑切斷其糖苷鍵,縮短其鏈長,而后在瓜爾膠分子上引入樹枝狀的磺酸鹽基團(tuán)。分子鏈變短、支鏈化程度增加均利于稠化劑分子在海水中迅速伸展,從而快速釋放黏度;引入的抗鹽基團(tuán)還可以削弱海水中無機(jī)鹽離子水化層對稠化劑分子的沖擊,改善稠化劑的抗鹽能力,提高凍膠的耐剪切能力[2]。

        稠化劑制備過程大致如下:將去殼瓜爾豆片放入捏合機(jī)中,按照質(zhì)量比1.2:1的比例加入不低于95℃的高溫?zé)崴?0 min后加入一定比例的反應(yīng)促進(jìn)劑、表面活性劑、乳化劑,控制捏合速度,同時反應(yīng)器內(nèi)抽真空至-0.1 MPa,反應(yīng)溫度穩(wěn)定在80℃~90℃,反應(yīng)2 h后中和出料,再將物料按流程送入增黏機(jī)、烘干系統(tǒng)、粉碎機(jī)進(jìn)行處理,最后用酒精進(jìn)行洗滌、烘干,得到形態(tài)美觀、分散性優(yōu)良的速溶稠化劑(見圖1~圖3)。

        圖1 反應(yīng)設(shè)備

        圖2 增黏粉碎設(shè)備

        圖3 篩分收集裝置

        1.2.3 稠化劑速溶率評價 速溶性能的設(shè)計要求:海水中溶脹5 min,基液黏度不低于最終水合黏度的90%。

        量取400 mL需要配制壓裂液量的實驗用海水,倒入500 mL燒杯中,并將燒杯安裝于立式攪拌機(jī)上,轉(zhuǎn)速調(diào)整到600 r/min。

        稱取0.5%濃度質(zhì)量的海水基速溶稠化劑;調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速至規(guī)定速度,將稱量好的稠化劑緩慢加入。在加完稠化劑同時啟動秒表,持續(xù)攪拌一段時間,形成均勻的溶液。到達(dá)規(guī)定時間后,取下溶液倒入黏度計量杯中,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速100 r/min測定膠液黏度。測定完畢,將膠液放在25℃水浴中靜置,分別檢測60 min、120 min時的黏度,計算各時間點下的黏度釋放速度(見表4,圖 4)。

        圖4 稠化劑的速溶性能

        實驗發(fā)現(xiàn):基液外觀均勻、無魚眼,基液溶解5 min后的黏度為84 mPa·s,基液最終黏度為92 mPa·s,黏度釋放速率為91.3%。

        通過大量實驗優(yōu)化后的耐溫135℃壓裂液體系配方為:0.5%改性瓜爾膠稠化劑+1%改性聚胺類調(diào)節(jié)劑+1%多胺鹽類溫度穩(wěn)定劑+0.2%改性聚烷烴類破乳助排劑+0.5%有機(jī)金屬復(fù)合交聯(lián)劑。

        表4 0.5%濃度稠化劑不同時間下的黏度變化

        表5 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與海水基速溶型壓裂液體系的指標(biāo)對比

        根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]對體系的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行評價,發(fā)現(xiàn)各指標(biāo)均優(yōu)于行標(biāo)要求,得數(shù)據(jù)(見表5)。

        1.3 體系連續(xù)配液研究

        隨著壓裂技術(shù)在非常規(guī)油氣開采中大面積普及應(yīng)用,本集團(tuán)迎合國內(nèi)各大油田需求自主研發(fā)了大流量、全自動、多功能、高精度的壓裂液配液設(shè)備,并先后在大慶油田、遼河油田、新疆油田、中原油田、延長油田、吉林油田、中石化華北分公司、勝利油田、長城鉆探等多地得到現(xiàn)場應(yīng)用[4]。實驗中使用該類型的配液設(shè)備對該壓裂液體系進(jìn)行連續(xù)配液中試評價,考察體系與配液設(shè)備的匹配性,固定稠化劑的濃度為0.5%,連續(xù)配液設(shè)備排量為3 m3~5 m3;測試稠化劑溶解濃度的適應(yīng)范圍,要求設(shè)備出口黏度不低于相應(yīng)濃度下的最終水合黏度的90%。

        1.3.1 配液流程及設(shè)備介紹 設(shè)備的配液過程大致如下所述:向粉罐加入稠化劑后,通過控制系統(tǒng)設(shè)定配制膠液的濃度、配液體積以及設(shè)備排量,此時控制系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)定值自行調(diào)節(jié)射流器負(fù)壓、螺旋給料速度。開始配液程序啟動后,流量調(diào)節(jié)閥自動全部打開,射流泵由儲水罐中抽取預(yù)先配制好的模擬海水,并有電子流量計記錄瞬時流量,當(dāng)瞬時流量達(dá)到80 m3/h后,射流器負(fù)壓達(dá)到能夠吸取稠化劑實現(xiàn)風(fēng)送上料的壓力,精密給料程序此時啟動螺旋給料,通過射流器實現(xiàn)模擬海水與稠化劑的混合,混合液進(jìn)入配液罐后通過高速攪拌機(jī)二次增黏,再通過多次靜態(tài)折流實現(xiàn)三次增黏,最終膠液通過發(fā)液泵排出,流程示意圖(見圖5,圖6)。該設(shè)備配液能力可在3 m3/min~10 m3/min調(diào)節(jié),配液罐攪拌功率11 kW。

        圖5 設(shè)備的配液流程

        圖6 模擬海水連續(xù)配液現(xiàn)場

        1.3.2 模擬海水配液評價 由于無法直接大量使用天然海水,因此連續(xù)配液使用人工模擬海水,模擬海水的礦化度及使用的化學(xué)原料如下所述。根據(jù)前述計算得到擬配制10 m3海水需要的物質(zhì)種類及數(shù)量(見表6)。

        表6 配制10 m3海水所需物料

        按照上述要求配制好海水,取樣檢測其礦化度為31 340 mg/L。固定海水基速溶瓜爾膠的濃度為0.5%進(jìn)行連續(xù)配液,設(shè)備排量在3 m3/min~5 m3/min調(diào)整,檢測設(shè)備出口基液的速溶效果。按照表7中的排量每次制備約3 m3膠液,配制5 min后取樣檢測黏度,使用六速黏度計,100 r/min測試。之后25℃靜置2 h后再檢測一次,記為最終水合黏度,計算速溶率(見表7,表8)。

        表7 連續(xù)配液不同排量下0.5%稠化劑的速溶效果

        表8 瓜爾膠稠化劑的速溶率與排量的關(guān)系

        從表7,表8中可看出,在固定稠化劑濃度為0.5%的條件下,該稠化劑體系對配液設(shè)備的適應(yīng)性很好,顯示出較為穩(wěn)定的速溶效果,5 min速溶率可以達(dá)到91.3%,速溶效果非常理想,后期項目組將聯(lián)系在油田現(xiàn)場進(jìn)行壓裂配液擴(kuò)大化中試以檢驗其實用性。

        2 結(jié)論

        (1)研發(fā)出一種速溶型改性瓜爾膠稠化劑,以天然海水配制膠液,攪拌5 min,其黏度釋放率可達(dá)最終水合黏度的91%。

        (2)研發(fā)出以速溶型改性瓜爾膠為稠化劑的海水基壓裂液體系,可耐溫135℃,耐鹽達(dá)30 000 mg/L,經(jīng)評價其各項性能指標(biāo)完全滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

        (3)該壓裂液體系能夠與大流量配液設(shè)備的排量相互匹配,且在較寬的排量范圍內(nèi)均能保持90%以上的速溶效果,有著很好的應(yīng)用前景。

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