壓裂酸化用纖維復合暫堵劑-原理-性能-參數


SDKX--5000WY型系列壓裂用復合纖維暫堵劑技術說明書
1、SDKX--5000WY暫堵劑
為了使開采多年油井,采用新的酸化壓裂新工藝新技術新產品和提高采收率,為了讓原被封閉在儲層里的原油呈放射通道,通過添加多級SDKX--5000WY暫堵劑功能,暫堵轉向形成網狀新的出油通路,國內外普遍采用的方法是壓裂轉向法,為了達到足夠的壓力,必須選用纖維復合暫堵劑把原有的空隙、裂縫、油路通道全部暫時堵住,用水壓施壓后形成新的空隙、裂縫和油路通道,這就要求該堵劑不僅要有相當的耐壓支撐能力而且必須有可被拆除的性能,然而在地下幾千米的地方是難以用人工和機械的方法拆除堵劑的,所以這種堵劑必須是水可溶或油可溶的特殊纖維暫堵劑,由于各地區各油井地質結構差異很大,有的地區用油溶性暫堵劑(如我國西北地區的長慶油田、青海油田、新疆的克拉瑪依油田,國外中東地區等),有的地區卻只能水溶性暫堵劑(如我國的大慶油田、華北油田等)。
目前暫堵劑制造企業把暫堵劑分為:水溶性暫堵劑和油溶性暫堵劑兩大類,我們公司能夠生產從水溶到油溶的全部系列暫堵劑“SDKX--5000WY型系列壓裂暫堵劑”。
其結構特征是:暫堵劑材料中存在著交替多層疊層的兩種材料,一種是水溶性層(A材料層),另一種是油溶性層(B材料層),由兩種材料交替多層疊層形成暫堵劑顆粒。圖1.是中暫堵劑的交替多層疊層微觀示意圖。

  圖1.暫堵劑的交替多層疊層微觀示意圖
     注:圖中AB-AB.....交替疊層。
通過成型設備熱壓制獲得球形暫堵劑顆粒,圖2.左圖是SDKX--5000XY型暫堵劑顆粒產品照片,圖2.右圖是包裝出廠的產品照片。

圖2.SDKX--5000XY型暫堵劑顆粒產品和包裝出廠產品照片
其應用特征是:
1.在西北等地區,根據用戶要求我們生產的是偏油溶性的暫堵劑,主要產品是SDKX--5000Y-O型壓裂暫堵劑;
2.在東北等地區根據用戶要求我們生產的是偏水溶性的暫堵劑,主要產品是SDKX--5000Y-W型壓裂暫堵劑。
其主要性能特征是:
1.油溶性的暫堵劑,主要產品是SDKX--5000Y-O型油溶性暫堵劑,能夠在50-160℃原油中ched溶解(具體溫度范圍根據油井溫度設定),溶解時間60-180分鐘,抗壓強度:45Mpa以上;
2.水溶性暫堵劑,主要產品是SDKX--5000Y-W型水溶性暫堵劑,能夠在50-160℃水中溶解90-95%(具體溫度范圍根據油井溫度設定),溶解時間60-180分鐘,剩余5-10%B層材料的殘余則漂浮在水表面呈乳液狀態、不堵塞設備,如果遇到水上面有油層這種乳液殘余也被徹底溶解,抗壓強度:45Mpa以上。
3.突出的優點是:因為有疊層結構的存在,不僅在常溫常壓的干固態下具有45Mpa以上高抗壓強度,而且在油井儲層中仍然保持高抗壓強度;這是一般暫堵劑難以做到的一般暫堵劑、特別是水溶性暫堵劑,雖然在常溫常壓的干固態下具有很高的強度,但是在油井儲層中真正需要抗壓的關鍵時候,它們卻會在45℃以上水中變軟、失去抗壓性能、失去暫堵轉向劑能力。
1.2 SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑簡介和分類
1.2.1 SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑簡介
SDKX--5000XY型系列壓裂暫堵劑,是根據我國西北地區、青海地區和大慶地區油田地質情況聯合我國兩所著名地質石油類高校的國家重點實驗室和省級重點實驗室的石油專業和材料學專業的研究開發團隊開發成功的規范化高新技術產品,并依托專業成型加工單位進行規范化生產和檢驗,能夠根據油井條件針對性調整成分和加工方式滿足用戶對性能的要求:
1.能夠調整AB層的比列和交聯劑用量,滿足暫堵劑的水溶性或油溶性選擇,當AB層比列為1:1-1:8范圍,屬于偏油溶性暫堵劑,即SDKX--5000Y-O型壓裂暫堵劑;當AB層比列為9:1-9.5:1范圍,暫堵劑屬于水溶性暫堵劑,即SDKX--5000Y-W型壓裂暫堵劑。
2.能夠通過成分比列、交聯劑量調整溶解溫度,滿足暫堵劑對各種溫度條件的需要。
3.能夠通過成分比列和加工工藝調整抗壓強度,滿足暫堵劑的抗壓強度需要。
1.2.2 SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑可溶原理
1.2.2.1油溶性SDKX--5000XY-O型暫堵劑可溶原理
調整AB層的比列和交聯劑用量,當AB層比列為1:1-1:8范圍,屬于油溶性暫堵劑,即SDKX--5000XY-O型壓裂暫堵劑,它在常溫和油井溫度下不溶解于單純的水,溶解于有油存的水、油和水的混合液(乳液)或油。
根據壓裂暫堵的施工工藝,油井施工過程的條件如下:(1)水和油共同存在;(2)暫堵劑將承受幾十兆帕的壓力;(3)由于間隙式施加水壓,相當于起到攪拌的作用。根據這樣的條件,我們把暫堵劑設計為這樣的微觀結構:交替層疊微觀結構。
交替層疊微觀結構是指:暫堵劑包括兩部分材料,一部分是油可溶解層(A層),另一部分是水可溶解層(B層),屬于AB-AB-AB......層狀交替包覆結構,微觀形態相似于“洋蔥結構”,各交替層的厚度是微米級。在施工過程中這種暫堵劑不溶解于單一的水,只有當有油存在的情況下,并且油的溫度達到相應暫堵劑應用溫度的時候才能夠溶解,當A層被油溶解后,B層才能被水溶解,層層剝離交替溶解,在一定溫度軟化(由產品型號決定溫度范圍),軟化后在60-180分鐘全部溶解。
1.2.2.2水溶性SDKX--5000XY-W型暫堵劑可溶原理
調整AB層的比列和交聯劑用量,當AB層比列為9:1-9.5:1范圍,屬于水溶性暫堵劑,即SDKX--5000XY-W型壓裂暫堵劑,它在常溫不溶解于水,在井下一定溫度下其中含有的90-95%的A層水溶性材料則先溶脹撐開層間距離然后在50-180℃水中溶解(具體溫度范圍根據油井溫度設定),溶解時間60-180分鐘,剩余5-10%B層材料的殘余則漂浮在水表面呈乳液狀態、不堵塞設備,如果遇到水上面有油層這種乳液殘余也被徹底溶解。
1.2.2.3交替層疊微觀結構對強度的調整原理
一般水溶性暫堵劑表面上強度很大,但是在壓裂前會在在45℃以上水中變軟、失去抗壓性能、失去暫堵轉向劑能力,是目前用骨膠、明膠、可溶性淀粉和低溫石蠟制造的水溶性暫堵劑普遍存在的缺點,而且價格也很高。
交替層疊微觀結構中除了含水溶性A層材料外,還含有作最終強度支撐的B層材料,通過交替層疊微觀結構形成“拱形”支撐,保證暫堵劑在使用過程中的最終強度,以完成壓裂過程的實現。暫堵劑的抗壓強度在制造中通過B層材料的用量、交聯劑用量和加工條件進行調整控制。
1.2.2.4暫堵劑的溶解溫度-時間控制原理
(1)SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑中主要成分是:17%-53%草酸鈉、17%-53%氯化銨、25%-29%酚醛樹脂、1%-5%的六次甲基四胺。
(2)各成分的作用:酚醛樹脂是強度的主要來源;六次甲基四胺是生產過程中的成型固化劑;草酸鈉和氯化銨是融合劑和致密劑,在生產過程中起到使暫堵劑成型完整、強度增強的效果;酚醛樹脂和六次甲基四胺在制造溫度下構成材料的B層(油溶層);草酸鈉和氯化銨與部分滲透進去的酚醛樹脂共同構成材料的A層(可被水徹底溶解)。
暫堵劑溶解溫度和溶解時間的控制主要靠成分中的六次甲基四胺的用量進行調整,在50℃-130℃范圍中,一般隨著酚醛樹脂中六次甲基四胺的增加,暫堵劑溶解的溫度就會提高,反之,隨著六次甲基四胺的減少油溶溫度降低。
研究發現,在草酸鈉和氯化銨存在的條件下,六次甲基四胺占全部物料1%的時候暫堵劑在含有水分的原油中的溶解溫度約50℃、在1.5-3小時全部溶解,六次甲基四胺每增加0.5%的量,暫堵劑溶解溫度提高約10℃,暫堵劑的溶解溫度與六次甲基四胺的用量關系如表01所示。
表01溶解溫度和溶解時間與六次甲基四胺的用量關系

六次甲基四胺(%) 溶解溫度(℃) 溶解時間(hr)
1.0 50 1.5-3
1.5 60 1.5-3
2.0 70 1.5-2
2.5 80 0.5-1
5.5 130 0.5-1
 
特別說明:
1.溶解溫度與溶解時間也有關系,當溫度低于計算值的時候用較長的時間也能夠把它溶解,例如TPA80型壓裂暫堵劑,雖然理論上需要80℃才能溶解,但是實際上在55-60℃也可以溶解,只是溶解時間較長,一般需要2小時。
2.對于耐180℃的暫堵劑,情況比較特殊,它主要用于天然氣田的管孔板堵塞,從原理上講,它的溫度控制更復雜,除了與六次甲基四胺的用量外,還與酚醛樹脂和其他成分的量有關,氣田使用時,需要解堵時才用油解堵,在此就不詳細說明原理了。
(3)固化反應與溶解溫度關系:
酚醛樹脂合成反應方程式:

酚醛樹脂與六次甲基四胺在一定溫度下固化反應形成三維網織結構材料,這種固體材料強度較高(100兆帕以上),但是脆性較大,加入其他組分原料以后得到改善成為有足夠強度和韌性的暫堵劑材料,當加入的固化劑六次甲基四胺的含量足夠時,能夠迅速固化,但是在有草酸鈉和氯化銨存在時得到抑制,固化反應沒有全部形成三維網織結構,因為調整六次甲基四胺的量可以控制三維網織結構的比例,所以調整溶解溫度實際上就是調整六次甲基四胺的量,六次甲基四胺含量越高三維網織結構越多,需要拆散三維網織結構的溫度越高,反之亦然。
1.2.3 SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑的分類
如前所述,我們的暫堵劑分為兩大類:油溶性SDKX--5000XY-O系列和水溶性SDKX--5000Y-W系列,在這兩大類樹體系下又根據溶解溫度不同,分成不同溫度的細分類型。
1.2.3.1油溶性暫堵劑SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑一組系列產品分類,根據油井的溫度不同進行類型選擇:
(1)  SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑:
適合于油井溫度50℃-65℃的油井(淺層油井);
(2)SDKX--5000XY-O2型壓裂暫堵劑:
適合于油井溫度60℃-80℃的油井;(深層油井)
(3)SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑:
適合于油井溫度80℃-180℃的油井。(深層油井和氣田管縫)
SDKX--5000XY型壓暫堵劑在施工后,能夠在相應的溫度范圍內溶解于油和水的混合液,油井下的溫度一般在60-120℃,在油田溫度范圍能夠自動解除堵劑、使暫堵劑完全溶解去除。對原來的空隙和裂縫進行暫時封堵,在不同于原來裂縫方向壓裂出新的裂縫。
1.2.3.2水溶性暫堵劑SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑一組系列產品分類,根據油井的溫度不同進行類型選擇:
(1) SDKX--5000XY 壓裂暫堵劑:
適合于油井溫度50-65℃的油井(淺層油井);
(2)SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑:
適合于油井溫度60-80℃的油井;(深層油井)
(3)SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑:
適合于油井溫度80-180℃的油井。(深層油井和氣田管縫)
SDKX--5000XY型壓暫堵劑在施工后,能夠在相應的溫度范圍內溶解于水,油井下的溫度一般在60-160℃,在油田溫度范圍能夠自動解除堵劑、使暫堵劑完全溶解去除。對原來的空隙和裂縫進行暫時封堵,在不同于原來裂縫方向壓裂出新的裂縫。
  1. 產品技術參數:
(1)SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑軟化溫度范圍:50-80℃
由于與傳統的油溶性暫堵劑在結構和工作原理上的根本差別,SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑采用交替層疊結構和溶解方式,沒有固定的“軟化點”,只有一個軟化溫度范圍。
(2)抗壓強度:45-90 Mpa(抗壓強度順序:TPA50型< TPA 80型< TPA 130型)。
 (3) 溶解率(原油或水): 85%~100%
(4)暫堵率: 95%~100%
(5) 滲透恢復率:96%~100%
(6) 形貌:球形、纖維型。
(7)粒度: 1.5 -5.5mm,平均粒度1.33 mm。
(8)顆粒密度:1.12-1.46g/cm3。
3、產品質量檢測的操作規程
SDKX--5000XY型壓裂暫堵劑是與傳統壓裂暫堵劑從結構和原理是根本不同的,目前已經在西北地區和東北地區逐步進行推廣,用戶反應不論在壓力還是壓裂增產成功率方面令人滿意。為了方便用戶在使用產品前對產品有實質上的了解,特根據產品微觀結構的特殊性描述一下檢測產品的操作規程。

3.1.油溶性暫堵劑SDKX--5000XY操作規程如下:
設備:(1)恒溫水浴鍋(圖1.);(2)攪拌器:實驗室電動攪拌器(圖2.):(3)溫度計:0-200℃
具體規程:
(1)將水浴鍋加熱到需要測試的溫度進行恒溫;
(2)取1000毫升燒杯,加500毫升煤油(原油更真實)及50-100毫升水(油水比10:1至5:1),原因是:真實施工時油水同時存在;
(3)把攪拌器的攪拌插入燒杯中,慢慢開動攪拌器,能夠轉動就可以了,模擬油田的湍流狀態;
(4)把溫度計固定在燒杯煤油(或者原油)-水混合液中,以溫度計的顯示溫度為真實溫度器(控溫溫度僅僅做參考,不準確);
(5)取1-5克暫堵劑,加入燒杯的煤油-水混合液中,在設定溫度下開始計時。
注意:1.攪拌是非常重要的,因為油比水輕,如果不攪拌,暫堵劑沉底后僅僅只能接觸水不能碰到煤油(失去油溶的效果),而且攪拌模仿實際的湍流狀態;2.必須恒溫,因為井下溫度是恒定的。3.暫堵劑不能太多,因為在井下油-水的量是流動的量很大,而實驗室油-水是定量的。
實驗效果應該是:
(1)SDKX--5000XY; 50型壓暫堵劑: 50-65℃的范圍軟化\1.5小時能夠溶解,最后加100水在相應溫度完全透明溶解;
(2)SDKX--5000XY;80型壓裂暫堵劑:60-80℃的范圍軟化\1-1.5小時能夠溶解,最后加100水在相應溫度完全透明溶解;
(3)SDKX--5000XY;130型壓裂暫堵劑:80-130℃的范圍軟化\0.5-1.0小時能夠溶解,最后加100水在恒溫箱;相應溫度完全透明溶解。 
3.2.水溶性暫堵劑SDKX--5000XY試驗操作規程如下:
(1)將水浴鍋加熱到需要測試的溫度進行恒溫;
(2)取1000毫升燒杯,加500毫升水;
(3)把攪拌器的攪拌插入燒杯中,慢慢開動攪拌器,能夠轉動就可以了,模擬油田的湍流狀態;
(4)把溫度計固定在燒杯水中,以溫度計的顯示溫度為真實溫度器(控溫溫度僅僅做參考,不準確);
(5)取1-5克暫堵劑,加入燒杯水中,在設定溫度下開始計時。
注意:1.攪拌是非常重要的,攪拌模仿實際的湍流狀態;2.必須恒溫,因為井下溫度是恒定的。3.暫堵劑不能太多,因為在井下油-水的量是流動的量很大,而實驗室水是定量的。
實驗效果應該是:
(1)  SDKX--5000XY;50型壓裂暫堵劑:
適合于油井溫度50℃-65℃的油井(淺層油井);
(2)SDKX--5000XY;80-O型壓裂暫堵劑:
適合于油井溫度60℃-80℃的油井;(深層油井)
(3SDKX--5000XY;130型壓暫堵劑:80-130℃的范圍軟化\0.5-1.0小時能夠溶解。 
4、施工方法和注意事項:本暫堵劑強度高,首次使用時根據施工條件適當減少用量,避免導致壓力過高爆管。
(1)  現場由混砂車直接加入,加入方式簡單。加入速度要求:25Kg/10s.
(2)  SDKX--5000XY-2型系列暫堵劑封堵強度大,現場施工加入量根據射孔厚度(80Kg-120Kg)/M,基本可實現老縫有效封堵暫堵目的效果。
(3)  該產品無毒無味,可用手直接接觸,需在干燥通風地方存放。
(4) 包裝儲藏;
采用三合一包裝,四合一包裝,凈重25kg;
儲藏應存放在通風避光,溫度5-35℃。有效期2年。

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