压裂用纤维携砂性能影响因素分析

2021-03-16盖玉叶张贵玲宋时权邵红云牟英华赵俊桥

石油工业技术监督 2021年3期

盖玉叶，张贵玲，宋时权，邵红云，牟英华，赵俊桥

中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院（山东东营257000）

压裂用纤维因其独特的优势，近年来应用越来越广泛。其主要是在压裂施工过程中添加一定量纤维，依靠纤维材料形成的类似网状的互绕结构来固定支撑剂[1]，以提高压裂液的携砂能力，并使支撑剂在裂缝内均匀铺置，减少地层吐砂，从而提高改造效果。在携砂液中添加纤维，可以提高支撑剂的输送能力，能够将支撑剂输送到更远的位置形成较长的水力裂缝，并且有助于控制支撑剂的沉降高度，从而增强压裂过程中裂缝缝高的控制[2]。目前胜利油田压裂用纤维的检测评价是依据标准Q/SH 1020 2676—2018[3]，但实验人员在使用标准过程中，发现该标准存在压裂用纤维携砂性能与现场应用不能紧密结合，不能全面反映纤维质量等问题。为解决现有方法不能真实反映其携砂性能的问题，通过室内研究，对压裂用纤维的加入量、压裂液浓度（以下浓度均为质量分数）、陶粒砂比及体积密度进行了细化研究，从而为实验室检测评价提供相应的依据。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

主要试剂有：压裂用纤维；羟丙基瓜尔胶（工业一级品）；低中高密度陶粒。

主要仪器包括：秒表，精度±0.1 s；分析天平，感量0.001 g；烧杯（250 mL）；量筒（100 mL、500 mL）；搅拌器；玻璃棒。

1.2 实验准备

实验步骤:①在清水中加入一定浓度的羟丙基瓜尔胶,用搅拌器将二者混合均匀,配制压裂液基液；②根据实验的需要加入一定量的纤维及陶粒，并混合均匀，再将混合液倒入100 mL量筒中；③将上述的压裂液混合液置于室温中,放置120 min，将支撑剂在量筒中的沉降体积及沉降时间记录下来。

2 结果与讨论

2.1 不同纤维加量对携砂性能的影响

按照标准要求：纤维加入量为0.5 g。但不同的纤维加入量也会影响纤维的携砂性能，按照纤维和陶粒同时加入的方式，开展纤维浓度对携砂性能影响的实验，取3个烧杯，分别在不同烧杯中放入100 mL压裂液，同时加入0.3 g、0.5 g、0.7 g纤维及17 g陶粒，搅拌均匀，再把混有纤维及陶粒的压裂液倒入量筒中，观察陶粒沉降体积及沉降时间。

从表1中可以看出，当纤维加量在一定浓度范围内，随着纤维加量的增加，陶粒完全沉降时间及沉降体积也在增加，主要是由于纤维加量的增大，增强了其交联的三维网状结构的强度，从而提高了压裂液的携砂性能。虽然纤维的浓度能提高其携砂性能，但由于考虑到纤维成本以及现场实际施工要求[4]，标准中纤维的加量建议为0.5 g。

表1 不同纤维加量下陶粒的沉降体积及沉降时间

2.2 不同压裂液浓度对纤维携砂性能的影响

按照标准要求，考察纤维的携砂性能是用0.4%的羟丙基瓜尔胶溶液，但基液的浓度也会影响到纤维的携砂性能，为此分别配制0.4%、0.5%、0.6%羟丙基瓜尔胶溶液，再同时加入17 g陶粒及0.5 g纤维，观察纤维的携砂性能（表2）。

表2 不同基液浓度下陶粒的沉降时间及沉降体积

从表2可以看出，当基液在一定的浓度范围内，其沉降时间及沉降体积也在增大。当浓度在0.4%～0.6%变化时，沉降体积增大18 mL，沉降时间增大13 min，这是由于随着基液浓度的升高，基液的黏度也在逐步增加，从而提高了体系对陶粒沉降的牵制力。但结合实验室及现场施工实际情况，0.4%的羟丙基瓜尔胶溶液对体积密度较大的陶粒携砂能力作用较弱，纤维作用很难体现。为此建议修改标准，设定浓度为0.5%的羟丙基瓜尔胶溶液作为携砂液。

2.3 不同砂比对纤维携砂性能的影响

按照标准要求，每100 mL压裂液中要求加入17 g陶粒，但实际生产过程中，综合砂比为10%～20%，不同砂比的陶粒也会对纤维的携砂性能有影响，为此展开不同砂比对沉降时间及沉降体积的影响研究。取3个烧杯，分别取10%、15%、20%砂比的陶粒，量取100 mL压裂液倒入，再在不同烧杯中放入0.5 g纤维搅拌均匀，倒入量筒中，观察陶粒的完全沉降时间及沉降体积（表3）。

表3 不同砂比下陶粒的沉降时间

从表3中可以看出，随着砂比的增加，陶粒的沉降时间也在缩短，说明不同砂比的陶粒对纤维的携砂能力影响较大，这是因为纤维与支撑剂混合，可以使得纤维在支撑剂中分散形成三维空间网状结构[5]，将支撑剂束缚于其中，阻止支撑剂的运移，以改善携砂液的携砂能力。但陶粒砂比的增大，纤维形成网状结构比较脆弱[6-7]，影响了其携砂能力。