先进支撑剂输送技术提高压裂效率
时间:2015-10-22 17:37
来源:
作者:张瑜
支撑剂输送技术是一种支撑剂和液体系统旨在通过减少泵送时间、用水量及消除外来化学物质让完井更简便。Propel SSP 聚合物水凝胶包裹周围,使支撑剂迅速膨胀并通过只添加水而停止。水化聚合物可以降低支撑剂的有效比重(SG),使支撑剂均匀分布在整个薄液压流体中,一旦此聚合物出现在断裂中,可被机械式破碎机彻底打破。这种更有效的水力压裂系统可根据更长的有效裂缝,扩展储层泄油的半径。
这种新技术可以简化井下化学过程,从而消除行业几十年来面临的困境。传统支撑剂在到达裂缝端部之前就中止压裂流体,通常工程师会增加压裂流体粘度和泵送率。压裂流体添加剂粘度的增加会造成高昂的成本,且化学过程会对地层与支撑剂的充填造成破坏。同时,工程师选择细孔、低导体支撑剂来增强输送能力。支撑剂根据所需的网格大小被泵入,其均匀与否取决于输送通过的裂缝长度和高度。工程师能够规划泵送设计,不需要一定的压裂液添加剂,如瓜尔胶、交联剂和减摩剂。Propel SSP 技术能够使储层接触面达到最大化。
优化技术设计流体系统
水凝胶聚合物包裹在压裂砂或陶瓷支撑剂的周围。该物质的特征并没有改变,当水凝胶聚合物与水混合时,水凝胶聚合物膨胀,降低物质的有效SG 以抵制沉降,使支撑剂在裂缝中堆积更高。
水凝胶在流体输送过程中仍然包裹在支撑剂的周围,在减小摩擦的同时泵送,提供每加仑(ppg)支撑剂的最小粘度为 5 厘泊 (cp) ~7 厘泊 (cp) 。这些低粘度流体保持在生产层中,使支撑剂输送到更远的地层,遍及裂缝半长。平滑水面是最常见的一种压裂液,减少了流体输送到井筒产生的摩擦。虽然平滑水面成本低,但支撑剂输送差,需要较高的泵送速率和大量的水,破坏了地层渗透率,从而导致有效裂缝半长减少。
线性凝胶可降低井底施工压力,使泵送速率降低,增加压裂液的支撑剂携带能力。交联凝胶高粘度范围为 200~1,000cp,与线性凝胶和光滑水面相比,进一步提高携带支撑剂的能力,增加裂缝宽度和高度。虽然支撑剂输送和裂缝结构改进了,但线性凝胶和交联凝胶将流体和支撑剂置于生产层外,从而留下有害的残留物。
地面处理不惧寒冷气候
在泵送之前,支撑剂输送在德克萨斯州南部夏季的高温、高湿度环境下不需要粘合在一起。这种耐湿性基准气候条件可以确保油品使用传统输送方法从支撑剂终端到井的完整性。Fairmount Santrol 研发中心以密切监测初始现场试验为基础,研发并完善了这个重要属性 。
在寒冷的时候, 没有使用水化单元,该技术也能够膨胀,与传统凝胶液体不同,这种鲁棒控制技术在 30 秒的泵送内可实现 190% 的膨胀,在零下储存,在4.4c (40-F) 下添加水。 在冷环境时,该技术不需要对附加的水加热。无论气候环境如何,油田服务公司无需调整地面设备或改变设备控制,就可以开启泵送系统。
输送的完美性取决于压力泵
由于支撑剂快速与水化合,所以保持剪切稳定至关重要。剪切稳定性是聚合物涂层能力,以保持与来自压裂搅拌器的支撑剂链接在一起,通过泵送、射孔与裂缝网络,剪切稳定性可以确保涂层支撑剂均匀分布和堆叠,遍及整个裂缝。如果聚合物分离,可能会产生两种不良影响。一是流体粘度将增加,从而导致压裂超出生产区范围;二是技术的独特叠加效应即增加支撑裂缝的高度将缺少。
膨胀、剪切稳定聚合物涂层降低支撑剂基质的有效 SG。当泵送支撑剂浓度小于 3 ppg,较低的 SG 可以使支撑剂输送更有效。这种支撑剂输送是通过减少所需的流体速度以保持支撑剂的流动。当支撑剂浓度增加到 3ppg以上,SG 对这种技术所起的作用并不大。一般来说,浓度在 3ppg 以上,该技术可消耗流体柱中所有的游离水,从而导致压裂液悬浮均匀和理想的支撑剂输送。
测试验证聚合物分解效果
该技术利用常规破碎机进行泵送。破碎物吸附在水凝胶内,随着水到达井下,导致水凝胶打开支撑剂,分解很容易回流的低分子量流体。流体返排后,在裂缝中没有残留,或是与常规流体一起留在支撑剂填充周围。
利用商用破碎机进行分解试验,包括过硫酸铵和过氧化镁。十几个油田服务公司已经使用他们的专用化学产品进行了同样的测试。 测试条件由各种浓度、温度、分解加载速率和时间组成。在泵送之前,聚合物分解应该通过测试流体粘度和支撑剂填充特性得到验证。当粘度降低至接近水的浓度时,该聚合物将返排,支撑剂填充应出现在同样的未涂层基体,填充相同体积空间的石屑作为等质量的砂样。
更详细的分析和性能测试也证实该技术的全新突破。分析测试包括燃烧测试的损失量和光谱分析,并已证实在支撑剂表面上没有残留物。与滑溜水和降低烃类流动 50% 以上的胶凝压裂液相比,长期重新获得支撑剂充填的电导率和保留岩心渗透性的性能测试证实了特殊聚合物的净化能力。
Thirteen 勘探开发公司已经在美国和加拿大区块中的 40 多口井应用该技术。与采用不同流体体系和相同泵计划表已完成的邻井相比,该技术使碳氢化合物产量在六个月内增加了30%。在一些情况下,作业者通过较高的支撑剂浓度使碳氢化合物产量在两个月内超过 50% 以上。该技术利用较高支撑剂浓度增加产量,还可以让作业者减少用水量、化学过程和能量消耗。