压裂液与支撑剂.ppt
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1、压裂液和支撑剂,Taken from GRIs Advanced Stimulation Technology Deployment Program Course Notebook, GRI/96-0114,PINNACLE TECHNOLOGIES,概述,介绍 流体力学 压裂液类型 压裂液添加剂 压裂液的选择 压裂支撑剂,压裂液的要求,1) 和地层岩石和流体配伍 2) 产生足够的裂缝宽度,以便支撑剂进入 3) 能够悬浮和携带支撑剂到裂缝深部 4) 压裂和后续的停泵过程中保持粘性 5) 费用低廉,压裂液和添加剂,水基 高能 泡沫基 酸基 油基,聚合物 杀菌剂 破胶剂 调节剂 表活剂 粘土稳定剂
2、,压裂液,添加剂,起泡剂 降摩剂 热稳定剂 润湿反转剂 降滤失剂 交联剂,压裂液特性,粘度 控制裂缝宽度 (近井筒) 影响支撑剂的输送 滤失 控制裂缝中液体的量 影响裂缝的几何形状 密度 控制静水压力梯度 影响支撑剂对流,摩阻 控制井口施工压力 影响注入排量 PH值 控制交联剂性能 影响压裂液特性,什么是粘度,Q 或剪切速率 (),牛顿流体, 常量 =,p,Q,对牛顿流体,Q,Q,p,不同流型的 和 之间的关系,0,0,b,y,p,宾汉塑性流体,拟塑性流体 (剪切稀释),牛顿流体,膨胀流体 (剪切变稠),例子,钻井泥浆,压裂液,水,幂率模型一般描述压裂液,= 剪切应力, lb/ft = 剪切速
3、率, sec1/2 k = 稠度系数, lb-secn /ft n = 流态指数, 无因次,2, = k,n,LOG-SHEAR STRESS (,LOG-SHEAR RATE ( ),k = Intercept,n= Slope,泡沫模型,2,使用修改的幂率方程可以模拟泡沫流体 方程中k 和n 用来描述泡沫沿屈服点 o,o,n,k,= 剪切应力, lb/ft = 屈服点, lb/ft k = 泡沫稠度指数, lb-secn /ft2 n= 泡沫流态指数, 无因次,o,2,特定剪切速率下的视粘度,用以下方程来计算非牛顿流体的表观粘度,a,47880,k,a, a = 表观粘度, cp ka =
4、 稠度指数, lb-secn / ft2 n = 流动特性指数, 无因次 = 剪切速率, sec-1,其中:,压裂过程中典型的剪切速率,管柱中的剪切速率: 1000 - 5000 sec-1 裂缝中的剪切速率: 10 - 100 sec -1 测量的 n 和 k 通常在170到600 sec -1之间 可能并不代表裂缝中液体的实际流态 (40 sec -1),压裂液在裂缝中粘度的估算,a,47880 k,a,40,.,46,Q,w,2,h,n,1,裂缝中非牛顿流体的表观粘度,其中:, = 表观粘度, cp k = 稠度指数, lb-secn/ft 2 n = 流态指数, 无因次 Q = 注入排
5、量, bpm w = 裂缝宽度, in h = 裂缝高度, ft,剪切速率,a,a,粘度的测量,扭转弹簧,旋转杯,固定锤,测试液,常用液体的粘度值,水 线性瓜胶 交联瓜胶,1.0 0.8 0.5,0.00002 0.03 0.55,1.0 50 2000,压裂液类型,n,k,流变数据实例,1.0,0.1,0.01,0.001,0,1,2,3,4,5,6,时间, 小时,D,B,C,A,.,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,0,1,2,3,4,5,6,D,B,C,A,Source: Halliburton Energy Services,250F 50 lb/1000 HPG w/ Tita
6、nium,时间, 小时,液体表观粘度的测量,使用实际样品水和化学剂的混合物(施工用液) 现场取样测试(小样) 混合胍胶和化学剂 在模拟实际的温度、剪切时间和剪切速率下测试压裂液的流变性 模拟实际的剪切历史对压裂液进行测试 做多项测试,确保具有代表性,液体滤失方程,ki = 滤失层的渗透率, 达西 p = (x + pnet) - p, psi = 地层孔隙度, 分数 a = 滤失液的粘度, cp,kr = 油藏流体的渗透率, md Cr = 地层流体的压缩性, psi -1 r = 地层流体的粘度, cp,m = 体积 vs t 曲线的斜率 A = 测量Cw 的岩芯面积,造壁滤失系数的测量 (
7、C w ),体积,初滤失,斜率 = C 面积 / 0.0164,w,*,液体滤失添加剂(FLA)对造壁液体滤失系数Cw的影响,.,0.008,0.006,0.004,0.002,50,150,250,350,Titanate Fluid,Without FLA,40 lb,60 lb,40 lb,60 lb,With 25 lb/1000 gal Solid Particulate FLA,液体温度, F,总液体损失 Ct,平均 Williams 方法,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,t,c,v,w,v,w,w,r,c,v,w,2,4,2,2,2,2,2,1/2,滤失对液体效率的影
8、响,低的液体效率,短裂缝,高滤失,长裂缝,高液体效率,低滤失,液体效率,裂缝中液体的百分比 影响产生的裂缝尺寸 高漏失可导致砂堵 低漏失会延长闭合时间,影响支撑剂的铺置 对流 沉降,压裂液的类型,水基压裂液 线性胍胶压裂液 交联胍胶压裂液 泡沫基或高能压裂液 N , CO ,或混合 水,酸,油 油基压裂液 凝胶油基 交联油基 水包油乳化液 酸基压裂液 凝胶酸 交联酸 泡沫酸,2,2,线性胍胶压裂液,聚合物 胍胶 羥丙基胍胶(HPG) 羧甲基羥丙基胍胶 (CMHPG) 羥乙基纤维素 (HEC) 羧甲基羥乙基纤维素 (CMHEC) 羧甲基纤维素 (CMC),聚合物残渣 (按重量),高 中等 低 无
9、,Guar Guar HPG and CMHPG HEC, CMC, CMHEC & Polyacrylamides(聚丙烯酰胺),8-13% 5-6 1-4 0,胶凝剂,% 残渣,聚合物的相关成本,Guar HPG CMHPG HEC CMHEC Xanthan(黄原胶),成本增加,线性胍胶粘度曲线实例,.,30,40,50,60,70,80,90,100,110,10,30,50,70,90,温度, F,表观粘度, 300 rpm, (511 sec-1 )cp,30,lbs/1,000,Source: Dowell Schlumberger,J-876 (HPG),交联凝胶压裂液,交联剂
10、 硼 钛 锆 锑 铝,交联机理,线性胍胶粘度不足以输送支撑剂到裂缝深部 线性胍胶液中加入金属交联剂,将线性胍胶聚合体链连接在一起,形成很长的聚合链 随聚合链长度增加,液体粘度增加 可以通过温度和pH值控制交联,线性胍胶,交联胍胶,交联时间,交联快增加摩阻 胶联后沿管柱向下注入过程中承受剪切,降低最终粘度 硼酸盐体系具有最小的剪切敏感性 钛和锆酸盐体系对剪切特别敏感 大部分压裂液体系的交联时间可被加快或延迟,交联体系,各服务公司都有自己的体系 有些体系具有温度活性 有些体系由化学剂浓度控制 (保护剂),常用的交联剂,硼酸盐,钛,锆酸盐,温度 F 交联 剪切降解 交联速率 pH 值范围,300+
11、可逆的 无 变化的 8-12,Up to 400 持久 剪切敏感 变化的 高温: 高 pH 10,低温: 低 pH 5,聚合体和交联剂对粘度的影响,Guar HPG CMHPG,钛 锆 硼,粘度,不同温度下的粘度,0,20,40,60,80,100,120,140,0,200,400,600,800,时间,分钟,粘度 170 sec-1 (cp),200 F,250 F,300 F,增能压裂液,液体中伴入气体 体积比不超过 50% 用来帮助返排 气体不增加粘度 由基础液体粘度控制 气体并没有增加漏失控制 线性或交联胍胶作为基础液体,增能压裂液体,类型 氮气(N ) 二氧化碳 (CO ) 优点
12、减少液体体积 提高液体返排性 缺点 成本增加 静水压力损失 仅在希望在合适期间返排的部分液体中使用 计算需依据井底压力,2,2,泡沫液体-比单相液体更复杂,两相减少漏失 粘度取决于: 泡沫的质量 (液体/气体交互作用) 泡沫结构 (泡沫尺寸分布) 基液的流变特性 温度和压力 剪切历史 井底压力的测量很重要,泡沫压裂液,氮气 (N ) 水 (淡水和盐水) 水-甲醇 甲醇 烃 酸 二氧化碳 (CO ) 水 酸 变化 普通的和稳定的 变化的泡沫质量 交联 二元(N 和 CO 的混合物),2,2,2,2,泡沫中所用气体的特性,氮气,二氧化碳,输送,液体 -320 F, 25 psig,液体 0 F,
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- 压裂液 支撑
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