滑溜水的表征方法及其应用技术

本申请提供了一种滑溜水的表征方法及其应用。本申请提供的滑溜水的表征方法中，所述滑溜水含有降阻剂，所述方法包括如下(a)至(e)中的至少一项：(a)对所述滑溜水的粘度、表面张力和防膨率进行表征；(b)对所述滑溜水的降阻性能进行表征；(c)对所述降阻剂的耐温性能进行表征；(d)对所述滑溜水的解析附性能进行表征；(e)对所述滑溜水的岩心基质伤害性能进行表征。本申请提供的表征方法实现了对添加降阻剂的滑溜水的表征能够，从而实现了对滑溜水中添加的降阻剂对滑溜水性能的影响的判定。添加的降阻剂对滑溜水性能的影响的判定。添加的降阻剂对滑溜水性能的影响的判定。

【技术实现步骤摘要】
滑溜水的表征方法及其应用


[0001]本申请属于石油工程领域，尤其是钻井工程石油压裂领域，具体涉及一种滑溜水的表征方法及其应用。

技术介绍

[0002]页岩气藏的独特性、气藏类型和岩石的敏感程度都与普通砂岩气差异性很大，压裂液则是压裂改造工艺中极为重要的组成部分，作为压裂改造中的入井流体，在压裂过程中起传递压力和携带支撑剂的作用。根据国内外经验，清水和添加了极少量化学剂如降阻剂、粘土稳定剂、阻垢剂、助排剂的清水也叫滑溜水是国外页岩气压裂使用的主导压裂液，由于井深和储层等多方面的因素，国外绝大多数页岩气藏压裂使用的是滑溜水压裂液。国内页岩气藏由于埋藏深、储层粘土含量高等原因不能使用清水作为压裂液，滑溜水压裂液是施工首选。
[0003]滑溜水压裂液具有低摩阻、低伤害等特点，既能满足压裂施工需求又适合页岩气藏低孔、低渗的特点。滑溜水压裂液中的降阻剂是最重要的添加剂，它用量极低，但在滑溜水体系中能够大幅度降低压裂液在管柱中的摩阻，有效减轻对压裂施工设备的高压要求，能够净增加对储层岩石的压力，改善压裂施工效果，对于提高页岩气井的产量至关重要。
[0004]滑溜水压裂液中98.0％
‑
99.5％是混砂水，添加剂一般占滑溜水总体积的0.5％
‑
2.0％，包括降阻剂、表面活性剂、阻垢剂、黏土稳定剂以及杀菌剂等。降阻剂是滑溜水压裂液的核心添加剂，丙烯酰胺类聚合物、聚氧化乙烯(PEO)、胍胶及其衍生物、纤维素衍生物以及黏弹性表面活性剂等均可作为降阻剂使用。降阻剂作为滑溜水压裂液体系的核心助剂，直接决定了滑溜水压裂液体系的性能与应用。
[0005]目前，压裂用滑溜水技术的研究主要集中在以下方面：首先是降阻剂与页岩气地层的耦合研究方向发展，在原有降阻性能的基础上，研发具有解吸附功能的滑溜水，提高页岩气产量；其次，降阻剂的研究向更高的降阻率和对储层的无伤害或低伤害发展；最后是向低成本滑溜水或对返出水的循环利用发展，由于页岩气藏均需通过大型压裂施工有时是多井同时压裂，单次用水几千方甚至几万方，用水量巨大，水最好循环利用以弥补滑溜水压裂液中消耗的大量清水，利用产出水作为基液配置压裂液，能够大幅节省清洁水并同时起到节能减排的作用，减少环保压力。
[0006]本领域技术人员在开发更多种类的滑溜水的过程中发现，目前对于添加各种组分的滑溜水尤其是添加降阻剂成分的滑溜水尚无有效的表征手段。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的不足，本申请旨在提供一种滑溜水的表征方法，以实现对添加降阻剂的滑溜水的有效表征，从而实现对滑溜水中添加降阻剂对滑溜水性能的影响的判定。
[0008]本申请的第一方面提供了一种滑溜水的表征方法，所述滑溜水含有降阻剂，其特
征在于，所述方法包括如下(a)至(e)中的至少一项：
[0009](a)对所述滑溜水的粘度、表面张力和防膨率进行表征；
[0010](b)对所述滑溜水的降阻性能进行表征；
[0011](c)对所述降阻剂的耐温性能进行表征；
[0012](d)对所述滑溜水的解析附性能进行表征；
[0013](e)对所述滑溜水的岩心基质伤害性能进行表征。
[0014]根据本申请的一些实施方式，所述粘度、表面张力和防膨率的测定方法可以采用本领域的常规方法进行。根据本申请的具体实施方式，采用HAAKE MARS III型流变仪测定所述滑溜水的粘度，从而评价滑溜水的流变性能。根据本申请的一些具体实施方式，流变仪程序设定分以下3步：(1)25℃稳定5
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10min；(2)以3
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5℃/min的升温速率从25℃开始升温至所需要的温度；(3)稳定温度直至实验结束，测试粘度的变化。根据本申请的一些实施方式，所述表面张力通过在常温下采用德国KRUSS表界面张力仪K100进行测定。根据本申请的一些实施方式，所述防膨率根据《SY/T 5762—1995压裂酸化用黏土稳定剂性能测定方法》中的离心法进行测定。
[0015]根据本申请的一些实施方式，所述滑溜水的降阻性能通过所述滑溜水的降阻率变化进行表征。
[0016]根据本申请的一些实施方式，所述降阻率通过摩阻测试仪测试滑溜水在不同流速下的摩阻压降计算得到。根据本申请的一些实施方式，降阻率通过式(I)计算得到：
[0017][0018]式(I)中，DR为降阻剂的降阻率，％；ΔP0为同一流速下未加降阻剂时的摩阻压降，Pa；ΔP
DR
为同一流速下加入降阻剂时的摩阻压降，Pa。
[0019]根据本申请的一些实施方式，所述降阻率可以采用本领域的常规方法进行。根据本申请的一些具体实施方式，所述滑溜水的降阻性能的表征方法包括以下步骤：首先配制含不同浓度降阻剂的滑溜水体系，利用摩阻测试仪分次先后在粗、中、细3条管径条件下连接好环路系统。在有清水基准数据的基础上，对不同浓度降阻剂的滑溜水体系按照相同的排量梯度调整螺杆泵工况，得到相应的直管段压力降，进一步代入式(I)计算得到不同滑溜水体系的降阻率。根据本申请中的一些实施方式，以梯度浓度降阻剂的滑溜水条件下管变排量进行测试，测定降阻率随流速的变化得到不同浓度降阻剂的滑溜水的降阻率随剪切速率的变化规律。通过该变化规律对降阻剂的降阻性能进行评价。通过对降阻剂降阻率进行测定，利用室内性能测试得到的降阻比与阻力速度的对应关系，可以更为合理的预测滑溜水压裂现场的沿程摩阻大小，为施工参数的制定提供参考。
[0020]钻井工程石油压裂中，为了有利于压裂液造缝和携砂，通常需要较高的泵注排量，在高排量下压裂液的摩阻问题需要解决。绝大多数的高聚物降阻溶液处于静止状态时，内部降阻剂分子长链结构都会处于蜷缩状，当存在剪切力作用，且速度梯度足以使降阻剂分子长链开始舒展时，蜷缩状降阻剂结构会倾向于与流动方向排列一致。当管流处于湍流流态，降阻剂分子通过长链的舒展抑制湍流附加应力，对湍流脉动和湍流旋涡起到抑制和化解作用，从而使径向和切向应力减小。又由于湍流附加应力及速度分布特点，即靠近管壁的粘性底层主要受粘滞摩擦力作用，速度分布类似于层流，速度梯度较大；过渡区粘滞摩擦力
与湍流附加应力数量级相同，湍流附加应力的减小效果最为明显；靠近管轴的大片区域为湍流核心区，该区主要受湍流附加应力作用，速度梯度很小。降阻剂的注入主要作用于过渡区，将流动中的动能损耗降低，减小沿程摩阻，同时增大速度梯度，类似于粘性底层变厚。若地层破裂压力为一定值时，滑溜水压裂液摩阻越大，要求压开地层造缝的地面设备的泵压越高，因此现场压裂施工过程中要求滑溜水压裂液摩阻损失尽可能低。采用本申请的上述方法能够有效测定降阻剂在实验室管路中的降阻性能。
[0021]此外，石油工业压裂液紊流摩阻的放大方法分为3大类：1.Bowen方法；2.阻力系数与雷诺数法；3.阻力速度法。但前两种方法都只适用于某些条件，而阻力速度法可以无条件地满足所有不同的实验情况。因此，本申请中，选择采用阻力速度法来实现实验室管路到施工实际的预测。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滑溜水的表征方法，所述滑溜水含有降阻剂，其特征在于，所述方法包括如下(a)至(e)中的至少一项：(a)对所述滑溜水的粘度、表面张力和防膨率进行表征；(b)对所述滑溜水的降阻性能进行表征；(c)对所述降阻剂的耐温性能进行表征；(d)对所述滑溜水的解析附性能进行表征；(e)对所述滑溜水的岩心基质伤害性能进行表征。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑溜水的降阻性能通过所述滑溜水的降阻率变化进行表征。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述降阻剂的耐温性能通过含有经加热处理后的降阻剂的滑溜水的降阻率变化进行表征，优选地，所述加热处理的温度为100℃
‑
200℃，优选为100℃
‑
150℃。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述降阻率通过摩阻测试仪测试滑溜水在不同流速下的摩阻压降计算得到；进一步优选地，所述降阻率通过式(I)计算：式(I)中，DR为降阻剂的降阻率，％；ΔP0为同一流速下未加降阻剂时的摩阻压降，Pa；ΔP
DR
为同一流速下加入降阻剂时的摩阻压降，Pa。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其特征在于，所述滑溜水的解析附性能通过经所述滑溜水处理的岩粉样品的解析率变化进行表征，优选地，所述解析率通过甲烷吸附脱附实验进行测定。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，其特征在于，所述滑溜水的解析附性能通过磁悬浮天平重量法高压等温吸附仪进行表征；优选地，所述滑溜水的解析附...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄静，姚奕明，蒋廷学，王海涛，贾文峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：