求煤层气压裂设计压裂液选择方面的资料

woshimj2367@126

求煤层气压裂设计压裂液选择方面的资料

hame88

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能不能写的清楚点。可选性有很多方面的呀，童子。还有，压裂液配方不可能在随便在网上找到的喔

aswiseassolomon

羟乙基纤维素HEC在油田中的应用      压裂液稠化剂    刘皓 18982708894   18982708894@163.con
        羟乙基纤维素具有增稠、悬浮、分散、保失水等杰出性能，在众多的工业部门被广泛应用。尤其在油田，HEC在钻井、完井、修井及压裂等工艺中表现十分出色，主要被用作盐水中的增稠剂。此外还有许多特殊的应用。
1. 钻井液
        加有HEC 的钻井液通常用于硬岩钻井以及循环水漏失控制、过量失水、压力反常、高低不平的页岩层等特殊情况钻井。在开钻和大井眼钻井工艺中，应用效果也很好。
        由于HEC 具有增稠、悬浮、润滑等性质，用在钻井泥浆中，它能冷却铁屑及钻屑，将切割物带至地表，提高了泥浆的携岩能力。胜利油田曾用它作为井洞扩携沙液，效果显著，并投入实用。在井下，当遇到非常高的剪切率时，由于HEC具有奇特的流变行为，使钻液粘度在局部可接近至水的粘度，一方面提高了钻速，且使钻头不易发热，延长钻头使用寿命；另一方面，所钻井洞清洁，具有较高的渗透率。尤其是在硬岩层结构中使用，这种效果十分明显，可节约大量的材料。
        一般认为，在特定速率下的钻液循环，其所需动力在很大程度上取决于钻液流体的粘度，而采用 HEC的钻液能够明显降低水动力摩擦，从而降低对泵压的需求。这样，也就使发生井漏的敏感度亦随之下降。此外，在停机之后恢复循环时，还可减少起动转矩。
        HEC 的氯化钾溶液配成的钻井液能提高井眼的稳定性。使不平的岩层处于一个稳定状态，以放宽对套管的要求。这种钻井液还进一步改善了携岩能力，限制钻屑的扩散。
        即使在电解质溶液中HEC仍能提粘。在敏感层的钻井液中常会碰到一些含钠离子、钙离子及氯离子、溴离子的盐水，这种钻液用HEC进行增稠，可使其在全部的盐浓度及加重范围内，保持无凝胶溶解性及良好的提粘能力。可以防止对生产层的损伤，提高钻速和产油量。
        使用HEC后还可大大改善泥浆的滤失性能。大幅度提高泥浆的稳定性。HEC可作为一种添加剂，加到非分散的盐水膨润土泥浆中，可以降低失水，且在不提高凝胶强度的情况下，提高粘度。同时，应用HEC于钻井泥浆可以抑制井内粘土的分散，防止井塌。降失水效能使井壁上泥页岩的水化速度减缓，加上HEC的长链在井壁岩石上的覆盖作用，使岩石结构加强，使其不易水化剥落以致坍塌。在高渗透率的岩层，用失水添加剂象碳酸钙、筛选的碳氢化物树脂或水溶性盐粒均有良效，但在极端状态时，可以用高浓度的失水补救液(即每桶溶液中含 HEC  1.3-3.2kg)，以防止失水深入采油层。
        HEC在钻井泥浆中还可以作为不会发酵的保护胶，进行油井处理，并且进行在高压 (200 大气压) 和温度方面的测定工作。
        使用HEC的优点，还在于可以使钻井与完井工艺用相同的泥浆，减少对其他分散剂、稀释剂及 PH 调节剂的依赖，液体处理及储运等均十分方便。
2. 压裂液
        在压裂液中，HEC能提粘，而且 HEC 本身对油层无影响，不会堵塞裂缝，可压裂油井。它同时具有水基压裂液的一般特性，如悬沙能力强、摩阻小等。由 HEC  等增稠的钾、钠、铅等的高碘盐的 0.1-2% 水─醇混合液，用高压注入油井，进行压裂，于48小时内恢复了流动性。用 HEC 制成的水基压裂液，液化之后基本无残渣，尤其适用于渗透率低，无法反排残渣的地层。在碱性条件下，与氯化锰、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜以及重铬酸盐等溶液形成络合物,专用于携带支撑剂的压裂液。使用 HEC 可以避免因井下高温而造成的粘度损失，破裂石油层，在高于 371 ℃的井下仍然收到较好的效果。 HEC 在井下条件不易腐败变质，残渣低，基本不会堵塞油路，造成井下污染，从性能上讲，要比压裂中常用的植物胶如田菁等好得多。 Phillips 石油公司亦对比研究了羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素等纤维素醚类压裂液成份，认为还是以 HEC 为最佳。
        我国大庆油田用基液 HEC 浓度为 0.6% 、交链剂为硫酸铜的压裂液后，总结道，在压裂液中使用 HEC 同其他天然植物胶相比，具有基液配制好后，不容易腐败变质，可放置时间长些，残渣低等优势，而后者正是 HEC 在国外广泛被应用于油井压裂的关键所在。
3. 完井和修井
        HEC 配成的低固相完井液，在接近油层时，可避免泥土颗粒堵塞油层空隙。 降失水性质还会防止大量水份从泥浆进入油层，以保证油层的生产能力。
        HEC 降低了泥浆的摩阻，从而可降低泵压，减少动力消耗。其优异的溶盐性能也保证了在对油井酸化处理时，不析出沉淀。
        在完井和修井作业中，主要是利用 HEC 的粘性来转移砂砾。在每桶工作液里加 0.5-1kg 的HEC ，可以携带起井眼里的岩沙和碎石，使得井下的径向和纵向沙砾颁状态较好。接下来破除去聚合物也很方便，极大地简化了清除修井液和完井液的过程，只是偶尔井下条件特殊，有必要采取矫正措施，防止在钻井和修井时泥浆不返出井口，使循环液漏失。这种情况下，可以试用以高浓度HEC配成的失水补救液，即在每桶水中迅速加入 1.3-3.2kg的 HEC 注入井下。此外，在极端情况下，可在每桶柴油中放约 23 公斤左右的 HEC ，泵入井下，使之在洞内与岩层水混合时慢慢水合。
        在渗透率为500 毫达西，用浓度为每桶约 0.68kgHEC 的溶液饱和过的砂芯里，用盐酸酸化，其渗透率可恢复到原来的百分之九十以上。另外用含 136ppm 固相成份的未经滤过的海水制成的、含有碳酸钙的 HEC 完井液，其滤饼用酸从滤芯表面去除之后，原回渗率的 98% 得以恢复。
        辽河油田采用 HEC 做的无固相修井液，在防砂修井、酸化、试井、蒸气吞吐、压井诸方面均收到显著效果。他们认为这种修井液具有清洁，不会与油层接触引起粘土膨胀迁移，对岩芯的渗透率伤害很小 (<10%) 等特点，可用于重质油井和漏失严重的井，还可回收使用。
        在固井注水泥工艺中， HEC 具有双重功能：一是可以通过降低水力磨擦，降低泵压，提高速率；而更为重要的是HEC 具有优异的保失水功效，可以有效地阻止水份流向岩层，致使固井不死，同时亦保护了水泥的机械性能。我国的大庆油田、胜利油田使用 HEC 顺利完成 4000-5000 米以上深井固井作业。在固井工艺中一般使用低粘的 HEC 。
        HEC 能很好地同杀虫剂、除氧剂、泥浆失水控制剂及消泡剂等常用的油田化学品添加剂稳定共存。
4. 使用方法
a、配制:
        HEC 有个显著的特点，就是当它加入微酸性的水中去时，具有延时粘度产生效应。从开始到增稠所需要的这一段时间有助于 HEC 颗粒分散均匀、透彻而不再结块，以获得无凝胶溶液。当 HEC 分散完全之后，可采用不断搅拌溶液的方式，等待粘度产生；也可将 PH 调高至9-10 的碱性点，15 分钟内即可增稠；或者，也可以加热溶液、提高温度、促进HEC 的溶解。

        在油井作业现场， HEC 溶液是在中性到微酸性 PH 条件下，通过泥浆斗 ( 喷射型漏斗 ) 在混合桶中分批制得的，并保持 HEC 处于良好的分散状态。现场使用时，只要加入烧碱即可立即产生粘度。使用泥浆枪作业时，应注意把喷头插到液面下，这样做的目的是为了避免产生泡沫。
        很多情况下，需要补充 HEC 以增加原有溶液的粘度。这时应边加料边缓缓搅拌，最好能在补加 HEC 之前，先把HEC粉用柴油等有机溶剂或中性至微酸性的水润湿一下，这样做效果会更好。一般的通用钻井液可照以下步骤配制：
<1>洗净配制容器 ( 桶、罐等) 。
<2>按设定的浓度要求，在适量的中性或微酸性水中，将 HEC 缓缓加入，速度切勿快于 100kgHEC/15 分钟。
<3>用氢氧化钠把 PH 提到9 。但如所含电解质为氯化钙、溴化钙等，则不宜用此法。
<4>在配制成的溶液中，再增加 HEC 的量可提高粘度。反之，加水也可以降低粘度。
        失水补救液的配制：先在桶中放好适量的水，然后迅速将 1.3-3.2 公斤/桶的 HEC 投入桶中，并在尽可能短的时间里从液面泵取溶液，勿使粘度产生。
b、防酶：
        由于HEC是从纤维素制得的，不可避免地，它易受酶解，并可能失去粘度。这个性质有利于在完井和修井工艺中，HEC 同破乳剂的配合使用，但在配制钻井液时，必须引起重视，要用生物杀伤剂处理一下，避免细菌酶种产生。如果一旦细菌分散作用已经发生，那么纵然再采取补救措施杀死细菌后，在一段时间内细菌分散所形成的酶仍会使 HEC 降解，从而仍可能造成粘度损失，所以一定要防患于未然。另一个须注意的是，绝对不要用表面溢流水来配制钻井液，这类水体中很可能含酶，在极短的时间里完全破坏 HEC 溶液。

c、灭泡剂：
        在钻井等过程中，工作液易产生泡沫，必须予以除去或尽可能避免发生。聚二醇类物质、 SAG 硅氧烷等均不失为HEC 溶液的有效灭泡良剂，但其用量须视现场情况摸索试验。
        总之，在油田上，使用 HEC 时，须注意五个要点：
<1>在加料时，保持搅拌。并在全部粘度产生之前不断循环搅拌。
<2>水的性质影响到溶解时间。当 PH 或温度两者之一有提高，则完全水化时间缩短。在 HEC 未被完全分散之前，不要急于升高水的 PH 。
<3>通过泥浆斗慢慢加料 (100kgHEC/15 分钟 ) 。
<4>加进有效防腐剂、杀菌剂以防发生酶解。
<5>为防止 HEC 吸收水分，须将已被拆包但尚未一次用完的 HEC 密闭

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羟乙基纤维素HEC煤层压裂液的性能评价及应用

摘要  结合煤层孔隙度小、渗透性差等物性特征，对压裂液配方进行优化，筛选出适合煤层物性的HEC压裂液，并对其性能进行了评价。研究表明，HEC是一种无损害压裂液，适合于低温煤层进行压裂改造，它具有增稠能力强、无残渣、易破胶返排等特点。在陕西柳林地区进行了5次现场试验，效果显著。

主题词  煤层气  压裂液 HEC

一、前言

    煤层气属于非常规天然气，是在煤化过程中生成、以物理吸附形式储集在煤层中的、以甲烷为主的自生自储天然气，又称煤层甲烷。煤层的原始渗透率一般都很低，加上煤层在钻井完井过程中不同程度会受到伤害，因此煤层气井的自然产能一般很低。为了提高气井产量，必须对目的煤层进行改造。目前最有效的改造措施是采用水力压裂改善煤层的渗流通道，获得高产煤气。

在煤层压裂施工中，压裂液是压裂施工成败的关键所在。压裂液性能不好，容易脱砂形成“砂丘”，导致压裂施工失败;或是压裂液与煤层主体不配伍，在煤层表面形成二次吸附，使压裂后液体返排困难，从而影响压裂效果。因此，以HEC为主剂，结合煤层各种物性，对煤层压裂液配方进行了室内研究，并于1998年8月在陕西柳林地区煤层压裂中进行了现场应用。

二、HEC的基本性能

HEC俗称羟乙基纤维素，是纤维素的一种非离子型衍生物。它是由氯乙醇与棉浆或漂白木浆制成的碱纤维素作用后得到的产物，对电解质具有优良的溶盐性，取代度为1.2-2.0，相对分子质量约为30万。HEC是由葡萄糖单体组成的主链，在环的相对边上，羟基与碳邻位。它是一种高分子化合物，由于在水溶液中高分子间相互盘绕，使其具有较强的增粘性。它的使用浓度一般为0.4%一0.6%。

HEC具有良好的水溶性和增粘性，几乎不含有任何残渣，其水不溶物含量低(见表1)

表1  HEC基本性能

名称	外观	水分    （%）	粘度（mPa.s）	残渣    （%）	水不溶物（%）	PH值
HEC	白色纤维	4.8	≥240	<0.2	1.2	7.0

注：粘度为HEC浓度1%时测得

为使HEC压裂液接近或达到煤层环境的物化性能，并且保证压裂施工成功和压后顺利返排，在HEC压裂液体系中必须加人各种添加剂，以满足各方面的要求及达到一定的性能指标。因此在HEC压裂液中加人粘土稳定剂、两种pH值调节剂A和B以及助排破胶剂、表面活性剂和破胶剂等。

三、HEC压裂液的性能测试

(一)流变性能

压裂液的流变性反映携砂性能。由于煤层埋藏浅、温度低，而且HEC压裂液中不附加交联剂，因此对压裂液粘度要求不高。测定了HEC压裂液在不同温度下稠度系数n和剪切粘度K的数据变化(见表2);并采用RT20流变仪测试HEC压裂液在60℃下浓度0. 6% ,170 S-1

剪切60 min粘度变化情况(见图1)。

表2  HEC压裂液的n，K值

T（℃）	40	50	60
n	0.5	0.5	0.5
K（mPa.sn）	0.4858	0.3781	0.3055

由图1可知HEC压裂液在60℃下，经170 S-1剪切60 min后，仍能保持一定的粘度，可以满足压裂施工要求。

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图1  HEC(浓度0.6%)压裂液在60℃下粘度变化情况

   (二)表面活性

煤层中的水排得越彻底，甲烷解吸和泄流的面积越大，越有利于提高产气速度提高。因此，为了增加破胶水化液的表面活性，降低水化液的表面张力和破胶水化液在地层和支撑裂缝中的流动阻力，以利于返排，在HEC煤层压裂液中，加人了表面活性剂。采用ZL-01表面张力仪测定其表面化活性见表3)。

表3  水化液在不同温度下的表面性能测试

T(℃)	40	50	60
表面张力（mN/m）	34	31	25

注:纯水的表面张力为，72mN/m

   

由表3可以看出，HEC压裂液破胶水化液在煤层温度下，具有较低的表面张力，从而降低了水化液的返排阻力，有利于压后液体返排。

(三)HEC煤层压裂液的破胶性能

   HEC压裂液中虽然没加交联剂，但它是一种线性胶，分子链较长，在低温低压的煤层环境中，分子链节很难断裂，从而降低了液体返排能力。为此在HEC煤层压裂液中加人破胶剂。当施工结束后，在煤层环境条件下，通过氧化作用，破坏HEC的分子结构，使其变成小分子链节，降低粘性，易于返排。表4是HEC压裂液在不同浓度破胶剂下的破胶时间及水化液的粘度值。

表4  HEC压裂液的破胶性能

温度（℃）	APS浓度（%）	水化时间（h）	水化粘度（mPa·s）
40	0.5	2.0	5.0
	0.3	1.5	6.0
50	0.3	1.0	3.0
	0.4	0.7	3.0
60	0.2	0.7	4.0
	0.3	0.7	2.0

由表4可知，对于一般煤层，HEC压裂液在压后40 min，即可放喷返排。这样既减少了压裂液对煤层的污染，又提高了生产周期。

(四)HEC压裂液的防膨性能

    目前，虽然不清楚煤层中粘土含量，有关煤层粘土的确切数据也未见报道，但是在煤层压裂中考虑了粘土存在的可能性。用NP-01型页岩膨胀仪测试的破胶水化液防膨对比数据，其结果见表5。

表5  破胶水化液的防膨性能

介质	蒸馏水	2%KCL	水化液
膨胀量（mm）	1.23	0.94	0.87

由上表可知，由于HEC压裂液中加人了粘土防膨剂，使压裂液破胶水化后，粘土膨胀量偏低，具有很好的防止粘土膨胀的能力。

四、现场应用

    柳林地区煤层埋藏比较浅(200~500 m)，温度较低40~60℃)，压力较低(20~30MPa)，煤层的原始渗透性差。因此煤层物性与低温油层物性有一定的差异，所以HEC压裂液与一般低温油层压裂液相比，HEC属于无损害压裂液，几乎无任何残渣;使用粘度低;低温易破胶返排，且水化液的粘度较低;携砂性能好。

   1998年8月份使用HEC压裂液在陕西柳林地区共压裂5井次，施工成功率100%，单井加砂最高砂量为50m3，砂比最高达46%，排量为6 m3/min。与压前相比，平均产量由1.5×104m3增加到40 ×104m3，产量大幅度提高，具有明显的经济效益和社会效益。

五、结论与认识

    (一)HEC压裂液是一种线性胶，几乎无任何残渣，属无损害压裂液。

    (二)HEC压裂液不需加交联剂即可满足煤层压裂施工要求。

    (三)柳林地区HEC压裂液施工排量为6m3/min，单井加砂量50m3，压后40 min排液，水化液的粘度为4 mPa·s。

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温米油田300方压井液材料清单

                                          羟乙基纤维素  HEC   18982708894

一、项目验收前的了解到的产品成本

（1）配方1成本预算：

0.8%起泡剂（SDS:DTAB=2:1）+ 1.0%明胶+ 1.0%十二醇+ 0.5%CMC + 0.5%HEC + 1.0%NW-1 + 0.6%FL-1；

药品	加量(%)	合计
SDS	0.53	740.79元/吨
DTAB	0.27
明胶	1.0
十二醇	1.0
CMC	0.5
HEC	0.5
NW-1	1.0
FL-1	0.6

（2）配方2成本预算：

0.8%起泡剂（SDS:DTAB=2:1）+ 1.0%明胶+ 1.0%十二醇+ 0.5%CMC + 1.0%HEC + 1.0%NW-1 + 0.6%FL-1；

药品	加量(%)	合计
SDS	0.53	965.79元/吨
DTAB	0.27
明胶	1.0
十二醇	1.0
CMC	0.5
HEC	1.0
NW-1	1.0
FL-1	0.6

二、目前产品相关情况

为了确保施工顺利进行，本次按照配方2来进行300方压井液基液进行清单罗列与价格预算：

1、SDS（十二烷基硫酸钠）

300×0.53%=1.59吨

（备注：这是一个小分子，只要产品纯度达到99%，任何厂家都可以）

2、DTAB（十二烷基三甲基溴化铵）

300×0.27%=0.51吨

（备注：这是一个小分子，只要产品纯度达到99%，任何厂家都可以）

3、明胶

300×1.0%=3吨

4、十二醇

300×1%=3吨

（备注：这是一个小分子，只要产品纯度达到99%，任何厂家都可以）

5、CMC（羧甲基纤维素）

300×0.5%=1.5吨

6、HEC（羟乙基纤维素）

300×1%=3吨

（备注：这是一个高分子化合物，型号要求较高，本配方要求产品质量满足：20℃时，2%的HEC粘度必须大于0.8Pa.s，水不溶物含量小于2%）

7、NW-1（粘土稳定剂）

300×1.0%=3吨

8、FL-1（助排挤）

300×0.6%=1.8吨

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