最新压裂液与支撑剂幻灯片.ppt
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1、概述概述介绍介绍流体力学流体力学压裂液类型压裂液类型压裂液添加剂压裂液添加剂压裂液的选择压裂液的选择压裂支撑剂压裂支撑剂泡沫模型泡沫模型2使用修改的幂率方程可以模拟泡沫流体使用修改的幂率方程可以模拟泡沫流体方程中方程中k 和和n 用来描述泡沫沿屈服点用来描述泡沫沿屈服点 o o onk = 剪切应力剪切应力, lb/ft = 屈服点屈服点, lb/ftk = 泡沫稠度指数泡沫稠度指数, lb-secn /ft2n= 泡沫流态指数泡沫流态指数, 无因次无因次o2 特定剪切速率下的视粘度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用以下方程来计算非牛顿流体的表观粘度 a 47880
2、k a n- 1 a = 表观粘度表观粘度, cpka = 稠度指数稠度指数, lb-secn / ft2n = 流动特性指数流动特性指数, 无因次无因次 = 剪切速率剪切速率, sec-1其中其中:压裂过程中典型的剪切速率压裂过程中典型的剪切速率管柱中的剪切速率管柱中的剪切速率: 1000 - 5000 sec-1裂缝中的剪切速率裂缝中的剪切速率: 10 - 100 sec -1测量的测量的 n 和和 k 通常在通常在170到到600 sec -1之间之间可能并不代表裂缝中液体的实际流态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压裂液在裂缝中粘度的估算
3、a 47880 ka40.46 Qw2hn 1裂缝中非牛顿流体的表观粘度裂缝中非牛顿流体的表观粘度,其中其中: = 表观粘度表观粘度, cpk = 稠度指数稠度指数, lb-secn/ft 2n = 流态指数流态指数, 无因次无因次Q = 注入排量注入排量, bpmw = 裂缝宽度裂缝宽度, inh = 裂缝高度裂缝高度, ft剪切速率剪切速率aa粘度的测量粘度的测量扭转弹簧扭转弹簧旋转杯旋转杯固定锤固定锤测试液测试液常用液体的粘度值常用液体的粘度值水水线性瓜胶线性瓜胶交联瓜胶交联瓜胶1.00.80.50.000020.030.551.0502000压裂液类型压裂液类型nk 粘度粘度 170
4、sec-1流变数据实例流变数据实例1.00.10.010.0010123456ka时间时间, 小时小时DBCA.1.00.80.60.40.20123456nDBCASource: Halliburton Energy Services250F50 lb/1000 HPG w/ Titanium时间时间, 小时小时液体表观粘度的测量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)-现场取样测试现场取样测试(小样小样)混合胍胶和化学剂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在模拟实际的温度、剪切时间和剪切速率下测试压
5、裂液的流变性变性模拟实际的剪切历史对压裂液进行测试模拟实际的剪切历史对压裂液进行测试做多项测试,确保具有代表性做多项测试,确保具有代表性液体滤失方程液体滤失方程Ckpvia 0 04691 2./ Cpk Ccrrr 0 03741 2./ CmAw 0 0164.(实验室测定实验室测定)ki = 滤失层的渗透率滤失层的渗透率, 达西达西 p = ( x + pnet) - p, psi = 地层孔隙度地层孔隙度, 分数分数 a= 滤失液的粘度滤失液的粘度, cpkr = 油藏流体的渗透率油藏流体的渗透率, mdCr = 地层流体的压缩性地层流体的压缩性, psi -1 r = 地层流体的粘度
6、地层流体的粘度, cpm= 体积体积 vs t 曲线的斜率曲线的斜率A= 测量测量Cw 的岩芯面积的岩芯面积造壁滤失系数的测量造壁滤失系数的测量 (C w )体积体积时间时间初滤失初滤失斜率斜率 = C 面积面积 / 0.0164w* 液体滤失添加剂液体滤失添加剂(FLA)对造壁液体滤失系数对造壁液体滤失系数Cw的影响的影响.0.0080.0060.0040.00250150250350液体损失系数液体损失系数, C (ft/min )w1/2Titanate FluidWithout FLA40 lb60 lb40 lb60 lbWith 25 lb/1000 galSolid Partic
7、ulate FLA液体温度液体温度, F总液体损失总液体损失 Ct平均平均 Williams 方法方法 CCCCtvcw 1111 CC C CC CC CCCCtcvwvwwrcvw 24222221/2滤失对液体效率的影响滤失对液体效率的影响低的液体效率低的液体效率短裂缝短裂缝 高滤失高滤失长裂缝长裂缝高液体效率高液体效率低滤失低滤失液体效率液体效率裂缝中液体的百分比裂缝中液体的百分比影响产生的裂缝尺寸影响产生的裂缝尺寸高漏失可导致砂堵高漏失可导致砂堵低漏失会延长闭合时间,影响支撑剂的铺置低漏失会延长闭合时间,影响支撑剂的铺置-对流对流-沉降沉降压裂液的类型压裂液的类型水基压裂液水基压裂液
8、-线性胍胶压裂液线性胍胶压裂液-交联胍胶压裂液交联胍胶压裂液泡沫基或高能压裂液泡沫基或高能压裂液-N , CO ,或混合或混合-水,酸,油水,酸,油油基压裂液油基压裂液-凝胶油基凝胶油基-交联油基交联油基-水包油乳化液水包油乳化液酸基压裂液酸基压裂液-凝胶酸凝胶酸-交联酸交联酸-泡沫酸泡沫酸22线性胍胶压裂液线性胍胶压裂液聚合物聚合物-胍胶胍胶-羥丙基胍胶羥丙基胍胶(HPG)-羧甲基羥丙基胍胶羧甲基羥丙基胍胶 (CMHPG)-羥乙基纤维素羥乙基纤维素 (HEC)-羧甲基羥乙基纤维素羧甲基羥乙基纤维素 (CMHEC)-羧甲基纤维素羧甲基纤维素 (CMC)聚合物残渣聚合物残渣 (按重量按重量)高高
9、中等中等低低无无GuarGuarHPG and CMHPGHEC, CMC, CMHEC & Polyacrylamides(聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺)8-13%5-61-40胶凝剂胶凝剂% 残渣残渣聚合物的相关成本聚合物的相关成本GuarHPGCMHPGHECCMHECXanthan(黄原胶黄原胶)成本增加成本增加线性胍胶粘度曲线实例线性胍胶粘度曲线实例.304050607080901001101030507090温度温度, F表观粘度表观粘度 300 rpm, (511 sec-1 )cp60504030lbs/1,000Source: Dowell SchlumbergerJ-876 (HP
10、G)交联凝胶压裂液交联凝胶压裂液交联剂交联剂-硼硼-钛钛-锆锆-锑锑-铝铝交联机理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,液体粘度增加随聚合链长度增加,液体粘度增加可以通过温度和可以通过温度和pH值控制交联值控制交联线性胍胶线性胍胶交联胍胶交联胍胶交联时间交联时间交联快增加摩阻交联快增加摩阻胶联后沿管柱向下注入过程中承受剪切,降低最终粘度胶联后沿管柱向下注入过程中承受剪切,降低最终粘度
11、-硼酸盐体系具有最小的剪切敏感性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大部分压裂液体系的交联时间可被加快或延迟交联体系交联体系各服务公司都有自己的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具有温度活性有些体系由化学剂浓度控制有些体系由化学剂浓度控制 (保护剂保护剂)常用的交联剂常用的交联剂硼酸盐硼酸盐钛,锆酸盐钛,锆酸盐温度温度 F交联交联剪切降解剪切降解交联速率交联速率pH 值范围值范围300+可逆的可逆的无无变化的变化的8-12Up to 400持久持久剪切敏感剪切敏感变化的变化的高温高
12、温: 高高 pH 10+低温低温: 低低 pH 5聚合体和交联剂对粘度的影响聚合体和交联剂对粘度的影响Guar HPG CMHPG钛钛 锆锆 硼硼粘度粘度不同温度下的粘度不同温度下的粘度0204060801001201400200400600800时间,分钟时间,分钟粘度粘度 170 sec-1 (cp)200 F250 F300 F增能压裂液增能压裂液液体中伴入气体液体中伴入气体-体积比不超过体积比不超过 50%用来帮助返排用来帮助返排气体不增加粘度气体不增加粘度-由基础液体粘度控制由基础液体粘度控制气体并没有增加漏失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线性或交联胍胶作为基础
13、液体增能压裂液体增能压裂液体类型类型-氮气氮气(N )-二氧化碳二氧化碳 (CO ) 优点优点-减少液体体积减少液体体积-提高液体返排性提高液体返排性缺点缺点-成本增加成本增加-静水压力损失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计算需依据井底压力22泡沫液体泡沫液体-比单相液体更复杂比单相液体更复杂两相减少漏失两相减少漏失粘度取决于粘度取决于:-泡沫的质量泡沫的质量 (液体液体/气体交互作用气体交互作用)-泡沫结构泡沫结构 (泡沫尺寸分布泡沫尺寸分布)-基液的流变特性基液的流变特性-温度和压力温度和压力-剪切历史剪切历史井底压
14、力的测量很重要井底压力的测量很重要泡沫压裂液泡沫压裂液氮气氮气 (N )-水水 (淡水和盐水淡水和盐水)-水水-甲醇甲醇-甲醇甲醇-烃烃-酸酸二氧化碳二氧化碳 (CO )-水水-酸酸变化变化-普通的和稳定的普通的和稳定的-变化的泡沫质量变化的泡沫质量-交联交联-二元二元(N 和和 CO 的混合物的混合物)2222泡沫中所用气体的特性泡沫中所用气体的特性氮气氮气二氧化碳二氧化碳输送输送液体液体 -320 F, 25 psig液体液体 0 F, 300 psig泵注方法泵注方法专门的低温泵专门的低温泵常规的三缸泵常规的三缸泵注入阶段注入阶段泵注液体经过热转换器泵注液体经过热转换器以气体注入以气体注
15、入液体液体化学反应化学反应没有反应没有反应碳酸泡沫碳酸泡沫pH惰性惰性3.5操作的灵活性操作的灵活性仅仅是气体仅仅是气体可以是液体,气体或固体可以是液体,气体或固体密度密度 5,000 psi, 60 F2.8 ppg8.5 ppg临界温度临界温度-232 F88F泡沫压裂液泡沫压裂液 优点优点注入地层的液体最少注入地层的液体最少自增能自增能良好的液体滤失控制良好的液体滤失控制减少固相减少固相 (F.L.A. & 聚合体聚合体) 缺点缺点静水压力损失静水压力损失 (氮气氮气)增加了摩阻压力增加了摩阻压力 (二氧化碳二氧化碳)高能物质的耗费高能物质的耗费支撑剂对流更明显支撑剂对流更明显 (氮氮)
16、BHTP更难解释更难解释泡沫稳定性泡沫稳定性结构好的泡沫更稳定结构好的泡沫更稳定聚合物增加了稳定性聚合物增加了稳定性压力增加了稳定性压力增加了稳定性高剪切周期增加了稳定性高剪切周期增加了稳定性表活剂(起泡剂)类型和浓度影响稳定性表活剂(起泡剂)类型和浓度影响稳定性泡沫结构泡沫结构描述泡沫尺寸分布,形状和结构描述泡沫尺寸分布,形状和结构取决于压力,质量,流动条件,剪切历史,泡沫生成取决于压力,质量,流动条件,剪切历史,泡沫生成技术和化学成分技术和化学成分结构好的泡沫更稳定结构好的泡沫更稳定泡沫半衰期泡沫半衰期测量泡沫的稳定性测量泡沫的稳定性的液体从泡沫中析出的时间的液体从泡沫中析出的时间未交联泡
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