Катионный полимер для эмульсии кислотного разрыва пласта: соль и тепло
Ан эмульсия кислотного разрыва пласта (обычно эмульгированный HCl во внешней углеводородной фазе) часто выбирают для замедления реакции кислоты с породой, улучшения распределения травления и увеличения эффективной длины трещины. Однако в пластах с высокой соленостью и высокой температурой при оценке после завершения работ обычно преобладают два вида отказов: набухание глины и миграция частиц (мелких частиц) .
Эти риски возрастают, когда общее содержание растворенных твердых веществ (TDS) в пластовом рассоле находится в 150 000–250 000 мг/л диапазон и статическая забойная температура 140–180°С , поскольку эмульсии и добавки подвергаются более высоким тепловым нагрузкам, а глина/мелкие частицы могут мобилизоваться из-за быстрых изменений ионной силы и pH во время контакта с кислотой и ее утечки.
Типичные проблемы, возникающие после лечения
- Раннее отсеивание или повышение давления обработки, несмотря на стабильный дебит (что указывает на закупорку мелких частиц или закупорку приствольной зоны).
- Более низкая, чем ожидалось, продуктивность после ГРП в глинистых прожилках (набухание и дисперсия снижают эффективную проницаемость).
- Быстрое снижение после первоначальной очистки (мобилизованные частицы перераспределяются и закупоривают поровые каналы ниже по течению).
Практический подход к смягчению последствий заключается во включении катионный полимер разработан для солеустойчивость и термостойкость , в частности, для предотвращения набухания глины и ограничения миграции частиц во время и после воздействия кислоты.
▶ Как катионный полимер стабилизирует глину и контролирует мелкие частицы
Глины (особенно смешанные слои смектита ииллита) и многие мелкие частицы несут суммарный отрицательный поверхностный заряд. В кислой среде ионный обмен и растворение могут нарушить химический состав поверхности, увеличивая риск диспергирования. Правильно выбранный катионный полимер адсорбируется на отрицательно заряженных поверхностях и обеспечивает стабилизацию за счет электростатического притяжения и модификации поверхностного заряда.
Основные механизмы, относящиеся к эмульсии кислотного разрыва пласта
- Ингибирование набухания глины: катионные группы занимают места обмена и уменьшают поглощение/расширение воды во время ионных ударов, вызванных утечкой кислоты и последующим обратным потоком рассола.
- Фиксация штрафов: Адсорбция образует тонкий полимерный слой, который увеличивает адгезию частиц к зернам, уменьшая вероятность отслоения при высоких градиентах скорости и давления.
- Контроль дисперсии: уменьшенные силы отталкивания (часто наблюдаемые как дзета-потенциал меньшей величины) ограничивают дефлокуляцию глинистых пластинок.
На практике лучшие кандидаты сохраняют адсорбцию и эффективность даже при воздействии концентрированной кислоты (обычно 15–28% HCl по весу во многих схемах стимуляции) и рассолы с высоким содержанием двухвалентных валентных кислот (Ca 2 /мг 2 ), которые могут деактивировать более слабые химические вещества.
Что должны означать «солеустойчивость и термостойкость» в технических характеристиках
В данном случае термины «солеустойчивость и термостойкость» не следует рассматривать как маркетинговый язык; он должен соответствовать измеримым критериям приемки в условиях рассола и температуры, которые соответствуют реальности скважинной работы.
Практические целевые показатели производительности, которые можно запросить у поставщиков или проверить собственными силами.
| Атрибут | Рекомендуемый целевой диапазон | Почему это важно | Типичный проверочный тест |
|---|---|---|---|
| Совместимость рассола | Без осадков в концентрации 150 000–250 000 мг/л TDS с дивалентами | Осадки могут закупоривать поры и дестабилизировать эмульсии. | Испытание в бутылке (24 часа) при температуре окружающей среды и повышенной температуре |
| Термическая стабильность | ≥80% активность сохраняется через 2–4 часа при 150–180°C. | Сдвиг времени пребывания в скважине может привести к разрушению полимеров | Испытание на старение в статических условиях или условиях качения |
| Совместимость с кислотами | Стабильный в 15–28% HCl с ингибиторами/железным контролем | Несовместимые смеси могут образовывать гель, расслаиваться или терять адсорбцию. | Наблюдение за стабильностью вязкости смеси с течением времени |
| Эффективность стабилизации глины | ≥70% уменьшение отека по сравнению с необработанным исходным уровнем | Непосредственно связано с сохранением проницаемости | Испытания на индекс линейного набухания/дисперсии |
Если продукт не может одновременно достичь этих целей, он может работать в лабораторных условиях с пресной водой, но не сможет работать при солености или температуре на уровне поля. Для работы с эмульсией кислотного разрыва пласта пересечение нагрев кислотного рассола является критическим квалификационным пространством.
▶ Рекомендации по составлению рецептур: где катионный полимер вписывается в систему эмульгированной кислоты
В конструкции с эмульгированной кислотой полимер обычно позиционируется как добавка для контроля глины/мелких частиц, которая должна оставаться эффективной, несмотря на поверхностно-активные вещества, ингибиторы коррозии, агенты контроля железа и внутреннюю кислотную фазу эмульсии. Цель состоит в том, чтобы поддерживать адсорбцию на минеральных поверхностях, не разрушая эмульсию и не образуя твердых частиц.
Типичное окно дозирования, используемое для скрининга (настройте в соответствии с вашей системой)
- Начать просмотр в 0,1–0,5% масс. активный полимер в кислотной фазе для стабилизации глины, а затем оптимизировать на основе данных об заводнении керна или набухании.
- Увеличьте дозировку, если содержание смектита, количество мелких частиц или утечка высоки; уменьшайте, когда чувствительность к проницаемости или риск удержания полимера высоки.
Порядок смешивания, снижающий риск несовместимости
- Подготовьте пакет кислоты (HCl плюс ингибитор коррозии и усилитель, если требуется) и проверьте прозрачность;
- Добавляйте катионный полимер медленно, постоянно перемешивая, чтобы избежать появления «рыбьего глаза» или локальной чрезмерной концентрации;
- Добавляйте добавки, контролирующие железо, и другие специальные добавки после того, как гидратация/диспергирование полимера станет визуально однородным;
- Ввести пакет эмульгаторов и сформировать эмульсию кислотного разрыва пласта при контролируемом сдвиге; проверить стабильность при ожидаемой температуре поверхности;
Пункт контроля качества: Если после добавления полимера появляются мутность, стрингеры или осадок, не приступайте к эмульгированию до тех пор, пока не будет решена совместимость (отрегулируйте порядок смешивания, ионную силу или выбор добавок).
▶ Программа лабораторной оценки с примерами результатов, которые вы можете повторить
Надежная лабораторная программа должна доказать, что полимер предотвращает набухание и миграцию в условиях рассола, кислоты и температуры, характерных для обработки. Ниже приведен практический набор тестов и пример схемы результатов (иллюстрирующий приемочное качество).
Пример матрицы отбора (иллюстративный)
| Тест | Состояние | Необработанный исходный уровень | С катионным полимером |
|---|---|---|---|
| Линейная зыбь | 200 000 мг/л рассола TDS, 24 часа | 75% набухание | 12% набухание |
| Индекс дисперсии | Контакт с 15% HCl, затем рассол | Высокая мутность | Низкая мутность |
| Миграция штрафов Coreflood | 150°C, высокоскоростной обратный поток рассола | 40% сохранение перманентной завивки | 85% сохранение перманентной завивки |
| Стабильность эмульсии (визуальная) | Старение при 150°C, 2 часа | Разделение фаз | Нет разделения |
Интерпретация: полимер является приемлемым, если он одновременно уменьшает набухание/дисперсию и сохраняет проницаемость, не дестабилизируя эмульсию кислотного гидроразрыва при температуре.
▶ Исполнение на поле: стратегии размещения, позволяющие сохранить контроль над грунтом
Даже сильный кандидат в лабораторию может работать хуже, если его разместить неправильно. Полимер должен контактировать с глинистыми поверхностями в период, когда переходные процессы ионов и pH являются наиболее серьезными (утечка кислоты и ранний обратный приток). При работах с эмульгированной кислотой на размещение также влияют характеристики утечки эмульсии и стратегия отвода.
Операционные практики, которые обычно улучшают результаты
- Постоянно держите полимер в одной и той же фазе (обычно во внутренней кислотной фазе), чтобы избежать колебаний концентрации, которые могут снизить предсказуемость адсорбции.
- Избегайте незапланированного разбавления водой с низкой минерализацией на месте; внезапные ионные сдвиги могут увеличить риск диспергирования глины во время переходов.
- Проверьте концентрацию добавок посредством калибровки перед работой; недостаточная дозировка является частой причиной «успеха в лаборатории, неудачи в полевых условиях».
- Если используется предварительная промывка, убедитесь, что она не удаляет катионный слой (некоторые сильно анионные спейсеры могут снизить удерживание).
Когда целью является контроль глины и мелких фракций в горячих соленых коллекторах, основным показателем успеха должно быть сохранение проницаемости при обратном притоке а не только краткосрочное лечение стрессового поведения.
▶ Устранение неполадок: быстрая диагностика, если производительность не соответствует техническим требованиям
В таблице ниже представлена практическая диагностическая карта распространенных проблем, возникающих при интеграции катионного полимера в эмульсию кислотного разрыва пласта в условиях экстремальной солености и температуры.
| Наблюдаемая проблема | Вероятная причина | Корректирующие действия |
|---|---|---|
| Мутность или осадок после смешивания | Несовместимость с двухвалентным рассолом, пакетом ингибиторов или порядком смешивания. | Измените порядок (полимер раньше), уменьшите ионный удар или замените конфликтующую добавку. |
| Хорошая стабильность эмульсии, плохая очистка | Полимер не достигает глинистых зон из-за отклонения или распределения утечек. | Скорректируйте конструкцию ступени или добавьте целевую ступень контроля глинообразования, где утечка самая высокая |
| Производство штрафов после завершения работы | Недостаточная дозировка, недостаточное время контакта или термическая деградация. | Увеличьте дозировку в рамках лабораторно подтвержденного окна; проверка старения при максимальной температуре |
| Лечение нестабильности давления | Нестабильность эмульсии при температуре или образование твердых веществ | Повторно проверьте упаковку эмульсии; провести испытания стабильности в горячей камере с полным набором добавок |
Эмпирическое правило: Если эмульсия стабильна, но проницаемость по-прежнему снижается, отдайте предпочтение эффективности адсорбции (набухание/обводнение керна) над показателями эмульсии и повторно оптимизируйте химический состав полимеров или дозировку с учетом минералогии глин.
▶ Контрольный список реализации закупок и готовности к работе
Используйте этот контрольный список, чтобы убедиться, что выбранный катионный полимер действительно поддерживает эмульсия кислотного разрыва пласта производительность в резервуарах, требующих солеустойчивость и термостойкость .
- Подтвердите отсутствие осадков в репрезентативном рассоле (включая CaCl). 2 /мгCl 2 уровни) при поверхностных и повышенных температурах.
- Подтвердите стабильность конкретной смеси кислот и добавок (ингибитор, регулятор железа, взаимный растворитель и т. д.).
- Проведите хотя бы одно испытание на сохранение проницаемости (обводнение керна или его эквивалент) при температуре с чувствительностью к обратному потоку.
- Подтвердить стабильность эмульсии с включенным в нее полимером (горячее старение, наблюдение за разделением и характеристики после старения).
- Определите метод полевого контроля качества (проверка концентрации, критерии внешнего вида и пределы времени выдержки).
При наличии этих средств контроля солеустойчивая и термостойкая катионный полимер может существенно уменьшить отек и миграцию мелких частиц, помогая при обработке обеспечить более чистую поверхность трещины и более длительную проводимость после работы.
