胍胶对支撑剂导流层伤害分析

胍胶对支撑剂导流层伤害分析

植物凝胶对环境的污染较少，并且目前和未来的压裂液系统仍在推广应用中。目前国内应用成熟的胍胶主要是羟丙基胍胶(HPG)与羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)。自20世纪70年代,经过改性的羟丙基胍胶(HPG)广泛应用。国内2007年开展了羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)合成以及现场应用的研究。羧甲基羟丙基胍胶具有羧甲基和羟丙基双取代基团,水溶性更好,残渣含量更低。通过研究对比羟丙基胍胶(HPG)与羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)两种压裂液破胶性能、对天然岩芯的伤害、对支撑剂导流层的伤害以及现场选井应用对比分析,为下一步胍胶压裂液的发展提供方向。1不同浓度醇碱破胶的破胶效果对HPG与CMHPG体系破胶性能进行研究。对不同浓度的羟丙基胍胶(HPG)配成溶液后加入一定量的防膨剂与助排剂,采用有机硼进行交联。羧甲基羟丙基胍胶配成不同浓度的溶液后,加入同样的添加剂,采用有机锆交联好后备用。破胶采用强氧化剂过硫酸铵,能够快速彻底地破胶,但高分子自身的特殊性,很难完全降解,破胶液中仍存在大量的絮状物沉淀。针对这些絮状物残渣进行含量、中值粒径进行分析,结果如表1所示。采用过硫酸铵,胍胶压裂液较容易破胶,破胶后黏度均≤5mPa·s,水化后利于返排。由表1看出,同一种胍胶,使用浓度越高残渣含量越高;在同等使用浓度的情况下CMHPG体系的残渣普遍仅为HPG体系的1/3。采用激光粒度仪测得残渣的中值粒径在80~100μm,而目前低渗透油藏低孔、低渗,孔喉细小,喉道中值半径一般小于1.5μm,胍胶残渣颗粒侵入地层的机率较小。2压后返排伤害的模拟结果选取F4区块渗透率接近的的两块天然岩芯,长L=6.0cm,直径D=2.5cm,以3%NH4Cl饱和后测原始渗透率,分别注入3PV破胶液的滤液(大颗粒残渣会堵塞岩芯端面如图2,影响实验进行,故采用滤液来实验)对岩芯进行模拟伤害,再反通入3PV的3%NH4Cl来模拟压后返排解除伤害的过程,流程如图1所示。实验结果见表2,0.4%CMHPG破胶液伤害的岩芯,原始渗透率28.46×10-3μm2,通入破胶液后渗透率迅速降低至20.77×10-3μm2,模拟解除伤害后渗透恢复到25.54×10-3μm2,渗透率恢复到原始值的89%;0.4%HPG破胶液伤害的岩芯,原始渗透率22.46×10-3μm2,通入破胶液后渗透率迅速降低至19.08×10-3μm2,模拟解除伤害后渗透恢复到20.56×10-3μm2,渗透率恢复到原始值的90%,压裂液对天然岩芯伤害后渗透率可恢复。对伤害过的天然岩芯,处理出截面后见图3,采用扫描电镜放大1000倍后观察压裂液残渣侵入的深度如图4,在天然岩芯内部基本未见残渣絮状物,未见明显胍胶残渣,胍胶压裂液中的水不溶物、残渣等固相颗粒不会侵入地层。3压裂溶液对导管能力的影响压裂液中胍胶原有的水不溶物以及降解过程中形成的不溶残渣,会通过减少支撑剂充填层的有效孔隙空间来降低裂缝的导流能力,影响压裂效果。3.1性能测试方法实验原理:采用智能裂缝导流能力测试仪,根据压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法,测得支撑裂缝导流能力:式中,K为支撑裂缝渗透率,μm2;Q为裂缝内流量,cm3/s;μ为流体黏度,mPa·s;L为测试段长度,cm;A为支撑裂缝截面积,cm2;Δp为测试段两端的压力差,kPa;Wf为充填裂缝缝宽,cm。实验方法:支撑剂都选用0.425~0.85mm的陶粒,符合压裂支撑剂性能指标及测试方法的行业标准,在69MPa下破碎率仅为4.0%。称取64.5g陶粒,以10kg/m2的铺砂浓度铺置于两平行钢板之间,先用2%KCl盐水测得10MPa下的初始导流能力。然后通入不同孔隙体积数(PV数)破胶液,观察导流能力的变化。再反通2%KCl盐水,考察导流能力是否能恢复。对伤害后的支撑剂采用扫描电镜(SEM),观察残渣残胶在支撑剂表面的附着形态以及对孔隙度的堵塞状态。两点说明:(1)实验采用10MPa的闭合应力,未能模拟地层的闭合应力,主要防止支撑剂破碎会伤害支撑剂导流能力。(2)铺置层上下夹板采用钢板,而不采用天然岩芯,主要是减少支撑剂嵌入对实验的影响。3.2不同pvp的破胶效果分别将0.40%HPG、0.45%HPG、0.5%HPG、0.60%HPG交联压裂液水化破胶后备用。破胶后黏度均≤5mPa·s,残渣含量分别为360mg/L、420mg/L、550mg/L、700mg/L。注入不同PV数后导流能力的下降趋势如图5所示,当通入3PV时,导流能力由初始的200μm2·cm,直线下降到50μm2·cm,伤害率达到70%~80%,当继续通入破胶液后伤害率基本达到90%,如图可以看出所使用的胍胶浓度越大,所形成的伤害越大。再反通入2%KCl盐水模拟生产过程的返排过程,导流能力均不变,主要原因是一定闭合压力下,残渣堵塞在孔隙体积中,很难返排出来。压裂液分别将0.25%CMHPG、0.35%CMHPG、0.45%CMHPG、0.60%CMHPG交联压裂液水化破胶后备用。破胶后黏度均≤5mPa·s,残渣含量分别为70mg/L、105mg/L、140mg/L、270mg/L。注入不同PV数后导流能力的下降趋势如图6所示,当分别通入4PV破胶液时,4个浓度的导流能力下降的很少,伤害率仅10%~15%,继续通入破胶液后0.25%CMHPG、0.35%CMHPG、0.45%CMHPG最终的伤害率仅为20%~30%,0.60%CM-HPG的伤害率稍大达到65%~70%。说明胍胶的用量越大伤害越大。再反通入2%KCl盐水模拟生产过程的返排过程,导流能力同样很难恢复,因此采用低伤害的压裂液对支撑剂导流层导流能力保持率起着关键的作用。3.3%hpg破胶液的特性将相同使用浓度的0.60%CMHPG(残渣含量270mg/L)与0.60%HPG(残渣含量700mg/L)对导流能力的伤害过程进行对比,如图7所示。当分别注入5个PV数时,0.60%CMHPG破胶液对导流能力的保持率高达70%以上,而0.60%HPG的破胶液使得导流能力保持率只有15%;当注入体积达到10个PV数时,两种破胶液的伤害都趋于稳定,0.60%HPG破胶液伤害的最终保持率为8%,0.60%CMHPG破胶液伤害的最终保持率为25%。同浓度下的CMHPG交联破胶液的伤害要小得多。伤害后的支撑导流层采用扫描电子显微镜放大50倍后,观察残渣在陶粒表面的吸附情况,如图8、图9所示,0.60%CMHPG在陶粒表面的吸附情况得到大大改善。对伤害后的支撑导流层采用扫描电子显微镜放大2000倍后,观察破胶液在陶粒表面的吸附及孔隙之间堵塞的状态。如图11所示,CMHPG在陶粒表面很难找到絮状物质的吸附,HPG在陶粒颗粒表面产生了大量吸附,如图10所示。4对3g4井进行改造选井选层对不同胍胶体系实验对比分析,选择同一构造单元、同一层系、构造部位相似,有对应关系的F4—12与F4—13相比,见图12、图13。对F4—12井的22号层,2128.0~2141.4m进行改造,排量3.5m3/min,按设计加砂16m3;同时对F4—13井的21、22号层,2187.5~2201.4m进行改造,排量3.0m3/min,按设计加砂14m3,施工参数、规模相近,对两口井对比分析。F4—12井采用0.25%CMHPG压裂液,累计增油3316.0t,F4—13采用0.45%HPG压裂液,累计増油2470.9t,F4—12比F4—13井多増油846.0t,两口井产油量对比见图14,采用低伤害压裂液对提高压裂效果起到一定的作用。5纶胶压裂液的特点(1)胍胶压裂液,在保证与地层配伍性能好的基础上,对地层的伤害可逆,可恢复,渗透率可恢复到原始