新型滑溜水压裂液研究

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非常规能源开发在国内再掀热潮,体积压裂增产成为非常规天然气开采的理想途径之一,滑溜水压裂液则扮演了重要的角色。然而非常规能源开采中滑溜水压裂液却面临着较高管路摩阻、较低的携砂能力以及环境负载大诸多问题,所以研发一种新型的滑溜水压裂液非常重要。文章通过调研常规压裂液和滑溜水压裂液的发展,按照溶胀速度、增稠能力、摩阻特性、残渣含量等性能指标对滑溜水压裂液的减阻剂进行详尽筛选比较,按照降低表面张力能力和防膨效果等指标又对表面活性剂、防膨剂等助剂进行优化筛选,并考察了其对新型滑溜水压裂液的摩阻性能的影响,最后通过实验研究了新型滑溜水压裂液的破胶性能,最终形成了适合非常规天然气开采的清洁的、低摩阻、较高携砂能力的新型滑溜水压裂液体系,而且发现新型滑溜水压裂液的配伍性能良好。通过环境扫描电镜对新型滑溜水压裂液进行显微结构观察发现新型滑溜水压裂液是一种结构流体,它的表观粘度主要由结构粘度构成。通过高温高压流变仪对新型滑溜水压裂液的流变性能表征发现:新型滑溜水压裂液是一种假塑型流体,510s-1条件的稳态剪切对它的流体结构不会产生影响;它的抗温抗剪切性能良好,在60℃、170s-1条件下1h后粘度还能够保持20mpa·s以上;新型滑溜水压裂液体系高浓度配方是一种粘弹性流体,和其它相同表观粘度或者更高的表观粘度的流体比较,它的储能模量更大,而且表现出较强的弹性特征,同时也验证了它是一种结构流体,溶液结构强度不能单单由表观粘度来表征。为了更好地评价新型滑溜水压裂液的携砂性能,作者自主设计制造了小型模拟裂缝冲砂装置和静态落球沉降实验装置,并通过它们对新型滑溜水压裂液携砂性能进行了具体评价,实验发现新型滑溜水压裂液的携砂性能极佳,高出相同表观粘度的线性胍胶、降阻剂J313溶液,因此新型滑溜水压裂液在降阻剂使用浓度较低的情况下,携砂性能得到了很大地提高。为了探讨新型滑溜水压裂液的流变学性能和携砂能力的关系,通过新型滑溜水压裂液和相关流体的表观粘度、储能模量、静态落球沉降速度等流变学参数测定和携砂性能比较发现,表观粘度来表征压裂液的携砂能力尚且存在局限性,而压裂液的储能模量和静态落球沉降速度可以很好的表征它的携砂能力,储能模量越大,携砂性能相对越好,落球沉降速度越小,携砂性能越好。采用自主设计研发的管路摩阻测试系统对新型滑溜水压裂液的降阻率进行测试表明,新型滑溜水压裂液减阻效果优越,能够达到国内外优秀减阻剂降阻效果。最后对新型滑溜水压裂液的残渣及伤害等性能评价表明它非常清洁且残渣含量低,岩心基质伤害率能够降低到10%左右。上述研究表明新型滑溜水压裂液是一种低伤害、相对低粘、较低摩阻、较高携砂性能且适合非常规天然气开采的优良压裂液。
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