为探究页岩气开采过程中的脉冲水力压裂液流变性能对频率的响应情况,采用0,1,3,5,7 Hz 这5个不同频率对2种不同黏度(30 mPa·s和10 mPa·s)的瓜尔胶液进行脉冲剪切试验。试验结果表明不同黏度大小的压裂液对于脉冲频率的响应效果是有区别的:当采用相对高黏压裂液体系时,对于结构黏度和塑性黏度,随着频率增大,总体上两者都呈下降趋势;对于表观黏度,随着频率的增大,压裂液表观黏度先是不断受到剪切稀释而减小,当频率达到5 Hz后,即使频率进一步增大,压裂液黏度也基本变化不大;对于压裂液的流性指数则是随着频率的增大先增加后减少,且当频率为5 Hz时流性指数达到最大值。采用相对低黏压裂液体系时,结构黏度较塑性黏度变化平缓,这在压裂过程中泵入支撑剂阶段有利于支撑剂在储层裂缝中的运移,对于压裂后期稳缝有着重要作用;采用较低黏压裂液的表观黏度和流性指数对于频率的剪切稀释响应效果不是很明显。研究成果为页岩气储层的开采提供了技术参考。
Abstract
To investigate the changes of rheology of pulse hydraulic fracturing fluid in response to frequency in shale gas exploitation, we conducted pulse shear tests on guar gum of two different viscosities (30 mPa·s and 10 mPa·s) under five different frequencies (0 Hz, 1 Hz, 3 Hz, 5 Hz and 7 Hz). Test results show that the response of fracturing fluids to pulse frequency varies with the change of viscosity. For fracturing fluid of relatively high viscosity, as frequency rises, the structural viscosity and plastic viscosity both present downward trend in general; whereas apparent viscosity firstly reduces by shear thinning, and then changes slightly when frequency reaches 5 Hz and even more; the flow index of fracturing fluid declines after increasing to a maximum value at frequency 5 Hz. For fracturing fluid of relatively low viscosity, as frequency rises, viscosity changes more slowly than plastic viscosity does, which is favorable for proppant migration during proppant stage, playing a significant role in stabilizing fractures at the later stage of fracturing. In conclusion, the response of rheological properties of highly-viscous fracturing fluid to pulse frequency is less obvious than that of lowly-viscous fluid.
关键词
压裂液 /
黏度 /
脉冲频率 /
剪切稀释性 /
流变性 /
支撑剂
Key words
fracturing fluid /
viscosity /
pulse frequency /
shear thinning behavior /
rheology /
proppant
{{custom_sec.title}}
{{custom_sec.title}}
{{custom_sec.content}}
参考文献
[1] 张东晓, 杨婷云. 页岩气开发综述[J]. 石油学报, 2013, 34(4):792-801.
[2] 董大忠, 邹才能, 杨 桦,等. 中国页岩气勘探开发进展与发展前景[J]. 石油学报, 2012, 33(增1):107-114.
[3] 张士诚, 郭天魁, 周 彤,等. 天然页岩压裂裂缝扩展机理试验[J]. 石油学报, 2014, 35(3):496-503.
[4] 龙政军. 压裂液性能对压裂效果的影响分析[J]. 钻采工艺, 1999,22(1):49-52.
[5] 张贵金, 刘 杰, 胡大可,等. 黏土水泥膏浆流变性能及其对灌浆的影响[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(3):119-125.
[6] 张 健, 魏 涛, 韩 炜,等. CW520丙烯酸盐灌浆材料交联剂合成及其浆液性能研究[J]. 长江科学院院报, 2012, 29(2):55-59.
[7] 张 浩. 高温压裂液流变性影响因素分析[J]. 齐齐哈尔大学学报(自然科学版), 2005, 21(1):98-100.
[8] 周建芳, 张黎明, HUI P S. 两性瓜尔胶衍生物溶液的流变特征[J]. 物理化学学报, 2003, 19(11):1081-1084.
[9] 张 浩, 谢朝阳, 韩 松,等. 火山岩深气层压裂液体系研究与应用[J]. 油田化学, 2005, 22(4):310-312.
[10]WANG X,QI Q,MCCARTHY S, et al.Successful Applications of Borate Crosslinked Fracturing Fluids at High Temperature[C]∥Society of Petroleum Engineers, International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control,Lafayette,Louisiana,February 20-21,2002,doi:10.2118/73789-MS.
[11]PARRIS M D,MIRAKYAN A L,ABAD C, et al.A New Shear-Tolerant High-Temperature Fracturing Fluid[C]∥Proceedings of the SPE International Symposium on Oilfield Chemistry,doi:https:∥DOI.ORG/10.2118/121775-ms.
[12]王平全. 不同流变模式下钻井液剪切稀释性评价[J]. 天然气工业, 1997, 17(6):43-45.
[13]江小玲, 雷宗明, 刘 佳. 钻井液流变参数相关性研究[J]. 钻采工艺, 2010, 33(4):15-19.
[14]翟 成, 李贤忠, 李全贵. 煤层脉动水力压裂卸压增透技术研究与应用[J]. 煤炭学报, 2011, 36(12):1996-2001.
[15]鄢捷年.钻井液工艺学[M].北京:中国石油大学出版社,2013.
[16]乌效鸣,蔡记华,胡郁乐.钻井液与岩土工程浆材[M].武汉:中国地质大学出版社,2014.
[17]丁庆军, 管学茂, 胡曙光. 混合材对超细灌浆水泥流变性能的影响[J]. 长江科学院院报, 2002, 19(2):23-26.
[18]杨 谦. 泥浆脉冲器脉冲发生机理研究[D]. 长春:吉林大学, 2011.
[19]刘修善, 苏义脑, 岑章志. 钻井液脉冲传输速度的影响因素分析[J]. 石油钻采工艺, 1999, 21(5):1-4.
基金
国家自然科学基金项目(41302124);中南大学中央高校基本科研业务费专项(2017zzts564)
PDF(3422 KB)
