一种新型纳米压裂液在贵州煤层气井的应用研究智库

发布时间:2018-06-13 16:01:10  作者:文/唐兆青  来源:本站原创  浏览次数:

摘要:水力压裂是低渗透储藏经济开发的常用手段,也是非常规油气高效开发的必要措施。目前的非常规油气压裂措施工艺中,特别是煤层气勘探开发中压裂液的高效返排,是保证压裂效果的关键所在,直接影响压裂改造的效果。通过对煤层气压裂液返排机理的研究,分析影响压裂液返排的因素。优选一种纳米材料助排剂CnF,在贵州煤层气井(牛1井)使用并做了对比分析实验,结果表明纳米助排剂CnF对于提高压裂液返排效果显著。

关键词:纳米材料 压裂液 煤层气井 应用研究

压裂后返排是水力压裂作业的重要环节。煤层气压裂高效开发的核心技术是低伤害压裂技术,低伤害压裂技术主要包括压裂设计、施工过程、压后返排等全过程中的伤害问题,因此,压裂液高返排技术是煤层气低伤害压裂的关键技术,直接影响压裂改造的效果,压裂液返排不好,或长时间滞留地层都将会堵塞煤层气流通孔道,造成储层二次伤害。

1.压裂液返排影响因素分析

相渗曲线表明,束缚水饱和度远远大于原始含水饱和度,将会导致严重的水锁效应。不同水锁强度气驱实验测试表明,在束缚水存在条件下,气相有效渗透率随气体累积产出量的增加而得到恢复,当产气量较少时气相有效渗透率较小,反映了水锁堵塞的影响。压裂是解除水锁的一个重要手段,但是压裂过程中本身也伴随着水锁伤害现象。因此通过低伤害压裂液技术和改善压裂工艺中的返排技术,可以降低压裂过程中水锁伤害,提高压裂改造效果。

2.纳米材料压裂液

由于纳米材料具有许多独特的性质,从而使其在石油天然气行业已经有较多的应用。目前纳米材料在石油行业应用及较多的领域是上游的油田注水、钻井液添加剂以及下游的炼化催化等领域,并且表现出良好的应用前景和经济效益,而关于纳米材料在压裂液中的应用研究和报道还比较少。压裂液作为压裂施工中所使用的流体与地层直接接触的媒介,其性能的优劣直接关系到压裂施工的成败和效果。

常见的纳米颗粒表面活性剂有:二氧化硅、石墨、钛酸钡。成熟的纳米材料稀少,经过对纳米材料的调查研究,优选出一种纳米液体CnF体系,完全可公开的产品,606号专利,目前在美国、澳洲已得到规模化应用。核心技术:纯有机、尺寸10-30nm。纳米材料如图1所示,纳米压裂液如图2所示。

 

图片19.jpg

图片20.jpg

1 纳米材料  2纳米压裂液

纳米产品CnF是表面活性剂、有机溶剂和水结合的一种纳米级别的新型专利产品;胶束外部为非离子表面活性剂,内部为有机溶剂;胶束外端为亲水结构,胶束直径10-30nm,平均20nm。纳米产品结构如图2

 

图片21.jpg

图片22.jpg

2纳米产品CnF结构图

纳米产品CnF技术原理:降低表面张力、改变润湿性、溶解有机沉淀、较小的用量就能均匀的处理大的表面区域、渗透到储层的微小孔隙中。

增产机理:有效降低吸附,进入裂缝深部处理体积大;降低毛细管力,提高返排效果,提高相对渗透率;改善固体表面润湿性,解除液锁伤害;清理和抑制吼道内有机堵塞,改善流通效果。由于固相表面吸附,随着深度增加,浓度衰减严重,常见表明活性剂只有少量可以进入裂缝末梢。CnF尺寸小、固相表明吸附量少,浓度衰减小,能达到压裂液波及的所有区域。

3.纳米材料压裂液在贵州煤层气井的应用

3.1 地质背景

牛场区块位于贵州省六盘水市六枝特区境内。牛场区块位于织纳煤田西南部、比德向斜西南翼中段,其间发育几条北东-西南向断层。区块内主力煤的形状以块状为主,次之细粒状,少量粉粒状;煤的结构以线理-中条带状结构为主,少量宽条带结构;区块内煤岩镜质组含量为52.58%~69.24%,惰质组含量为12.75%~21.25%。

3.2 1井台压裂概况

针对牛1井台煤层气井,实施压裂施工,获取主力煤层6号煤的产能参数,在压裂工程设计中,为了对比出纳米压裂液的返排率效果,做了分组对比试验,具体压裂液配方选择方案如表1。

1 1井台部分井压裂液配方对比

井号

液体配方选择

1-3-X2

0.3%防膨剂+0.2%助排剂+0.05%杀菌剂+清水

1-2-X1

0.3%防膨剂 +0.15%纳米助排剂+0.05%杀菌剂+清水

1-1-X2

1%KCL+ 0.15%纳米助排剂+0.05%杀菌剂+清水

1-2-X2

1%KCL+0.2%助排剂+0.05%杀菌剂+清水

3.3 纳米压裂液返排率对比

截止2017年9月份,对已经排采的牛1井台返排率进行分析对比,对比发现添加纳米助排剂的两口煤层气井的返排率已达到30%左右,明显高出未加纳米助排剂的煤层气井,如图3。结果说明纳米助排剂在贵州煤层气井提高返排率的效果显著。

 

图片23.jpg


3 1井台煤层气井排采返排率对比

4.结论

贵州煤层气勘探开发起步晚,储层条件复杂,因此为了能够经济有效的开发复杂储层的煤层气资源,需要对压裂液提出更高的要求,需要采用先进的技术来解决相关问题。本文针对贵州煤层气贫含水,低返排率的特点,选择纳米材料助排剂CnF,并且在现场实际中的应用,通过后期牛1井台的排采返排率对比分析,纳米材料助排剂CnF提高返排率效果显著,值得推广。

(作者单位:贵州省天然气能源投资股份有限公司)