logo
专注油气领域
与独立思考者同行

【本周专题:压裂增产】可膨胀材料为支撑剂注入新血液

【本周专题:压裂增产】可膨胀材料为支撑剂注入新血液

通过将不同材料进行创新性的结合,推动了支撑剂技术进入新的发展阶段。本文将介绍Jennifer Pallanich与新型可膨胀支撑剂研发公司人员之间的对话。

来自 | Upstream
编译 | 白小明 影子

多年来,支撑剂技术取得了大力发展,使用的材料也从砂演变成了特殊设计高强度的支撑剂、固化或部分固化的树脂涂层支撑剂,相比那些颗粒较细、轻质、易变形的支撑剂和经过表面处理的坚果壳等,新的支撑剂更利于运输。

支撑剂技术最新的成果包括一家美国公司研发的可膨胀支撑剂,此产品即将实现商业化。

总部位于美国俄亥俄州Euclid 的Terves公司的主席兼首席执行官Andy Sherman表示,“我们正在研究对地下裂缝网络施加力,以控制和管理裂缝的产生和延伸。目前,我们已经有能力泵入少量支撑剂,使其膨胀并对裂缝施加作用力,使裂缝延伸。它可以在井筒附近以及距井筒一定距离的地层深部形成局部应力,产生应变。”

XO Prop是Terves公司刚性膨胀支撑剂Exalon产品系列的一部分。Exalon材料是一种可膨胀的刚性聚合物,将其用于可膨胀支撑剂的技术目前正在申请专利。

Sherman也是一名陶瓷和化学工程师,他表示,“我们正在研发一种内部嵌有反应性材料的聚合物小球,其内含有大量的超细或者纳米粒子,可以与地层的化学材料反应,从而永久膨胀。这种聚合物对完井液或地层液体来说具有半渗透性,填料颗粒尺寸控制着反应速度。聚合物内部的填料与水、二氧化碳或其他液体反应,根据液体的化学特性和温度,将经历氧化、水化、碳酸化或羧化反应。”

虽然可以使用其他涂层和配方来减慢或者加速膨胀时间,但通常这种支撑剂需要1~2天的时间实现完全的膨胀。目前,Terves制造的XO Prop主要呈挤压棒和尺寸介于10~20目的球形,它们可以被铸造或者加工成更复杂的形状。

“我们能做的是按需提供一种膨胀支撑剂以形成一种力,施加压力,改变形状。”

Andy Sherman
Terves

【本周专题:压裂增产】可膨胀材料为支撑剂注入新血液

经过不同的开发阶段后,Terves目前主要将工作焦点集中在地层的3种作用上:新裂缝的启动和延伸、抵消闭合力与延迟细颗粒断裂的能力,以及避免嵌入更软地层并保持地层渗透性的能力。

公司相信,在使用部分固化树脂涂层支撑剂进行砾石充填时,可以给支撑剂增加膨胀机理以增强其功能,或使用膨胀支撑剂作为替代品。

Sherman称,“它们(膨胀支撑剂)的体积可以膨胀,在施加巨大的闭合力之前锁固支撑剂充填层,因而可以使用它们来稳定地层,避免支撑剂返出和出砂。我们认为这些独特的能力具备很大的潜力,能够帮助作业公司和服务公司管理井筒和油藏的相互作用。”

研发之路

Terves最早于2013年开始在公司内部研究可膨胀支撑剂的原理,2015年得到美国能源部的支持来研发用于增产作业的可膨胀支撑剂。Terves首先制造了一种球状的可膨胀材料,然后将其放在一个API电导池内,结果显示小球可以在2500~4000psi约束力的情况下膨胀并增加裂缝数量,而不降低传导性。

换言之,Sherman表示,“早期研究表明,我们可以在不降低传导性的情况下得到更大的裂缝,并延迟裂缝闭合的时间。这不同于那些为了膨胀以形成密封的膨胀橡胶或聚合物。”

第二年在另一个研究基金的支持下,Terves继续进行研发工作。

Sherman称,“我们扩大了试验规模以便进行更多的测试,并进行了大量的基础化学相关工作以便控制膨胀进度、时间、材料的强度和模数。我们可以定制膨胀材料,以使其在大多数致密油气地层温度范围70~90℃内工作。为了理解对井筒产量的影响,Terves与FracGeo开展了合作,以模拟在裂缝系统内的支撑剂力和膨胀效应。”

“FracGeo使用最先进的岩土力学模拟技术,预测新型支撑剂对裂缝网络发展和恢复的影响,并回答如下问题:我们能否处理天然裂缝,使其以大角度膨胀而与主裂缝连通?我们能否延伸枯竭的油藏范围并使裂缝开启更长的时间?我们能否增加裂缝数量并抵消天然裂缝的闭合力,扩大裂缝网络并延缓产量递减曲线?”

他表示,建模取得了积极的结果,“结果表明,我们可以产生并使裂缝延伸。我们可以施加足够大的力来克服岩石的强度。根据模拟和建模情况,尽管并没有预计初始期产量会有较大增加,但在首次流体压降试井后,通过增加和保持裂缝,产量递减得到了大幅的推迟。”

FracGeo进行了油井产量模拟,将新型支撑剂材料插入到之前已经研发的Wolf Camp高含碳酸盐岩井的模型中,模拟预计在生产初期的24~28个月内,累积产量将增加23%。

目前正在进行的工作,主要是研究XOProp在不同地层的表现,研究采用粘土-页岩-碳酸盐岩-硅土混合而成的典型地层,同时研究支撑剂的传输和分布效应。

页岩和粘土岩含量较高的地层,易发生变形和蠕变。他表示,硬质和传统的支撑剂通常会嵌入这些地层,而不会像“支撑柱”一样撑开流道,特别是在那些支撑剂很难到达的地层。

Sherman称,模拟显示虽然有点变形,但刚性XOProp支撑剂能为软地层带来积极作用,“我们目前正在研究更加真实的岩石属性和应力状态,以便对此有真正的理解。”

“我们也开始研究并理解不同的支撑剂分布和泵送模式及其对生产曲线的影响。我们希望在实验室的大尺寸传输模拟中验证支撑剂的分布,以便在现场根据岩石的属性推荐支撑剂泵送和分布剖面。”

XOProp的这种灵感来源于铁的生锈过程。当钢筋在混凝土中生锈时,会使混凝土膨胀并断裂。

Sherman表示,“在职业生涯的前半部分,我主要研究延缓腐蚀的涂层和合金。如今,我在研究如何控制腐蚀作用以实现预期目的。可膨胀的混凝土和冰冻水可以使坚硬的岩石破裂膨胀3~4%,而我们能产生10倍于此的膨胀效果,并且不会产生粉末损坏地层。”

在研发出XOProp前,Terves也研究了其他许多活化剂和母岩,以找出在井下条件下能够可靠膨胀的理想成分,目前的配方可膨胀近30%。

Sherman称,“我们正在帮助行业将这种新能力转换为切实有效的工具,以提高生产力和效率,我们计划于2018年进行现场试验。”

在现场试验以前,Terves一直在寻找特定的机会在实验室进行模拟和测试以验证支撑剂的作用。除此之外,Exalon系列产品还包括自膨胀扶正器、套管补贴工具和其他设备。Sherman说,“这是一个充满各种可能性的世界。”

您也有让人挠头的难题需要解决,或是优质技术想要找应用市场吗?如果有的话,欢迎联系小编微信或邮箱,也许能找到一剂良药。

二丫:131-3255-0596;zhanglingyu@raiborn.com
大安:131-3203-1392;lishian@raiborn.com

For English, Please click here (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章:

评论 抢沙发