壓裂液粘彈性能的測定方法
【專利摘要】本發明公開了一種壓裂液粘彈性能的測定方法，包括：(a)制備待測試的壓裂液樣品；(b)開啟空氣壓縮機，控制進入實驗儀器的氣壓為0.20～0.25MPa，升至50℃～70℃并恒溫；(c)將壓裂液樣品置于實驗儀器中；(d)選擇振蕩剪切測量模式，在0.1～0.3Hz下進行應力振幅掃描，確定線性粘彈區；(e)在線性粘彈區內選定一應力值，進行頻率掃描；(f)在頻率為0.01～10Hz范圍內進行頻率掃描，確定粘彈性能與振蕩頻率的關系，通過分析，得出壓裂液粘彈性能受振蕩頻率的影響。本發明能快速測試出壓裂液的粘彈性能，且測試結果準確，測試步驟簡單，大大降低了測試成本，為壓裂液的使用提供了理論支持。
【專利說明】 壓裂液粘彈性能的測定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種壓裂液粘彈性能的測定方法。
【背景技術】
[0002]壓裂液是水力壓裂改造油氣層過程中的工作液，起著傳遞壓力、形成和延伸裂縫、攜帶支撐劑的作用。壓裂液及其性能是影響壓裂成敗的重要因素，對大型壓裂來說這個因素更為突出。壓裂液及其性能對能否造出一條足夠尺寸的，有足夠導流能力的填砂裂縫是有密切關系的。在壓裂施工的各項費用中，壓裂液要占1/2或更多，使用恰當性能的壓裂液也是提高壓裂經濟效益的重要途徑。
[0003]壓裂液是一個總稱，按照在不同階段注入井內的壓裂液所起的作用，壓裂液組成分為以下3類:
[0004](I)前置液:即不含支撐劑的壓裂液，用于形成和延伸地層裂縫，為支撐劑進入地層建立必要的空間，同時可以降低地層溫度以保持壓裂液粘度；
[0005](2)攜砂液:用于進一步延伸裂縫，將支撐劑帶入壓裂裂縫預定位置，充填裂縫而形成高滲透支撐裂縫帶。攜砂液實質是一種混有支撐劑的壓裂液，用量很大，視地層情況、液體性能和改造規模而定；
[0006](3)頂替液:用于將井筒內攜砂液全部頂入地層裂縫，避免井底沉砂。
[0007]對于占液量絕大部分的前置液及攜砂液都應具備一定的造縫能力并使壓裂后的裂縫壁面及填砂裂縫有足夠的導流能力，這樣它們必須具備如下的性能要求:
[0008](I)濾失少:這是造長縫、寬縫的重要性能。壓裂液的濾失性主要取決于它的粘度與造壁性，粘度高則濾失少。在壓裂液中添加降濾失劑能改善造壁性，大大減少濾失量。
[0009](2)懸砂能力強:壓裂液的懸砂能力主要取決于粘度，壓裂液只要有足夠高的粘度，砂子即可完全懸浮，這對砂子在縫中的分布是非常有利的。
[0010](3)摩阻低:壓裂液在管道中的摩阻越小，則在設備功率一定的條件下利用來造縫的有效功率越多。摩阻過高不僅降低了設備的利用效率，甚至由于井口壓力過高而限制了施工。
[0011](4)熱穩定性和抗剪切穩定性:保證液體不能由于溫度升高或在機械剪切作用下而使粘度大幅度降低。
[0012](5)配伍性:壓裂液進入地層后與地層中的巖石礦物接觸，不應起不利于油氣滲濾的物理或化學反應，例如不要引起粘土膨脹或發生沉淀而堵塞地層。這種配伍性的要求是非常重要的，往往有些低滲地層壓裂后效果不佳，有部分原因就是由于配伍性不好造成的。
[0013](6)破膠快速、徹底:保證壓裂液施工后能快速返排，提高施工效率。
[0014](7)殘渣含量低:降低壓裂液殘渣對地層的傷害。
[0015](8)貨源廣便于配制，成本適中，經濟上切實可行。
[0016]目前，國內外廣泛使用的壓裂液體系可分為水基壓裂液、泡沫壓裂液、油基壓裂液和乳化壓裂液。從50年代初到60年代初是以油基壓裂液為主，而在60年代初，以胍爾膠稠化劑的問世，標志著現代壓裂液化學的誕生。70年代，由于胍爾膠化學改性(如羥丙基胍爾膠HPG，羥基羧甲基胍爾膠CMHPG)的成功，以及交聯體系的完善(由硼、銻發展到有機鈦、有機鋯)，水基壓裂液迅速發展，在壓裂技術中得到廣泛應用；80年代隨著致密氣藏的開采和部分低壓油井壓后返排困難等問題的增加，泡沫壓裂液技術又在現場得到大規模應用，部分取代了水基壓裂液，80年代另一個顯著的發展是采用了控制交聯時間，或者說延遲交聯反應的水基壓裂液；90年代壓裂液的發展轉向“清潔”無傷害的表面活性劑膠束壓裂液體系。目前，國內外壓裂液體系仍是以水基壓裂液為主(占65%)，泡沫壓裂液(占30%)，油基壓裂液、乳化壓裂液(占5% )共存的局面。
[0017]泡沫壓裂液一般由氣相和液相組成:可供選擇的氣相主要有空氣、氮氣及二氧化碳等。考慮到油氣井作業的安全性，氣相一般為10%?70%的二氧化碳或氮氣，以氣泡的形式分散在整個連續相中。液相通常含有表面活性劑或其它穩定劑，以減少相分離。液相可以用水，水-甲醇混合物、凝膠水或凝膠油。它與地層接觸的液體少，處理液返排很快，一般不需要進行抽吸作業。適用于油井和氣井、低壓和水敏性地層，適用的最高井底溫度可達150。。。
[0018]泡沫壓裂液具有靜液柱壓力低、濾失量小、攜砂性能好、助排能力強、對地層傷害小等優點，因而在世界各油氣田廣泛用它作為低壓低滲、漏失及水敏性地層的壓裂液。由于其具有的攜砂性能好、濾失量小的優點，在高滲透地層壓裂中也得以應用。同時泡沫壓裂液又具有助排能力強等優點，因此用于低滲、低壓儲層時，一般表現出極好的壓后返排性能。泡沫壓裂液的流變特性不能精確測量，因而進行現場質量控制和壓力分析比較困難。
[0019]對聚合物溶液的彈性特性而言，部分能量被儲存，儲能模量G'則反映了粘彈流體的彈性大小；對粘性特性而言，部分能量被耗散或損耗，耗能模量G"的大小反映了粘彈流體的粘性大小。
【發明內容】
[0020]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種壓裂液粘彈性能的測定方法，該方法能快速測試出壓裂液的粘彈性能，且測試結果準確，測試步驟簡單，大大降低了測試成本，為壓裂液的使用提供了理論支持。
[0021]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種壓裂液粘彈性能的測定方法，包括以下步驟:
[0022](a)首先，制備待測試的壓裂液樣品；
[0023](b)然后，開啟空氣壓縮機，控制進入實驗儀器的氣壓為0.20?0.25MPa，升至50°C?70°C并恒溫；
[0024](C)將壓裂液樣品置于實驗儀器中；
[0025](d)選擇振蕩剪切測量模式，在0.1?0.3Hz下進行應力振幅掃描，確定線性粘彈區；
[0026](e)在線性粘彈區內選定一應力值，進行頻率掃描；
[0027](f)在頻率為0.01?IOHz范圍內進行頻率掃描，確定粘彈性能與振蕩頻率的關系，通過分析，得出壓裂液粘彈性能受振蕩頻率的影響。[0028]所述步驟(b)中，控制進入實驗儀器的氣壓為0.22MPa。
[0029]所述步驟(b)中，恒溫溫度為60°C。
[0030]所述步驟(d)中，在0.2Hz下進行應力振幅掃描。
[0031]所述步驟(f)中，在頻率為5Hz的情況下進行頻率掃描。
[0032]綜上所述，本發明的有益效果是:能快速測試出壓裂液的粘彈性能，且測試結果準確，測試步驟簡單，大大降低了測試成本，為壓裂液的使用提供了理論支持。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為壓裂液粘彈性能的結果示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限于此。
[0035]實施例:
[0036]本發明涉及的一種壓裂液粘彈性能的測定方法，其具體步驟如下:
[0037](a)首先，制備待測試的壓裂液樣品；
[0038](b)然后，開啟空氣壓縮機，控制進入實驗儀器的氣壓為0.20?0.25MPa，升至50°C?70°C并恒溫；
[0039](C)將壓裂液樣品置于實驗儀器中；
[0040](d)選擇振蕩剪切測量模式，在0.1?0.3Hz下進行應力振幅掃描，確定線性粘彈區；
[0041](e)在線性粘彈區內選定一應力值，進行頻率掃描；
[0042](f)在頻率為0.01?IOHz范圍內進行頻率掃描，確定粘彈性能與振蕩頻率的關系，通過分析，得出壓裂液粘彈性能受振蕩頻率的影響。
[0043]所述步驟(b)中，控制進入實驗儀器的氣壓為0.22MPa。
[0044]所述步驟(b)中，恒溫溫度為60 V。
[0045]所述步驟(d)中，在0.2Hz下進行應力振幅掃描。
[0046]所述步驟(f)中，在頻率為5Hz的情況下進行頻率掃描。
[0047]對聚合物溶液的彈性特性而言，部分能量被儲存，儲能模量G'則反映了粘彈流體的彈性大小；對粘性特性而言，部分能量被耗散或損耗，耗能模量G"的大小反映了粘彈流體的粘性大小。
[0048]由于動態測試研究的是聚合物溶液的線性粘彈性，實驗必須在聚合物溶液的線性粘彈性區域內進行。線性粘彈區域可限定為復合模量G*恒定的振幅區域內。若選用高振幅及隨之產生的高應力，就會偏離線性粘彈區域，那么用不同儀器和不同實驗條件測試樣品，得到的數據會有無法解釋的偏差。在非線性條件下，樣品被破壞到一定程度，分子或聚集體內部的瞬時鍵遭到破壞，產生了剪切稀釋，施加的能量大部分變為熱量而不可逆地損耗掉。因此,進行聚合物溶液的動態實驗時,必須從應力振幅掃描開始,將頻率固定再進行應力振幅掃描。在選定能保證樣品安全地處于線性粘彈性區域的合適振幅之后，進行下一步頻率掃描實驗。[0049]通過上述方法測得的實驗結果如圖1所示，根據圖1，在頻率0.1Hz下，應力σ從
0.1Pa到IOPa的過程中，G'、G"在σ大于6Pa后略有下降，因此可以確定σ在0.1到6Pa處于線形粘彈區，選擇σ為3Pa作頻率掃描；在0.01?IOHz的頻率掃描過程中Gi始終大于G"，可確試樣處于凍膠狀態。由于在整個測試過程中，G'和G"總體上呈上升趨勢，根據石油天然氣行業標準SY/T6296-1997《采油用聚合物凍膠強度的測定流變參數法》的要求選擇ω = 0.1Hz處的G'和G"值作為參考值，此時G' = 3.15，G" =1.71。兩者都滿足SY/T6376-2008《壓裂液通用技術條件》中G' > 1，G" > 0.3的要求。
[0050]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質，對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.壓裂液粘彈性能的測定方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)首先，制備待測試的壓裂液樣品； (b)然后，開啟空氣壓縮機，控制進入實驗儀器的氣壓為0.20?0.25MPa，升至50°C?70°C并恒溫； (c)將壓裂液樣品置于實驗儀器中；(d)選擇振蕩剪切測量模式，在0.1?0.3Hz下進行應力振幅掃描，確定線性粘彈區； (e)在線性粘彈區內選定一應力值，進行頻率掃描； (f)在頻率為0.01?IOHz范圍內進行頻率掃描，確定粘彈性能與振蕩頻率的關系，通過分析，得出壓裂液粘彈性能受振蕩頻率的影響。
2.根據權利要求1所述的壓裂液粘彈性能的測定方法，其特征在于，所述步驟(b)中，控制進入實驗儀器的氣壓為0.22MPa。
3.根據權利要求1所述的壓裂液粘彈性能的測定方法，其特征在于，所述步驟(b)中，恒溫溫度為60°C。
4.根據權利要求1所述的壓裂液粘彈性能的測定方法，其特征在于，所述步驟(d)中，在0.2Hz下進行應力振幅掃描。
5.根據權利要求1所述的壓裂液粘彈性能的測定方法，其特征在于，所述步驟(f)中，在頻率為5Hz的情況下進行頻率掃描。
【文檔編號】G01N11/00GK103808631SQ201210483465
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】張紅梅 申請人:張紅梅
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
