Exploration & Production 杂志
Aug 1, 2010
一种降摩阻聚合物在
Haynesville 页岩气的降阻水压裂工艺中的应用
摘要：本文介绍了一种新型高粘度合成聚合物，在路易斯安那北部的Haynesville 页岩气井的修井和降阻水压裂作业中使用，在恶劣工况条件下，该聚合物提供了良好的降摩阻性能。
作者:
Dennis Goldwood 和Shane Bainum (Drilling Specialties Co.钻井特殊化学品公司)
Tayvis Dunnahoe 高级主编
在路易斯安那北部的Haynesville 页岩地层，井深在3,200～4,115 m 。
该地区的平均垂直井深为3,353 m ，并沿横断面延伸1,830 m 。
在这样深的地层，井下的环境十分恶劣。
Haynesville 页岩层，井底温度平均在157˚C ，最高可达193˚C 。
伴随高温的同时还存在高压，Haynesville 页岩层的处理压力达到6,000 至 15,000 psi 。
现场在采用连续油管进行修井作业的同时，还要进行降阻水压裂作业。
为了保证作业的成功，需要采用一种性能可靠的降摩阻剂。
该降摩阻剂的采用，可以充分的降低操作中的循环摩阻压力，在相同泵数的情况下，在更高压的压力条件下能够进行压裂作业。
这对于连续油管作业来说，不仅可以让操作中的HSE 得到改善，也为修井作业降低了成本。
钻井特殊化学品公司（Drilling
Specialties Co.）的HE 150聚合物最
早是在2008年实现商品化的。
该聚合
物在连续油管作业和降阻水压裂作业中
能够起到显著的降摩阻作用。
在绝大多
数一价离子和氯化钙盐水中，其稳定的
使用温度高达204ºC 。
在密度更高的盐
水中，例如在溴化钙和溴化锌盐水中，
它的热稳定性也能达到149˚C 。
这种高
粘度合成聚合物经常被用作盐酸、盐水
和淡水的增稠剂。
它不仅在高温下保持
稳定，其聚合物的单位用量下的增粘效
果也保持最佳。
液态HE 150聚合物是一种用异构链烷烃油配制的聚合物悬浮液，其有效成份为45%，密度为0.984g/cm 3，即有效成份为432kg/M 3。
该聚合物即便
在严酷的冬季，使用也很方便。
该悬浮
液在-34˚C以下也都保持稳定。
它在水中的水化速度非常快。
试验显示，在24˚C时，它在2%的KCl盐水中粘度发展完成的时间只需要一分钟。
这表示在降阻水压裂处理中，该聚合物可用于压裂液的连续混配工艺。
这项技术是起源于钻井特殊化学品公司沿用了十多年的聚合物悬浮技术。
聚合物在这种体系中，在常规条件下存放一年以上也不会出现聚合物颗粒聚沉，或者是分层现象。
降阻水压裂降摩阻
在许多降阻水压裂处理中，使用的降摩阻处理剂是聚丙烯酰胺（PHPA）乳液，使用效果也不佳。
尽管聚丙烯酰胺的价格相对要便宜点，但它的使用环境是非常有限的。
由于这类乳液是反转乳化的添加剂，在用现场使用时，需要进行破乳反转处理，这也给现场配制盐水带来不便。
而且，反转处理不完全，会因摩阻压力的增大而导致循环泵速的下降。
这种问题的矫正可加入一种表面活性剂来实现，但是，这又会在体系中增加新的成分。
而且，聚丙烯酰胺也会受到盐水中其它成份的影响和干扰，特别是多价离子（如Ca2+，Mg2+， Fe3+等离子）。
这些离子会与聚丙烯酰胺的水解集团（羧基）发生反应，导致聚合物的交联和沉淀。
作为一种降摩阻剂，HE 150聚合物在水中分散很迅速，从而避免结块。
与其它聚合物乳液相比，HE 150聚合物悬浮液所具有的独特优点在于，它不需要反转破乳，以使聚合物分散到压裂液中。
因此，通常水中的干扰成份也就不会对粘度发展的速度产生影响了。
该聚合物比聚丙烯酰胺的降摩阻效率来得更高，
因而，达到相同效果所需要的聚合物用量，也比聚丙
烯酰胺要低得多。
液态的HE 150聚合物悬浮液的有效成份高达432kg/M3，而典型的聚丙烯酰胺乳液的有效
成份只能达到312～360kg/M3，所以，达到相同效果，前者也的用量就更少，处理也更简单。
在降阻水压裂
液处理中，该聚合物的用量要比普通乳液聚合物降低25%。
调整聚合物的加量，就能很容易地调整压裂液
的循环泵速。
液态HE 150聚合物是一种油基悬浮液，体积粘度系数低，其加注时的体积计量也就相对更容易，即使是在冬季。
对于环境敏感的使用区域，例如
在墨西哥湾等海上区域，则可以选择Greenbase HE 150聚合物悬浮液这种产品。
聚合物的破胶和清除
特别是在完井应用中，在作业完成之后，经常会
考虑到如何将井筒附近区域的聚合物清除干净的问题。
HE 150聚合物是一种在通常条件下保持可溶解性，并
且也不容易降解，性能十分稳定的聚合物，因而在油
田中得到广泛使用。
不过，在井下条件下，它也是能
够降解的。
采用油田常用的氧化剂，如过硫酸铵溶液，就能很容易将其清除了。
降低循环压力
作为钻井特殊化学品公司用于恶劣环境下的系列聚合物产品之一，HE 150聚合物所使用的区域包括在Marcellus，Eagle Ford和Haynesville页岩地层。
有不少的公司正在这类作业中寻求很高的投资回报。
液态HE 150聚合物在Haynesville页岩处理中，被用于降低一种密度为1.2g/cm3盐水的循环
泵压。
作业者使用的是2-in的连续油管（CT）装置，用于钻开射孔口的堵塞物。
锥形的连续油管
是由1.65-in（内径）3,048 m长，1.624-in从3,048到 4,267 m，以及1.594-in的长度从4,267到5,182 m的油管窜所组成，用于穿过5.5-in的套管。
该项目使用的基线盐水密度为1.2g/cm3，井深为3,749 m。
泵速为0.3～0.35M3/分钟。
循环压
力为7,408 psi，井口压力为5,500 psi。
操作温度范围在166˚C至171˚C。
液态HE 150聚合物是在33˚C，用盐水以富余1.6M3（10bbl）的量预混好的（虽然不需要这
样做）。
为了降低摩阻，聚合物的加量在每1.6M3（10bbl）加入5.6～7.5升（1.5 to 2 gal/10 bbl）。
根据现场人员报告，聚合物混配非常好，盐水光滑均匀。
另外，还泵入了一个以每0.16M3
加入2升聚合物（5 gal Pail/10 bbl）的浓度配制的“清扫段塞”，并形成了一个均匀而粘稠的清扫段。
在用液态HE 150聚合物处理后，井的循环泵压是6,110 psi，井口压力为4,720 psi，这是观
察中所得到的最佳的全面显著的压力降。
全面的循环压力降低达到1,000到1,298 psi。
在该项作
业中，所用的配制材料成本下降了50%，全部材料总的成本节省了30%。
也是在Haynesville的一个类似的项目中，用密度为1.176g/cm3盐水，井深为3,810 m，泵速0.3M3/分钟。
原来的循环泵压为7,395 psi，井口压力为5,480 psi。
液态HE 150聚合物是在34˚C，用盐水以富余1.6M3（10bbl）的量预混好，液态HE 150聚合物的用量是每1.6M3的盐水，加入
3.785升聚合物（1 gal /10 bbl）作为降摩阻剂。
采用HE 150聚合物处理后，循环泵压下降到5,990 psi，井口压力降到了4,680 psi。
全面的
循环泵压降低达到1,200 至1,405 psi，1589.7升盐水与3.785升液体聚合物混合的比例。
根据现场人员报告，聚合物混配良好，没有形成鱼眼，聚合物产品在包装桶中也没有分层。
除
此之外，提高温度和压力条件，该公司也从降低配液数量，降低材料成本中获得了广泛的收益。
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