压裂酸化用纤维复合暂堵剂-原理-性能-参数


SDKX--5000WY型系列压裂用复合纤维暂堵剂技术说明书
1、SDKX--5000WY暂堵剂
为了使开采多年油井,采用新的酸化压裂新工艺新技术新产品和提高采收率,为了让原被封闭在储层里的原油呈放射通道,通过添加多级SDKX--5000WY暂堵剂功能,暂堵转向形成网状新的出油通路,国内外普遍采用的方法是压裂转向法,为了达到足够的压力,必须选用纤维复合暂堵剂把原有的空隙、裂缝、油路通道全部暂时堵住,用水压施压后形成新的空隙、裂缝和油路通道,这就要求该堵剂不仅要有相当的耐压支撑能力而且必须有可被拆除的性能,然而在地下几千米的地方是难以用人工和机械的方法拆除堵剂的,所以这种堵剂必须是水可溶或油可溶的特殊纤维暂堵剂,由于各地区各油井地质结构差异很大,有的地区用油溶性暂堵剂(如我国西北地区的长庆油田、青海油田、新疆的克拉玛依油田,国外中东地区等),有的地区却只能水溶性暂堵剂(如我国的大庆油田、华北油田等)。
目前暂堵剂制造企业把暂堵剂分为:水溶性暂堵剂和油溶性暂堵剂两大类,我们公司能够生产从水溶到油溶的全部系列暂堵剂“SDKX--5000WY型系列压裂暂堵剂”。
其结构特征是:暂堵剂材料中存在着交替多层叠层的两种材料,一种是水溶性层(A材料层),另一种是油溶性层(B材料层),由两种材料交替多层叠层形成暂堵剂颗粒。图1.是中暂堵剂的交替多层叠层微观示意图。

  图1.暂堵剂的交替多层叠层微观示意图
     注:图中AB-AB.....交替叠层。
通过成型设备热压制获得球形暂堵剂颗粒,图2.左图是SDKX--5000XY型暂堵剂颗粒产品照片,图2.右图是包装出厂的产品照片。

图2.SDKX--5000XY型暂堵剂颗粒产品和包装出厂产品照片
其应用特征是:
1.在西北等地区,根据用户要求我们生产的是偏油溶性的暂堵剂,主要产品是SDKX--5000Y-O型压裂暂堵剂;
2.在东北等地区根据用户要求我们生产的是偏水溶性的暂堵剂,主要产品是SDKX--5000Y-W型压裂暂堵剂。
其主要性能特征是:
1.油溶性的暂堵剂,主要产品是SDKX--5000Y-O型油溶性暂堵剂,能够在50-160℃原油中ched溶解(具体温度范围根据油井温度设定),溶解时间60-180分钟,抗压强度:45Mpa以上;
2.水溶性暂堵剂,主要产品是SDKX--5000Y-W型水溶性暂堵剂,能够在50-160℃水中溶解90-95%(具体温度范围根据油井温度设定),溶解时间60-180分钟,剩余5-10%B层材料的残余则漂浮在水表面呈乳液状态、不堵塞设备,如果遇到水上面有油层这种乳液残余也被彻底溶解,抗压强度:45Mpa以上。
3.突出的优点是:因为有叠层结构的存在,不仅在常温常压的干固态下具有45Mpa以上高抗压强度,而且在油井储层中仍然保持高抗压强度;这是一般暂堵剂难以做到的一般暂堵剂、特别是水溶性暂堵剂,虽然在常温常压的干固态下具有很高的强度,但是在油井储层中真正需要抗压的关键时候,它们却会在45℃以上水中变软、失去抗压性能、失去暂堵转向剂能力。
1.2 SDKX--5000XY型压裂暂堵剂简介和分类
1.2.1 SDKX--5000XY型压裂暂堵剂简介
SDKX--5000XY型系列压裂暂堵剂,是根据我国西北地区、青海地区和大庆地区油田地质情况联合我国两所著名地质石油类高校的国家重点实验室和省级重点实验室的石油专业和材料学专业的研究开发团队开发成功的规范化高新技术产品,并依托专业成型加工单位进行规范化生产和检验,能够根据油井条件针对性调整成分和加工方式满足用户对性能的要求:
1.能够调整AB层的比列和交联剂用量,满足暂堵剂的水溶性或油溶性选择,当AB层比列为1:1-1:8范围,属于偏油溶性暂堵剂,即SDKX--5000Y-O型压裂暂堵剂;当AB层比列为9:1-9.5:1范围,暂堵剂属于水溶性暂堵剂,即SDKX--5000Y-W型压裂暂堵剂。
2.能够通过成分比列、交联剂量调整溶解温度,满足暂堵剂对各种温度条件的需要。
3.能够通过成分比列和加工工艺调整抗压强度,满足暂堵剂的抗压强度需要。
1.2.2 SDKX--5000XY型压裂暂堵剂可溶原理
1.2.2.1油溶性SDKX--5000XY-O型暂堵剂可溶原理
调整AB层的比列和交联剂用量,当AB层比列为1:1-1:8范围,属于油溶性暂堵剂,即SDKX--5000XY-O型压裂暂堵剂,它在常温和油井温度下不溶解于单纯的水,溶解于有油存的水、油和水的混合液(乳液)或油。
根据压裂暂堵的施工工艺,油井施工过程的条件如下:(1)水和油共同存在;(2)暂堵剂将承受几十兆帕的压力;(3)由于间隙式施加水压,相当于起到搅拌的作用。根据这样的条件,我们把暂堵剂设计为这样的微观结构:交替层叠微观结构。
交替层叠微观结构是指:暂堵剂包括两部分材料,一部分是油可溶解层(A层),另一部分是水可溶解层(B层),属于AB-AB-AB......层状交替包覆结构,微观形态相似于“洋葱结构”,各交替层的厚度是微米级。在施工过程中这种暂堵剂不溶解于单一的水,只有当有油存在的情况下,并且油的温度达到相应暂堵剂应用温度的时候才能够溶解,当A层被油溶解后,B层才能被水溶解,层层剥离交替溶解,在一定温度软化(由产品型号决定温度范围),软化后在60-180分钟全部溶解。
1.2.2.2水溶性SDKX--5000XY-W型暂堵剂可溶原理
调整AB层的比列和交联剂用量,当AB层比列为9:1-9.5:1范围,属于水溶性暂堵剂,即SDKX--5000XY-W型压裂暂堵剂,它在常温不溶解于水,在井下一定温度下其中含有的90-95%的A层水溶性材料则先溶胀撑开层间距离然后在50-180℃水中溶解(具体温度范围根据油井温度设定),溶解时间60-180分钟,剩余5-10%B层材料的残余则漂浮在水表面呈乳液状态、不堵塞设备,如果遇到水上面有油层这种乳液残余也被彻底溶解。
1.2.2.3交替层叠微观结构对强度的调整原理
一般水溶性暂堵剂表面上强度很大,但是在压裂前会在在45℃以上水中变软、失去抗压性能、失去暂堵转向剂能力,是目前用骨胶、明胶、可溶性淀粉和低温石蜡制造的水溶性暂堵剂普遍存在的缺点,而且价格也很高。
交替层叠微观结构中除了含水溶性A层材料外,还含有作最终强度支撑的B层材料,通过交替层叠微观结构形成“拱形”支撑,保证暂堵剂在使用过程中的最终强度,以完成压裂过程的实现。暂堵剂的抗压强度在制造中通过B层材料的用量、交联剂用量和加工条件进行调整控制。
1.2.2.4暂堵剂的溶解温度-时间控制原理
(1)SDKX--5000XY型压裂暂堵剂中主要成分是:17%-53%草酸钠、17%-53%氯化铵、25%-29%酚醛树脂、1%-5%的六次甲基四胺。
(2)各成分的作用:酚醛树脂是强度的主要来源;六次甲基四胺是生产过程中的成型固化剂;草酸钠和氯化铵是融合剂和致密剂,在生产过程中起到使暂堵剂成型完整、强度增强的效果;酚醛树脂和六次甲基四胺在制造温度下构成材料的B层(油溶层);草酸钠和氯化铵与部分渗透进去的酚醛树脂共同构成材料的A层(可被水彻底溶解)。
暂堵剂溶解温度和溶解时间的控制主要靠成分中的六次甲基四胺的用量进行调整,在50℃-130℃范围中,一般随着酚醛树脂中六次甲基四胺的增加,暂堵剂溶解的温度就会提高,反之,随着六次甲基四胺的减少油溶温度降低。
研究发现,在草酸钠和氯化铵存在的条件下,六次甲基四胺占全部物料1%的时候暂堵剂在含有水分的原油中的溶解温度约50℃、在1.5-3小时全部溶解,六次甲基四胺每增加0.5%的量,暂堵剂溶解温度提高约10℃,暂堵剂的溶解温度与六次甲基四胺的用量关系如表01所示。
表01溶解温度和溶解时间与六次甲基四胺的用量关系

六次甲基四胺(%) 溶解温度(℃) 溶解时间(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
 
特别说明:
1.溶解温度与溶解时间也有关系,当温度低于计算值的时候用较长的时间也能够把它溶解,例如TPA80型压裂暂堵剂,虽然理论上需要80℃才能溶解,但是实际上在55-60℃也可以溶解,只是溶解时间较长,一般需要2小时。
2.对于耐180℃的暂堵剂,情况比较特殊,它主要用于天然气田的管孔板堵塞,从原理上讲,它的温度控制更复杂,除了与六次甲基四胺的用量外,还与酚醛树脂和其他成分的量有关,气田使用时,需要解堵时才用油解堵,在此就不详细说明原理了。
(3)固化反应与溶解温度关系:
酚醛树脂合成反应方程式:

酚醛树脂与六次甲基四胺在一定温度下固化反应形成三维网织结构材料,这种固体材料强度较高(100兆帕以上),但是脆性较大,加入其他组分原料以后得到改善成为有足够强度和韧性的暂堵剂材料,当加入的固化剂六次甲基四胺的含量足够时,能够迅速固化,但是在有草酸钠和氯化铵存在时得到抑制,固化反应没有全部形成三维网织结构,因为调整六次甲基四胺的量可以控制三维网织结构的比例,所以调整溶解温度实际上就是调整六次甲基四胺的量,六次甲基四胺含量越高三维网织结构越多,需要拆散三维网织结构的温度越高,反之亦然。
1.2.3 SDKX--5000XY型压裂暂堵剂的分类
如前所述,我们的暂堵剂分为两大类:油溶性SDKX--5000XY-O系列和水溶性SDKX--5000Y-W系列,在这两大类树体系下又根据溶解温度不同,分成不同温度的细分类型。
1.2.3.1油溶性暂堵剂SDKX--5000XY型压裂暂堵剂一组系列产品分类,根据油井的温度不同进行类型选择:
(1)  SDKX--5000XY型压裂暂堵剂:
适合于油井温度50℃-65℃的油井(浅层油井);
(2)SDKX--5000XY-O2型压裂暂堵剂:
适合于油井温度60℃-80℃的油井;(深层油井)
(3)SDKX--5000XY型压裂暂堵剂:
适合于油井温度80℃-180℃的油井。(深层油井和气田管缝)
SDKX--5000XY型压暂堵剂在施工后,能够在相应的温度范围内溶解于油和水的混合液,油井下的温度一般在60-120℃,在油田温度范围能够自动解除堵剂、使暂堵剂完全溶解去除。对原来的空隙和裂缝进行暂时封堵,在不同于原来裂缝方向压裂出新的裂缝。
1.2.3.2水溶性暂堵剂SDKX--5000XY型压裂暂堵剂一组系列产品分类,根据油井的温度不同进行类型选择:
(1) SDKX--5000XY 压裂暂堵剂:
适合于油井温度50-65℃的油井(浅层油井);
(2)SDKX--5000XY型压裂暂堵剂:
适合于油井温度60-80℃的油井;(深层油井)
(3)SDKX--5000XY型压裂暂堵剂:
适合于油井温度80-180℃的油井。(深层油井和气田管缝)
SDKX--5000XY型压暂堵剂在施工后,能够在相应的温度范围内溶解于水,油井下的温度一般在60-160℃,在油田温度范围能够自动解除堵剂、使暂堵剂完全溶解去除。对原来的空隙和裂缝进行暂时封堵,在不同于原来裂缝方向压裂出新的裂缝。
  1. 产品技术参数:
(1)SDKX--5000XY型压裂暂堵剂软化温度范围:50-80℃
由于与传统的油溶性暂堵剂在结构和工作原理上的根本差别,SDKX--5000XY型压裂暂堵剂采用交替层叠结构和溶解方式,没有固定的“软化点”,只有一个软化温度范围。
(2)抗压强度:45-90 Mpa(抗压强度顺序:TPA50型< TPA 80型< TPA 130型)。
 (3) 溶解率(原油或水): 85%~100%
(4)暂堵率: 95%~100%
(5) 渗透恢复率:96%~100%
(6) 形貌:球形、纤维型。
(7)粒度: 1.5 -5.5mm,平均粒度1.33 mm。
(8)颗粒密度:1.12-1.46g/cm3。
3、产品质量检测的操作规程
SDKX--5000XY型压裂暂堵剂是与传统压裂暂堵剂从结构和原理是根本不同的,目前已经在西北地区和东北地区逐步进行推广,用户反应不论在压力还是压裂增产成功率方面令人满意。为了方便用户在使用产品前对产品有实质上的了解,特根据产品微观结构的特殊性描述一下检测产品的操作规程。

3.1.油溶性暂堵剂SDKX--5000XY操作规程如下:
设备:(1)恒温水浴锅(图1.);(2)搅拌器:实验室电动搅拌器(图2.):(3)温度计:0-200℃
具体规程:
(1)将水浴锅加热到需要测试的温度进行恒温;
(2)取1000毫升烧杯,加500毫升煤油(原油更真实)及50-100毫升水(油水比10:1至5:1),原因是:真实施工时油水同时存在;
(3)把搅拌器的搅拌插入烧杯中,慢慢开动搅拌器,能够转动就可以了,模拟油田的湍流状态;
(4)把温度计固定在烧杯煤油(或者原油)-水混合液中,以温度计的显示温度为真实温度器(控温温度仅仅做参考,不准确);
(5)取1-5克暂堵剂,加入烧杯的煤油-水混合液中,在设定温度下开始计时。
注意:1.搅拌是非常重要的,因为油比水轻,如果不搅拌,暂堵剂沉底后仅仅只能接触水不能碰到煤油(失去油溶的效果),而且搅拌模仿实际的湍流状态;2.必须恒温,因为井下温度是恒定的。3.暂堵剂不能太多,因为在井下油-水的量是流动的量很大,而实验室油-水是定量的。
实验效果应该是:
(1)SDKX--5000XY; 50型压暂堵剂: 50-65℃的范围软化\1.5小时能够溶解,最后加100水在相应温度完全透明溶解;
(2)SDKX--5000XY;80型压裂暂堵剂:60-80℃的范围软化\1-1.5小时能够溶解,最后加100水在相应温度完全透明溶解;
(3)SDKX--5000XY;130型压裂暂堵剂:80-130℃的范围软化\0.5-1.0小时能够溶解,最后加100水在恒温箱;相应温度完全透明溶解。 
3.2.水溶性暂堵剂SDKX--5000XY试验操作规程如下:
(1)将水浴锅加热到需要测试的温度进行恒温;
(2)取1000毫升烧杯,加500毫升水;
(3)把搅拌器的搅拌插入烧杯中,慢慢开动搅拌器,能够转动就可以了,模拟油田的湍流状态;
(4)把温度计固定在烧杯水中,以温度计的显示温度为真实温度器(控温温度仅仅做参考,不准确);
(5)取1-5克暂堵剂,加入烧杯水中,在设定温度下开始计时。
注意:1.搅拌是非常重要的,搅拌模仿实际的湍流状态;2.必须恒温,因为井下温度是恒定的。3.暂堵剂不能太多,因为在井下油-水的量是流动的量很大,而实验室水是定量的。
实验效果应该是:
(1)  SDKX--5000XY;50型压裂暂堵剂:
适合于油井温度50℃-65℃的油井(浅层油井);
(2)SDKX--5000XY;80-O型压裂暂堵剂:
适合于油井温度60℃-80℃的油井;(深层油井)
(3SDKX--5000XY;130型压暂堵剂:80-130℃的范围软化\0.5-1.0小时能够溶解。 
4、施工方法和注意事项:本暂堵剂强度高,首次使用时根据施工条件适当减少用量,避免导致压力过高爆管。
(1)  现场由混砂车直接加入,加入方式简单。加入速度要求:25Kg/10s.
(2)  SDKX--5000XY-2型系列暂堵剂封堵强度大,现场施工加入量根据射孔厚度(80Kg-120Kg)/M,基本可实现老缝有效封堵暂堵目的效果。
(3)  该产品无毒无味,可用手直接接触,需在干燥通风地方存放。
(4) 包装储藏;
采用三合一包装,四合一包装,净重25kg;
储藏应存放在通风避光,温度5-35℃。有效期2年。

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