压裂防砂控水一体化技术研究.doc

1 -《压裂防砂控水一体化技术研究》项目一、资料调研分析整理总结根据项目研究进度，我们进行了国内外压裂防砂控水一体化技术方面调研工作，通过分析整理资料，得到一下认识：（一）国内外现状及发展趋势1、压裂防砂工艺方面目前国内外防砂方式多种多样，主要有机械和化学两种，这两种方式都不可避免以牺牲部分油井产能为代价压裂防砂是上世纪末发展起来的一项新工艺，它是一种新颖的无筛管防砂技术，压裂防砂是一项复合压裂防砂工艺，首先它主要是利用端部脱砂工艺形成短而宽裂缝，将地层流体流动从径向流变为线性流，减少流体对砂粒的冲刷，其次是通过复合纤维网络、树脂陶粒（覆膜砂、预固化树脂砂）或者树脂喷淋陶粒技术等，在地层形成多种抑制砂粒移动的系统，能够有效防止支撑剂回流和地层吐砂，并且能大幅度提高产量国外，哈里伯顿主要采用端部脱砂压裂工艺复合树脂喷淋陶粒技术防砂，目的在地层人为造成砂堵，起到人工裂缝“饱填砂” ，树脂喷淋陶粒技术是在地面混砂车加装喷淋设备，在陶粒上喷涂一层树脂，进入地层后在固化剂作用在固结在一起，形成很高强度的砂堤，能够抗较强地层压差，达到提液增加产油量BJ 服务公司主要是采用端部脱砂+覆膜砂技术，主要依靠支撑剂之间点点应力，将陶粒表面膜连接起来，起到防砂作用。

斯伦贝谢公司是采用网状纤维加入支撑剂中，压裂后人为在支撑裂缝中形成桥架纤维网络，将支撑剂形成一个整体，起到防止支撑剂回流作用国内也相继开展了一些压裂研究工作，主要是吸收国外技术进行设计施工国内先后在胜利油田、青海油田、冀东油田等开展了研究工作，主要是采用树脂砂或者尾追纤维网络技术，取得了一定效果我们主要研究方向是高砂比压裂工艺（端部脱砂工艺）+尾追树脂陶粒+复合纤维网络技术，通过多种技术复合，实现纤维网络在裂缝中多层网络结构，树脂陶粒封口技术，以及端部脱砂技术实现将地层径向流动改变成线性流动，最终实现防砂固砂目的这项工艺我们在 2006 年已经在冀东油田应用了 3 口井取得了较好效果，在前期应用基础上 2007 年上半年我们将纤维注入方式进行了- 2 -改变，加工了纤维加入设备和配套工艺技术2、控水压裂技术目前国内外先后开展了控水压裂方面探索性研究工作，主要是应用于重复压裂井国外主要是在压裂初期注入暂堵剂在地层人为形成阻力，使人工裂缝实现转向，能够延伸到剩余油分布区，达到增产目的，对于高含水（含水 80％以上）重复井采用永久堵剂堵死老人工裂缝，然后压裂形成新的人工裂缝目前国外 NSI 公司已经拥有了永久堵剂和暂堵剂，在现场进行了应用，取得了不错成果。

国内主要是延长油矿、中原、大庆等应用于重复压裂，也是通过加入暂堵剂在地层中使人工裂缝转向，延伸到剩余油分布区大庆在国内首先试验了国外的永久堵剂堵死老裂缝，通过再次压裂造新裂缝我们控水压裂技术不只是局限于老井重复压裂，而且将其拓展到中高含水层但是有产能潜力层的压裂，目前华北油田已经是中后期开发，有压裂条件的低含水井层已经不多了，因此压裂选井选层十分困难，为了保证油田稳产，压裂又是十分必要的进攻型手段因此我们大胆拓展思路，将压裂与控水这两个矛盾体结合起来，研究出选择性堵水剂，能够在地层中堵塞出水孔隙，改变压裂裂缝方向，避开注水通道，达到控水增油目的现在我们已经优选出油溶水不溶性选择性堵水剂，进行了加入方式和方法研究，截至目前已经在留 70-160、强 26-3、留 416-15 累计 3 口井进行了应用，压裂后增油控水效果明显，目前已经设计等待施工还有 2 井次从现场应用和压裂后效果看达到了我们预期设想二、总体研究方案根据调研资料，确定在压裂酸化工程与油藏工程相结合的基础上，根据国内东部各油田中高含水井的实际条件，研究出有针对性的堵水、控水、防砂一体化配套工艺技术主要研究内容：（1） 、优质低伤害压裂液体系研究；（2） 、支撑剂和地层砂粒回流控制技术，包括树脂陶粒选择、纤维网络品优选和加入工艺等；（3） 、控水压裂的选择性堵水剂优选以及加入工艺；- 3 -（4） 、压裂防砂的理论研究，主要是树脂陶粒＋纤维网络品复合防砂理论；（5） 、控水压裂的理论研究，主要是堵水方式以及裂缝转向理论和软件研究；（6） 、数值模拟防砂和控水压裂研究。

三、堵水压裂液配方的优选1、稠化剂的优选稠化剂是压裂液的主要组分稠化剂性能主要以其增稠能力、交联能力和水不溶物多少来表征对目前常用的几种稠化剂的基本性能进行了对比试验，结果见表 1 所示表 1 稠化剂基本性能表稠化剂名称水不溶物(%)粘度（mPa.s ） 交联性能 备注田箐胶 18.6 81 能挑挂改性田箐胶 7.2 78 能挑挂香豆胶 9.3 87 能挑挂苦苈胶 8.9 135 能挑挂瓜胶原粉 16.6 123 能挑挂改性瓜胶 7.2 93 能挑挂低伤害瓜胶 2.8 99 能挑挂为达到最佳效果，根据压裂施工井层的渗透率，优选改性瓜胶（一级）或低伤害瓜胶为压裂液稠化剂稠化剂的浓度与冻胶的性能有很大的关系浓度小，达不到所需粘度，影响压裂液的携砂和造缝能力浓度过大，粘度过高，在目前施工条件下，造成压裂车上水困难，达不到所需排量，也影响正常施工，而且成本高，造成浪费必须选用适当的浓度，达到施工要求用RV3压裂液流变试验仪，在30℃条件下，对不同浓度的低伤害瓜胶溶胶液的粘度与流变参数进行了测定，数据见表2表2 30℃不同浓度稠化剂与粘度的关系- 4 -浓度（%） 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7稠化剂 粘度（mPa﹒s）改性瓜胶 18 24 30 42 54 66 75 93 117低伤害瓜胶 19 26 33 45 57 69 78 99 129试验表明：稠化剂的浓度越高，压裂液的耐温性能越好。

因此，所选稠化剂的浓度应由井深和地层温度来确定对于≤2000m的井，一般选用0.25%～0.4%稠化剂；2000～3000m，一般选用0.4%～0.5%稠化剂；3000～4000m，一般选用0.5%～0.7%稠化剂既能保证冻胶性能，又有利于施工2、交联剂的优选交联剂能将稠化剂分子彼此连接起来，形成网状结构，将水包在里面，形成粘弹性很高的冻胶提高压裂液的造缝与携砂能力能使瓜胶溶胶液交联的物质有硼砂、硼酸、有机硼、有机钛或有机锆由有机硼使用方便、无毒、对地层和支撑裂缝伤害小，因而得到了广泛应用表 3 不同有机硼交联剂的用量与交联性能有机硼种类 厂家用量（%） 交联性能适应温度（℃）LHJ 华油天成 0.25 150 秒形成光滑可挑挂冻胶，粘弹性好 ≥110CH-9 长城博大 0.25 150 秒形成光滑可挑挂冻胶，粘弹性好 ≥110JC-15 山东金佰利 0.12 120 秒形成光滑可挑挂冻胶，粘弹性好 ≤110备注：配方 =0.5%HPG+0.05%JA-1+0.05% NaOH+有机硼交联剂根据压裂施工井层的温度，对交联剂和破胶剂的种类与用量进行了优选选，高温（≥110℃）储层选用高温有机硼交联剂 LHJ 或 CH-9，用量0.25%～ 0.4%；中低温（≤ 110℃）储层选浓缩有机硼交联剂 JC-15，用量0.1%～ 0.15%。

选用过硫酸铵与胶囊破胶剂为压裂液的破胶剂，优选出了压裂液在不同温度不同时间内破胶所需破胶剂的用量，施工是按锥型加入交联剂（大→小）与- 5 -破胶剂（小→大） 3、进行了破胶剂的优选破胶剂对压裂液的性能影响非常大用量低时，压裂液破胶不彻底，对地层与支撑裂缝伤害大；用量高时，施工过程中压裂液破胶降解过快，会出现砂堵，使施工失败因此，破胶剂用量的选择十分重要经过大量的破胶试验，优选出了压裂液在不同温度下、不同时间内破胶所需破胶剂的用量施工时，根据施工时间与裂缝中压裂液温度剖面，按锥形（小→大）追加破胶剂，使压裂液的破胶时间与施工时间相一致，既能保证压裂液的造缝与携砂能力，又能使压裂液在施工结束后快速破胶、水化返排，减少压裂液对地层的伤害表 4 压裂液破胶时间、温度与破胶剂用量表时间(h) 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0温度( ℃) 破胶剂(%)15 1.0 0.8 0.65 0.5 0.420 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2525 0.4 0.3 0.2 0.15 0.1230 0.25 0.20 0.17 0.12 0.0835 0.20 0.15 0.12 0.08 0.0640 0.15 0.1 0.07 0.06 0.0545 0.12 0.08 0.06 0.05 0.0450 0.10 0.07 0.06 0.045 0.03555 0.08 0.06 0.055 0.04 0.0365 0.06 0.05 0.045 0.035 0.02575 0.05 0.04 0.03 0.025 0.0285 0.03 0.02 0.015 0.012 0.0195 0.02 0.015 0.012 0.01 0.008备 注 ≤55℃时，在配方中加入 0.2%W-3 低温活化剂4、破乳、助排剂的优选助排剂是通过降低处理液表面张力和油水界面张力，降低处理液在地层流动中的毛管阻力；破乳剂防止压裂液与地层原油形成乳状液，减少乳堵，促使- 6 -注入液体加快排液速度，减少地层伤害，提高压裂效果。

对于低渗透油层应着重考虑降低其表面张力与破乳如表 5 所示，D-50 与 AM-C021 具有较低的表面张力和界面张力，PZ-7 具有良好的防乳、破乳效果，同时还具备了与压裂液各添加剂相配伍的特点 表 5 几种 0.2%表面活性剂表（界）面张力与破乳率比较表名 称 ZA-5 OP PZ-7 FCD AM-C021 D-50 FAS表面张力(mN/m) 26.8 31.3 28.5 26.9 23.6 25.2 35.8界面张力(mN/m) 1.6 2.6 0.6 1.7 0.6 0.5 2.3破乳率（%） 62.0 96.0 100 48.0 60 68.0 965、粘土稳定剂的选择地层岩石中都含有一定量的粘土，与水发生膨胀、分散、迁移，堵塞出油孔隙，降低油层渗透率因此，粘土稳定剂的选择十分必要用不同配方的防膨剂水溶液，对膨润土进行了防膨实验实验数据见表 6表 6 不同浓度 KCL 与 AS-100 复配对膨润土的防膨试验数据KCL (%) 0 0.5 1.0 1.5 2.0AS-100(%) 冲洗次数 土柱体积（ml）初始 96 22 19 15 14冲洗一次 96 27 24 21 19冲洗二次 96 32 29 27 25冲洗三次 96 37 35 33 320上面液体浑浊，液面不清。

初始 23 14 12 11 10冲洗一次 24 14.5 12.5 12.0 11.5冲洗二次 24.5 15.0 13.0 12.5 12.0冲洗三次 25 15.0 13.0 12.5 12.01.0上面液体清澈，液面清澈由表 6 验数据可知，KCL 对膨润土的防膨初始防膨效果很好，1.0%KCL对膨润土的防膨初始防膨效果达 80.2%（但上面液体浑浊，液面不清） 其主要缺点是不耐水冲洗，永久防膨稳定能力较差如 1.0%KCL 经清水三次冲洗后，对膨润土的防膨防膨效果下降到 63.5%当 KCL 与 1.0% AS-100 的复配后，对膨润土的防膨效果明显好于单独使用 KCL 时的防膨效果，而且具备了一定的永久防膨稳定能力如 1.0%KCL+1.0% AS-100 对膨润土的防膨初始防- 7 -膨效果高达 87.5%（上面液体清澈，液面清澈） ，经清水三次冲洗后，防膨效果仍达 86.5%通过试验研究，根据地层岩石中的粘土含量，确定出粘土防膨剂类型及浓度，见表 7表 7 粘土含量与粘土防膨剂对应表粘土含量（%） 冻胶中防膨剂（%） 前垫液中防膨剂（%）15 1.0KCl+1.0 长效防膨剂 1.0KCl+2.0 长效防膨剂6、杀菌剂的优选植物胶压裂液在配制、放置过程。