一種高性能有機(jī)酯前置酸加砂壓裂隔離液體系

摘 要

摘 要前置酸加砂壓裂工藝技術(shù)在油氣田現(xiàn)場(chǎng)增產(chǎn)改造作業(yè)中已進(jìn)行了大量應(yīng)用，并取得了較好的增產(chǎn)效果，但同時(shí)也暴露出了在壓裂注入過程中前置酸與壓裂液接觸提前破膠等問題。為
摘 要前置酸加砂壓裂工藝技術(shù)在油氣田現(xiàn)場(chǎng)增產(chǎn)改造作業(yè)中已進(jìn)行了大量應(yīng)用，并取得了較好的增產(chǎn)效果，但同時(shí)也暴露出了在壓裂注入過程中前置酸與壓裂液接觸提前破膠等問題。為此，根據(jù)前置酸加砂壓裂工藝技術(shù)的要求，從確保施工成功、提高增產(chǎn)效果出發(fā)，提出了采用前置酸加砂壓裂隔離液隔離前置酸和壓裂液技術(shù)，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)選出了有機(jī)酯類物質(zhì)作為前置酸加砂壓裂隔離液體系主劑，提出了高性能有機(jī)酯前置酸加砂壓裂隔離液隔配方和制備方式。對(duì)系列實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)分析結(jié)果的研究表明，所提出的有機(jī)酯前置酸加砂壓裂隔離液體系能較好滿足前置酸加砂壓裂要求，有效隔離前置酸液和壓裂液，提高了施工效果。
    關(guān)鍵詞 壓裂(巖石) 前置酸壓裂液隔離液有機(jī)酯體系施工效果
   
    前置酸加砂壓裂是將酸液在高于破裂壓力下泵入地層，使一部分酸液處于裂縫最前緣，一部分酸液濾失到裂縫壁面兩側(cè)，隨后繼續(xù)泵入攜砂液、頂替液，從而完成施工[1]。前置酸加砂壓裂常使用交聯(lián)羥丙基瓜膠為主的水基壓裂液，采用NaOH和NaC03調(diào)節(jié)pH值在9～11，壓裂液遇前置酸會(huì)破膠[2-3]。為解決該問題，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓裂施工時(shí)需加入一種隔離液，以實(shí)現(xiàn)隔開前置酸液和壓裂液的目的，從而提高施工效果。
    目前，國(guó)內(nèi)外無專用前置酸加砂壓裂用隔離液，現(xiàn)場(chǎng)施工過程中通常采用未交聯(lián)壓裂液作為隔離液[4-8]。采用未交聯(lián)壓裂液作隔離液會(huì)降低酸液濃度，減小反應(yīng)活性。另外，為了避免酸液和攜砂液接觸破膠，影響壓裂液攜砂性能，現(xiàn)場(chǎng)往往加入大量未交聯(lián)壓裂液作為隔離液，易導(dǎo)致儲(chǔ)層傷害。筆者針對(duì)所存在的問題，通過理論分析和室內(nèi)評(píng)價(jià)研究，提出了高性能有機(jī)酯前置酸加砂壓裂隔離液體系配方和制備方法。
1 使用隔離液的必要性及性能要求
1.1使用隔離液的必要性
在室內(nèi)將壓裂液與酸液1：1混合，攪勻，采用布什黏度計(jì)(0號(hào)轉(zhuǎn)子34S-1)測(cè)定其黏度變化，結(jié)果表明酸液和壓裂液接觸會(huì)破膠(圖1、表1)。
 
 

 
綜上所述，在前置酸加砂壓裂中，常使用交聯(lián)羥丙基瓜膠主的水基壓裂液和前置酸接觸會(huì)破膠。現(xiàn)場(chǎng)施工過程中通常采用未交聯(lián)壓裂作為隔離液，然而該隔離液存在會(huì)降低隔離液濃度、減小反應(yīng)活性、易傷害儲(chǔ)層等問題。因此非常有必要研制出一種新的前置酸加砂壓裂隔離液。
1.2 隔離液性能要求
    根據(jù)前置酸加砂壓裂工藝特點(diǎn)，為了確保施工成功并取得較好效果，隔離液應(yīng)具備如下性能[9]：①隔離液與壓裂液配伍；②隔離液與前置酸配伍；③隔離液與地層流體配伍；④隔離液不會(huì)引起壓裂液破膠；⑤隔離液不對(duì)儲(chǔ)層造成傷害；⑥壓裂時(shí)要求隔離液能起到很好的隔離效果，在壓裂后又能讓酸液與壓裂液接觸。
2 有機(jī)酯類物質(zhì)作用機(jī)理分析
2.1 有機(jī)酯基本性質(zhì)分析
石油行業(yè)中常用有機(jī)酯類物質(zhì)[10]通常為飽和羧酸酯(圖2-a)和磷酸酯(圖2-b)，均屬于中性物質(zhì)，不會(huì)對(duì)壓裂液造成破膠。
 

 
    由于有機(jī)酯為飽和碳鏈結(jié)構(gòu)，在井筒及儲(chǔ)層中不會(huì)發(fā)生聚合，仍保持其小分子狀態(tài)，因此不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。
2.2 有機(jī)酯水解反應(yīng)分析

有機(jī)酯的水解反應(yīng)為?；忌系挠H核取代，羧酸酯水解反應(yīng)方程式為式(1)[11]，產(chǎn)物為羧酸和飽和醇；磷酸酯水解反應(yīng)方程式為式(2)～(4)，產(chǎn)物為磷酸和飽和醇?？梢?，有機(jī)酯水解后產(chǎn)物為有機(jī)酸和醇類物質(zhì)。由于有機(jī)酸為酸化常用體系，有助于酸化，同時(shí)醇類物質(zhì)具有較好的潤(rùn)濕延展性，能降低表面張力。因此，有機(jī)酯不僅不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，其水解產(chǎn)物有機(jī)酸還能起到一定的酸化效果，醇類還能解除水鎖現(xiàn)象。
3 有機(jī)酯隔離液的配方及其制備方法
3.1有機(jī)酯隔離液配方
    有機(jī)酯隔離液配方為：A+B+D+E，由以下各種組分按重量份配比組成：15～35份或100份A；0～1份B；O～1份D；63～85份或0份E。
    所述A為常見酯類物質(zhì)，通式CmOOXnHy，C為碳元素、x為碳元素或磷元素，O為氧元素，H為氫元素。m值為2～8，當(dāng)X為碳元素時(shí)，n值為2～4，而當(dāng)X為磷元素時(shí)，n值為1，如乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸二甲酯、磷酸三丁酯等。所述B為吐溫80、span80、山梨糖醇酐油酸酯的其中一種或兩種以上的混合物。所述D為常見黏土穩(wěn)定劑，十二烷基胺乙酸氨、氯化十二烷基三甲銨。所述E為水。
3.2有機(jī)酯隔離液制備方法
   稱取15～35份或100份A、0～1份B、0～1份D、63～85份或0份E，然后將A、B、D、E放在混合容器中，攪拌器以低速轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌30 s，即得到筆者研制的前置酸加砂壓裂用隔離液。
4有機(jī)酯隔離液的性能評(píng)價(jià)
根據(jù)有機(jī)酯隔離液體系的組成，設(shè)計(jì)了3種具體的配方(表2)，開展了配伍性和隔離效果評(píng)價(jià)。
 

 
4.1 配伍性評(píng)價(jià)
將各隔離液配方與蘇里格氣田的實(shí)際地層水1：1混合，攪拌均勻，水浴90℃，4h后的結(jié)果如圖3所示。將液體過濾，濾紙上沒有固相物質(zhì)，表明有機(jī)酯隔離液體系與地層水配伍性較好。
 

 
4.2隔離效果評(píng)價(jià)
將各隔離液配方分別與酸和壓裂液混合，在低溫(20℃)和高溫(80℃)情況下靜置觀察，其結(jié)果表明有機(jī)酯隔離液能有效隔離前置酸和壓裂液(圖4和表3)。
 

 
5 結(jié)論
    1)優(yōu)選出了有機(jī)酯類物質(zhì)作為前置酸加砂壓裂隔離液體系主劑。
    2)形成了有機(jī)酯前置酸加砂壓裂隔離液配方和制備方法。
    3)根據(jù)系列實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)分析結(jié)果表明，筆者提出的有機(jī)酯前置酸加砂壓裂隔離液體系能較好滿足前置酸加砂壓裂要求，有效隔離前置酸液和壓裂液，提高了施工效果。
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本文作者：趙立強(qiáng)1 杜娟1 劉平禮1 趙振峰2 劉書杰3
作者單位：1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2．中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院 3．中海石油研究總院