压裂液粘弹性能的测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种压裂液粘弹性能的测定方法，包括：(a)制备待测试的压裂液样品；(b)开启空气压缩机，控制进入实验仪器的气压为0.20～0.25MPa，升至50℃～70℃并恒温；(c)将压裂液样品置于实验仪器中；(d)选择振荡剪切测量模式，在0.1～0.3Hz下进行应力振幅扫描，确定线性粘弹区；(e)在线性粘弹区内选定一应力值，进行频率扫描；(f)在频率为0.01～10Hz范围内进行频率扫描，确定粘弹性能与振荡频率的关系，通过分析，得出压裂液粘弹性能受振荡频率的影响。本发明能快速测试出压裂液的粘弹性能，且测试结果准确，测试步骤简单，大大降低了测试成本，为压裂液的使用提供了理论支持。
【专利说明】 压裂液粘弹性能的测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压裂液粘弹性能的测定方法。
【背景技术】
[0002]压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液，起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。压裂液及其性能是影响压裂成败的重要因素，对大型压裂来说这个因素更为突出。压裂液及其性能对能否造出一条足够尺寸的，有足够导流能力的填砂裂缝是有密切关系的。在压裂施工的各项费用中，压裂液要占1/2或更多，使用恰当性能的压裂液也是提高压裂经济效益的重要途径。
[0003]压裂液是一个总称，按照在不同阶段注入井内的压裂液所起的作用，压裂液组成分为以下3类:
[0004](I)前置液:即不含支撑剂的压裂液，用于形成和延伸地层裂缝，为支撑剂进入地层建立必要的空间，同时可以降低地层温度以保持压裂液粘度；
[0005](2)携砂液:用于进一步延伸裂缝，将支撑剂带入压裂裂缝预定位置，充填裂缝而形成高渗透支撑裂缝带。携砂液实质是一种混有支撑剂的压裂液，用量很大，视地层情况、液体性能和改造规模而定；
[0006](3)顶替液:用于将井筒内携砂液全部顶入地层裂缝，避免井底沉砂。
[0007]对于占液量绝大部分的前置液及携砂液都应具备一定的造缝能力并使压裂后的裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力，这样它们必须具备如下的性能要求:
[0008](I)滤失少:这是造长缝、宽缝的重要性能。压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少。在压裂液中添加降滤失剂能改善造壁性，大大减少滤失量。
[0009](2)悬砂能力强:压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液只要有足够高的粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂子在缝中的分布是非常有利的。
[0010](3)摩阻低:压裂液在管道中的摩阻越小，则在设备功率一定的条件下利用来造缝的有效功率越多。摩阻过高不仅降低了设备的利用效率，甚至由于井口压力过高而限制了施工。
[0011](4)热稳定性和抗剪切稳定性:保证液体不能由于温度升高或在机械剪切作用下而使粘度大幅度降低。
[0012](5)配伍性:压裂液进入地层后与地层中的岩石矿物接触，不应起不利于油气渗滤的物理或化学反应，例如不要引起粘土膨胀或发生沉淀而堵塞地层。这种配伍性的要求是非常重要的，往往有些低渗地层压裂后效果不佳，有部分原因就是由于配伍性不好造成的。
[0013](6)破胶快速、彻底:保证压裂液施工后能快速返排，提高施工效率。
[0014](7)残渣含量低:降低压裂液残渣对地层的伤害。
[0015](8)货源广便于配制，成本适中，经济上切实可行。
[0016]目前，国内外广泛使用的压裂液体系可分为水基压裂液、泡沫压裂液、油基压裂液和乳化压裂液。从50年代初到60年代初是以油基压裂液为主，而在60年代初，以胍尔胶稠化剂的问世，标志着现代压裂液化学的诞生。70年代，由于胍尔胶化学改性(如羟丙基胍尔胶HPG，羟基羧甲基胍尔胶CMHPG)的成功，以及交联体系的完善(由硼、锑发展到有机钛、有机锆)，水基压裂液迅速发展，在压裂技术中得到广泛应用；80年代随着致密气藏的开采和部分低压油井压后返排困难等问题的增加，泡沫压裂液技术又在现场得到大规模应用，部分取代了水基压裂液，80年代另一个显著的发展是采用了控制交联时间，或者说延迟交联反应的水基压裂液；90年代压裂液的发展转向“清洁”无伤害的表面活性剂胶束压裂液体系。目前，国内外压裂液体系仍是以水基压裂液为主(占65%)，泡沫压裂液(占30%)，油基压裂液、乳化压裂液(占5% )共存的局面。
[0017]泡沫压裂液一般由气相和液相组成:可供选择的气相主要有空气、氮气及二氧化碳等。考虑到油气井作业的安全性，气相一般为10%?70%的二氧化碳或氮气，以气泡的形式分散在整个连续相中。液相通常含有表面活性剂或其它稳定剂，以减少相分离。液相可以用水，水-甲醇混合物、凝胶水或凝胶油。它与地层接触的液体少，处理液返排很快，一般不需要进行抽吸作业。适用于油井和气井、低压和水敏性地层，适用的最高井底温度可达150。。。
[0018]泡沫压裂液具有静液柱压力低、滤失量小、携砂性能好、助排能力强、对地层伤害小等优点，因而在世界各油气田广泛用它作为低压低渗、漏失及水敏性地层的压裂液。由于其具有的携砂性能好、滤失量小的优点，在高渗透地层压裂中也得以应用。同时泡沫压裂液又具有助排能力强等优点，因此用于低渗、低压储层时，一般表现出极好的压后返排性能。泡沫压裂液的流变特性不能精确测量，因而进行现场质量控制和压力分析比较困难。
[0019]对聚合物溶液的弹性特性而言，部分能量被储存，储能模量G'则反映了粘弹流体的弹性大小；对粘性特性而言，部分能量被耗散或损耗，耗能模量G"的大小反映了粘弹流体的粘性大小。
【发明内容】
[0020]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种压裂液粘弹性能的测定方法，该方法能快速测试出压裂液的粘弹性能，且测试结果准确，测试步骤简单，大大降低了测试成本，为压裂液的使用提供了理论支持。
[0021]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种压裂液粘弹性能的测定方法，包括以下步骤:
[0022](a)首先，制备待测试的压裂液样品；
[0023](b)然后，开启空气压缩机，控制进入实验仪器的气压为0.20?0.25MPa，升至50°C?70°C并恒温；
[0024](C)将压裂液样品置于实验仪器中；
[0025](d)选择振荡剪切测量模式，在0.1?0.3Hz下进行应力振幅扫描，确定线性粘弹区；
[0026](e)在线性粘弹区内选定一应力值，进行频率扫描；
[0027](f)在频率为0.01?IOHz范围内进行频率扫描，确定粘弹性能与振荡频率的关系，通过分析，得出压裂液粘弹性能受振荡频率的影响。[0028]所述步骤(b)中，控制进入实验仪器的气压为0.22MPa。
[0029]所述步骤(b)中，恒温温度为60°C。
[0030]所述步骤(d)中，在0.2Hz下进行应力振幅扫描。
[0031]所述步骤(f)中，在频率为5Hz的情况下进行频率扫描。
[0032]综上所述，本发明的有益效果是:能快速测试出压裂液的粘弹性能，且测试结果准确，测试步骤简单，大大降低了测试成本，为压裂液的使用提供了理论支持。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为压裂液粘弹性能的结果示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
[0035]实施例:
[0036]本发明涉及的一种压裂液粘弹性能的测定方法，其具体步骤如下:
[0037](a)首先，制备待测试的压裂液样品；
[0038](b)然后，开启空气压缩机，控制进入实验仪器的气压为0.20?0.25MPa，升至50°C?70°C并恒温；
[0039](C)将压裂液样品置于实验仪器中；
[0040](d)选择振荡剪切测量模式，在0.1?0.3Hz下进行应力振幅扫描，确定线性粘弹区；
[0041](e)在线性粘弹区内选定一应力值，进行频率扫描；
[0042](f)在频率为0.01?IOHz范围内进行频率扫描，确定粘弹性能与振荡频率的关系，通过分析，得出压裂液粘弹性能受振荡频率的影响。
[0043]所述步骤(b)中，控制进入实验仪器的气压为0.22MPa。
[0044]所述步骤(b)中，恒温温度为60 V。
[0045]所述步骤(d)中，在0.2Hz下进行应力振幅扫描。
[0046]所述步骤(f)中，在频率为5Hz的情况下进行频率扫描。
[0047]对聚合物溶液的弹性特性而言，部分能量被储存，储能模量G'则反映了粘弹流体的弹性大小；对粘性特性而言，部分能量被耗散或损耗，耗能模量G"的大小反映了粘弹流体的粘性大小。
[0048]由于动态测试研究的是聚合物溶液的线性粘弹性，实验必须在聚合物溶液的线性粘弹性区域内进行。线性粘弹区域可限定为复合模量G*恒定的振幅区域内。若选用高振幅及随之产生的高应力，就会偏离线性粘弹区域，那么用不同仪器和不同实验条件测试样品，得到的数据会有无法解释的偏差。在非线性条件下，样品被破坏到一定程度，分子或聚集体内部的瞬时键遭到破坏，产生了剪切稀释，施加的能量大部分变为热量而不可逆地损耗掉。因此,进行聚合物溶液的动态实验时,必须从应力振幅扫描开始,将频率固定再进行应力振幅扫描。在选定能保证样品安全地处于线性粘弹性区域的合适振幅之后，进行下一步频率扫描实验。[0049]通过上述方法测得的实验结果如图1所示，根据图1，在频率0.1Hz下，应力σ从
0.1Pa到IOPa的过程中，G'、G"在σ大于6Pa后略有下降，因此可以确定σ在0.1到6Pa处于线形粘弹区，选择σ为3Pa作频率扫描；在0.01?IOHz的频率扫描过程中Gi始终大于G"，可确试样处于冻胶状态。由于在整个测试过程中，G'和G"总体上呈上升趋势，根据石油天然气行业标准SY/T6296-1997《采油用聚合物冻胶强度的测定流变参数法》的要求选择ω = 0.1Hz处的G'和G"值作为参考值，此时G' = 3.15，G" =1.71。两者都满足SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》中G' > 1，G" > 0.3的要求。
[0050]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.压裂液粘弹性能的测定方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)首先，制备待测试的压裂液样品； (b)然后，开启空气压缩机，控制进入实验仪器的气压为0.20?0.25MPa，升至50°C?70°C并恒温； (c)将压裂液样品置于实验仪器中；(d)选择振荡剪切测量模式，在0.1?0.3Hz下进行应力振幅扫描，确定线性粘弹区； (e)在线性粘弹区内选定一应力值，进行频率扫描； (f)在频率为0.01?IOHz范围内进行频率扫描，确定粘弹性能与振荡频率的关系，通过分析，得出压裂液粘弹性能受振荡频率的影响。
2.根据权利要求1所述的压裂液粘弹性能的测定方法，其特征在于，所述步骤(b)中，控制进入实验仪器的气压为0.22MPa。
3.根据权利要求1所述的压裂液粘弹性能的测定方法，其特征在于，所述步骤(b)中，恒温温度为60°C。
4.根据权利要求1所述的压裂液粘弹性能的测定方法，其特征在于，所述步骤(d)中，在0.2Hz下进行应力振幅扫描。
5.根据权利要求1所述的压裂液粘弹性能的测定方法，其特征在于，所述步骤(f)中，在频率为5Hz的情况下进行频率扫描。
【文档编号】G01N11/00GK103808631SQ201210483465
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】张红梅 申请人:张红梅