CN110118708A - 一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法 - Google Patents

一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法 Download PDF

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赵金洲
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    • G01N2015/0092—Monitoring flocculation or agglomeration

Abstract

本发明公开了一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法，包括：（1）向量筒中注入清水；（2）向量筒内加入自悬浮支撑剂；（3）将玻璃棒插入到量筒底部，顺时针或逆时针搅拌自悬浮支撑剂与清水的混合物，使其混合均匀；（4）每隔5分钟读取一次量筒中自悬浮支撑剂的砂堆体积；（5）当自悬浮支撑剂达到最终稳定状态时，记录自悬浮支撑剂的砂堆体积及稳定时间；（6）计算膨胀后稳定状态的砂堆体积与膨胀前支撑剂的体积，评价其悬浮性能；（7）改变清水的矿化度、温度以及搅拌速度，对自悬浮支撑剂的膨胀悬浮性能进行敏感性分析。本发明能够定量测定自悬浮支撑剂的膨胀悬浮性能，并对其进行不同温度、矿化度、剪切速率下的敏感性分析。

Description

一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法
技术领域
本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法。
背景技术
水力压裂技术作为目前页岩气等致密气藏开发应用最为成功的核心技术之一，广泛应用于油气藏增产改造，而作为裂缝支撑材料的支撑剂的物理化学性能将直接影响其增产改造效果。将支撑剂添加到压裂液中并泵送到储层的裂缝中的合适位置，支撑剂在裂缝中形成用以保持裂缝开启的充填层，从而形成油气流通的高渗流通道，并且将地层中流体的流动类型从径向流变为双线性流动，突破近井筒堵塞，连接天然裂缝，从而显著提高油气井产能。
目前常用的水力压裂技术是瓜胶压裂液体系和滑溜水压裂液体系。而常规瓜胶压裂液体系在压裂时存在所产生的残渣对低渗透储层伤害大、配液复杂、成本高等不足；滑溜水压裂体系由于压裂液粘度低、用滑溜水输送时支撑剂易于沉降，导致支撑剂过早脱砂及所产生的有效裂缝半长较短等问题。
自悬浮支撑剂以石英砂或陶粒为基材，在其周围包裹薄层水凝胶聚合物，使其在输送过程中通过表面水凝胶的膨胀或吸附气体而悬浮在压裂液中，是一种新型的高效输送支撑剂体系。该技术将支撑剂、压裂液合二为一，降低施工难度，减少压裂泵工作时间，能有效提高压裂效率。其中膨胀型自悬浮支撑剂表面的可水化水凝胶涂层遇水后在支撑剂周围膨胀形成稳固的水化层。支撑剂的总体积增加，有效视密度降低，在压裂液中支撑剂之间相互支撑，提高支撑剂的悬浮性能。同时，支撑剂表面的有机分子伸展于水中，从而提高压裂液的粘度。两者共同作用，使得自悬浮支撑剂能够悬浮在不含添加剂的清水中。
但是如何评价不同支撑剂在清水中膨胀悬浮性能以及对于矿化度、温度、剪切速率的敏感性一直是一个难题。目前测试自悬浮支撑剂悬浮性能的方法是称取一定量的自悬浮支撑剂倒入清水中观察悬浮颗粒与沉降颗粒的比例；或者在前者的基础上搅拌一定时间后静置，再观察悬浮及沉降的颗粒比例。但是以上方法仅为定性认识且存在缺陷，因为自悬浮支撑剂遇水接触后并不能迅速水化膨胀，实现支撑剂的自悬浮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法，能够定量准确测定自悬浮支撑剂的膨胀悬浮性能，并对其进行不同温度、矿化度、剪切速率下的敏感性分析，还可以对不同的自悬浮支撑剂进行膨胀悬浮性能优劣的定量比较。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法，依次包括以下步骤：
（1）向量筒中注入清水；
（2）向量筒内加入定量的自悬浮支撑剂；
（3）将玻璃棒插入到量筒底部，然后顺时针或逆时针搅拌自悬浮支撑剂与清水的混合物，使其混合均匀；
（4）每隔5分钟读取一次量筒中自悬浮支撑剂的砂堆体积；
（5）当自悬浮支撑剂达到最终稳定状态时，记录自悬浮支撑剂的砂堆体积及稳定时间；
（6）通过计算膨胀后稳定状态的砂堆体积与膨胀前支撑剂的体积，得到自悬浮支撑剂的膨胀倍数，从而评价其悬浮性能；
（7）改变清水的矿化度、温度以及搅拌速度，对自悬浮支撑剂的膨胀悬浮性能进行敏感性分析。
优选地，自悬浮支撑剂与清水的体积比为6~9:60~80。
优选地，所述步骤（3）中玻璃棒的搅拌速率为60r/min，搅拌时间为2分钟。
优选地，所述步骤（5）中当支撑剂体积变化率低于0.5ml/20min时，认为达到最终稳定状态。
评价时，首先向量筒中加入清水，作为自悬浮支撑剂吸水膨胀的基液，将定量的自悬浮支撑剂加入量筒中，使用玻璃棒均匀搅拌，目的是为了使自悬浮支撑剂与水充分接触，充分吸水并完全膨胀，并且水化后自悬浮支撑剂表面的有机分子也可以与水充分接触，从而提高其悬浮性能。因为重力的存在，沉降始终在发生，所以在量筒底部的支撑剂排列密集，随着高度的增加其逐渐变得稀疏。当砂比较低时，产生的携砂液粘度较低，一些支撑剂会粘结在一起形成簇团导致其沉降速度过快，会产生明显的固液分界面，使得评价失真。当砂比过高时，会形成高粘度压裂液，支撑剂砂堆体积过大，造成自悬浮支撑剂不敏感。所以选择砂比为7.5%~15%中等敏感的体系作为评价标准，选择混合均匀的自悬浮支撑剂体系的最终砂堆体积和砂堆稳定时间作为评价指标。混合后达到稳定时自悬浮支撑剂的最终砂堆体积越大，稳定所需时间越长，其膨胀悬浮性能越好。
相比较于将自悬浮支撑剂颗粒直接倒入水中，或将自悬浮支撑剂倒入水中搅拌后定性观察自悬浮支撑剂的悬浮效果，本方法可以消除自悬浮支撑剂水化不完全以及膨胀后不稳定带来的影响，该方法定量准确，评价效果更佳。
附图说明
图1是评价装置及自悬浮支撑剂膨胀前后示意图。
图2是自悬浮支撑剂砂堆体积随时间的变化示意图。
图3、图4是自悬浮支撑剂稳定砂堆体积、稳定时间随矿化度的变化示意图。
图5、图6是自悬浮支撑剂稳定砂堆体积、稳定时间随温度的变化示意图。
图7、图8是自悬浮支撑剂稳定砂堆体积、稳定时间随剪切速率的变化示意图。
图中：1-量筒；2-膨胀前自悬浮支撑剂颗粒；3-膨胀后自悬浮支撑剂颗粒，4-玻璃棒，5-清水。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法如下：首先向三支干净的量筒（量筒的量程为50mL，内径为1.8cm）内注入蒸馏水，蒸馏水的体积为50mL。然后分别向三支量筒中加入5mL不同厂家（广汉华星新技术开发研究所、巩义市天祥耐材有限公司、北京仁创科技集团有限公司）的自悬浮支撑剂（分别用SSP-A、SSP-B、SSP-C表示），然后将玻璃棒插入量筒底部，以60r/min的转速顺时针或逆时针搅拌自悬浮支撑剂与清水的混合物2分钟，使其均匀混合，支撑剂充分溶胀（见图1）。混合均匀后每隔5分钟读取一次量筒中自悬浮支撑剂的砂堆体积，自悬浮支撑剂砂堆体积随时间的变化如图2所示，当支撑剂体积变化率低于0.5ml/20min时，认为达到最终稳定状态。自悬浮支撑剂的最终砂堆体积越大，其膨胀悬浮性能越好，稳定时间越长，自悬浮支撑剂的悬浮性能越好。由图2可知，SPP-A的膨胀悬浮性能最好，SSP-B次之，SSP-C的膨胀悬浮性能最差。而SSP-C的稳定性最好，其砂堆体积随时间基本保持不变，SSP-A的稳定性次之，在25分钟左右达到稳定状态；SSP-B的稳定性最差，砂堆体积随时间减小幅度较大，在55分钟左右达到稳定状态。
实施例2
该方法还可测定地层水的矿化度对自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能的影响，过程如下：首先向干净的量筒内注入不同矿化度的清水50mL，然后加入5mL的自悬浮支撑剂，将玻璃棒插入量筒底部，以60r/min的转速顺时针或逆时针搅拌自悬浮支撑剂与清水的混合物2分钟，使其均匀混合，支撑剂充分溶胀。混合均匀后每隔5分钟读取一次量筒中自悬浮支撑剂的砂堆体积，当支撑剂体积变化率低于0.5ml/20min时，认为达到最终稳定状态。记录不同矿化度下自悬浮支撑剂的最终稳定体积以及稳定所需时间，将三种自悬浮支撑剂稳定砂堆体积、稳定时间随矿化度的变化作图，如图3、图4所示。三种自悬浮支撑剂的稳定砂堆体积随着矿化度的增加而减小，其中SSP-A与SSP-B减小幅度最大，说明其对矿化度的敏感性较强，SSP-C对于矿化度的敏感性较弱。SSP-B稳定所需时间随着矿化度的增加而减少，SSP-A稳定所需时间先减小后保持不变，而SSP-C稳定所需时间与矿化度无关。
实施例3
该方法还可测定压裂液温度对自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能的影响，过程如下，首先向干净的量筒内注入清水50mL，然后将量筒放入恒温水浴锅中加热5分钟。然后加入5mL的自悬浮支撑剂，然后将玻璃棒插入量筒底部，以60r/min的转速顺时针或逆时针搅拌自悬浮支撑剂与清水的混合物2分钟，使其均匀混合，支撑剂充分溶胀。混合均匀后每隔5分钟读取一次量筒中自悬浮支撑剂的砂堆体积，当支撑剂体积变化率低于0.5ml/20min时，认为达到最终稳定状态。记录不同温度下自悬浮支撑剂的最终稳定体积以及稳定所需时间，将三种自悬浮支撑剂稳定砂堆体积、稳定时间随温度的变化作图，如图5、图6所示。
SSP-A与SSP-C两种支撑剂的稳定砂堆体积随着温度的增加先增加后减少，可能是因为随着温度的增加，该种支撑剂的涂层随温度而膨胀，但当温度高于一定值后，其膨胀性能反而受到抑制。SSP-B的膨胀悬浮性能受温度影响较小。总体来看，温度对这三种支撑剂的性能影响较小。
实施例4
该方法还可测定剪切速率对自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能的影响，过程如下：将10%砂浓度的自悬浮支撑剂体系（流体为蒸馏水）置于烧杯中，分别以不同的剪切速度（100、200、300、400、500、600r/min）剪切10min，然后将样品转移到量筒中，每隔5分钟读取一次量筒中自悬浮支撑剂的砂堆体积，当支撑剂体积变化率低于0.5ml/20min时，认为达到最终稳定状态。记录不同剪切速率下自悬浮支撑剂的最终稳定体积以及稳定所需时间，将三种自悬浮支撑剂稳定砂堆体积、稳定时间随剪切速率的变化作图，如图7、图8所示。随着剪切速度的增加，支撑剂表面涂层受到的磨损增加，支撑剂的悬浮能力显著下降。因此，三种支撑剂均不适用于高速管线流动作业，如连续油管喷砂。但是，剪切速率也不宜过低，因为过低的剪切速率会导致体系中支撑剂混合不均匀，不能与水充分接触吸水膨胀，可能导致胶结和砂堵。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，例如：量筒的量程可选用100mL或200mL，加入烧杯的清水量可以是100mL，搅拌速率可以是100r/min。这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法，依次包括以下步骤：
向量筒中注入清水；
向量筒内加入定量的自悬浮支撑剂；
将玻璃棒插入到量筒底部，然后顺时针或逆时针搅拌自悬浮支撑剂与清水的混合物，使其混合均匀；
每隔5分钟读取一次量筒中自悬浮支撑剂的砂堆体积；
当自悬浮支撑剂达到最终稳定状态时，记录自悬浮支撑剂的砂堆体积及稳定时间；
通过计算膨胀后稳定状态的砂堆体积与膨胀前支撑剂的体积，得到自悬浮支撑剂的膨胀倍数，从而评价其悬浮性能；
改变清水的矿化度、温度以及搅拌速度，对自悬浮支撑剂的膨胀悬浮性能进行敏感性分析。
2.如权利要求1所述的一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法，其特征在于，自悬浮支撑剂与清水的体积比为6~9:60~80。
3.如权利要求1所述的一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法，其特征在于，所述步骤（3）中玻璃棒的搅拌速率为60r/min，搅拌时间为2分钟。
4.如权利要求1所述的一种自悬浮支撑剂膨胀悬浮性能评价方法，其特征在于，所述步骤（5）中当支撑剂体积变化率低于0.5ml/20min时，认为达到最终稳定状态。
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Title
吴俊: ""一种水凝胶覆膜自悬浮支撑剂的性能评价与应用"", 《石油知识 双月刊》 *
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