專利名稱：一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法。
背景技術(shù)：
煤層氣是賦存于煤層及其圍巖之中的一種自生自儲(chǔ)式非常規(guī)天然氣。它是一種新型的潔凈能源和優(yōu)質(zhì)化工原料，是我國在21世紀(jì)的重要接替能源之一。開發(fā)利用煤層氣， 對(duì)緩解常規(guī)油氣供應(yīng)緊張狀況、改善煤礦安全生產(chǎn)條件、實(shí)施國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、保護(hù)大氣環(huán)境等多方面均具有十分重要的意義。(1)發(fā)展煤層氣工業(yè)，是國家能源安全的需要隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，對(duì)能源的需求量日益增大，國內(nèi)能源短缺的形勢也越來越緊迫。作為能源主要支柱的石油的供給已難以滿足國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。我國目前原油年增長率只有1. 7%，與為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)增長速度所需的4% -5%能源增長率相差甚遠(yuǎn)。 2000,2001兩年原油純進(jìn)口量均超過6000萬噸。這種局面直接威脅到了我國的能源安全。 改變這一局面的重要途徑就是根據(jù)我國實(shí)際地質(zhì)條件和資源環(huán)境，充分開發(fā)和利用國內(nèi)其它資源，來減輕原油供給的壓力。煤層氣是一種潔凈而經(jīng)濟(jì)的資源，在美國、加拿大、澳大利亞、英國、俄羅斯等許多國家已給予了充分的重視，其中美國已在多個(gè)盆地投入大規(guī)模的開發(fā)，2001年煤層氣產(chǎn)量已達(dá)400多億立方米，約為我國同期天然氣產(chǎn)量的1. 3倍。我國具有豐富的煤層氣資源。根據(jù)多方估算，煤層氣資源總量為25-35萬億立方米，新一輪全國煤層氣資源預(yù)測結(jié)果，我國煤層氣資源量為31萬億立方米，居世界第二位，與我國陸上常規(guī)天然氣資源量(30萬億立方米)相當(dāng)。目前我國已探明煤層氣儲(chǔ)量為7M億立方米，控制儲(chǔ)量3000多億立方米。因此， 煤層氣是除常規(guī)天然氣以外，資源量最大、最為現(xiàn)實(shí)的潔凈能源，勘探開發(fā)煤層氣是國家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略最為現(xiàn)實(shí)的選擇。(2)加快利用煤層氣可補(bǔ)充常規(guī)天然氣長遠(yuǎn)資源量的不足利用常規(guī)天然氣補(bǔ)充石油資源的不足已成為共識(shí)。由于天然氣管道和下游市場制約了天然氣開發(fā)和利用的速度，造成了當(dāng)前天然氣后備資源充足的假象，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和天然氣工業(yè)上、下游配套建設(shè)的迅速擴(kuò)大，對(duì)天然氣的需求量將有一個(gè)大的飛躍，將會(huì)出現(xiàn)常規(guī)天然氣供不應(yīng)求、后備資源不足的局面。據(jù)測算，2020年天然氣需求量達(dá)到1800-2000億立方米，但天然氣產(chǎn)量僅為1200-1300億立方米，而且缺口還會(huì)逐漸拉大。 因此，開發(fā)和利用豐富的煤層氣資源，是補(bǔ)充我國常規(guī)天然氣長遠(yuǎn)資源不足的重要舉措，也是天然氣工業(yè)發(fā)展由常規(guī)向非常規(guī)發(fā)展的必然趨勢。(3)開發(fā)中國東部地區(qū)煤層氣，將會(huì)減輕經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)能源短缺的壓力。從我國地質(zhì)條件和勘探成果分析，常規(guī)天然氣資源主要分布在中西部地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，66%的天然氣資源、75%的探明儲(chǔ)量、53%的天然氣產(chǎn)量分布于中西部地區(qū)，西氣東輸要依賴于長輸管線才能將西部天然氣資源輸送至東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。而中國東部煤層氣資
3源非常豐富，75%的煤層氣資源分布于中東部地區(qū)，這些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和較發(fā)達(dá)地區(qū)煤層氣就近開發(fā)利用，不受輸氣管線的限制。因此充分開發(fā)利用東部煤層氣資源能減緩東部能源短缺的壓力。煤炭開采過程中向大氣釋放的甲烷以及煤炭燃燒釋放出來的二氧化碳是大氣溫室氣體的重要來源，我國每年由于采煤向大氣釋放的煤層甲烷量高達(dá)60億立方米，占全球這種重要溫室氣體同樣來源的46%。加快煤層氣的開發(fā)利用可以減少甲烷氣體向大氣的排放，有效地改善我們賴于生存的環(huán)境。煤層氣井儲(chǔ)層中常存在粘土，由于其組成不同，當(dāng)外來液體侵入時(shí)，會(huì)發(fā)生粘土的運(yùn)移或膨脹，使得煤層儲(chǔ)層的滲透率明顯下降。粘土穩(wěn)定劑是利用粘土表面化學(xué)離子交換的特點(diǎn)，通過改變結(jié)合離子而改變其理化性質(zhì)，或破壞其離子交換能力，或破壞雙電層離子之間的斥力，達(dá)到防止粘土水合膨脹或分散運(yùn)移的效果。其中，常用的無機(jī)鹽粘土穩(wěn)定劑的作用機(jī)理如下①離子的電價(jià)效應(yīng)。粘土礦物的離子交換受質(zhì)量作用定律及離子價(jià)的支配。同類型的粘土在環(huán)境條件相同時(shí)，離子的價(jià)數(shù)越高，則吸引力越強(qiáng)，與粘土結(jié)合后不易離子化，微粒之間相互排斥力弱，使粘土礦物的粒子不易分散。②離子濃度效應(yīng)。同種粘土礦物在不同濃度的鹽水溶液中吸收膨脹程度各不相同。③離子大小的幾何效應(yīng)。離子大小與粘土構(gòu)造的適應(yīng)性也是影響離子吸附牢固程度的重要因素之一。④潤濕效應(yīng)。表面活性劑吸附在粘土微粒表面的離子交換點(diǎn)上，形成涂膜，試水潤濕性的粘土的吸附力很強(qiáng)，可阻止其它離子的交換作用，從而起到穩(wěn)定粘土的作用。在增產(chǎn)技術(shù)研究方面，普遍采用水力壓裂方法增產(chǎn)。在裂縫幾何形態(tài)表征和裂縫擴(kuò)展規(guī)律研究等方面采用與常規(guī)天然氣藏壓裂相類似的方法，而沒有建立和形成適合煤層氣特征的壓裂增產(chǎn)理論和方法。 關(guān)于煤層氣井的壓裂造縫機(jī)理，從20世紀(jì)90年代末至今，國內(nèi)多位學(xué)者進(jìn)行了研究。從室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室和模擬到現(xiàn)場壓裂實(shí)驗(yàn)，從煤巖的理論模型到實(shí)際材料的選取，從考慮單一影響因素到多因素綜合考慮，研究者從不同的角度出發(fā)，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場壓裂實(shí)驗(yàn)，對(duì)于煤層氣井的造縫機(jī)理的認(rèn)識(shí)，已取得了一定的成果，但還沒有達(dá)到完善、成熟的地步。壓裂作用的機(jī)理是利用高壓液體，將煤層劈開裂縫，隨后將加有支撐劑的壓裂液充填裂縫，當(dāng)壓力擴(kuò)散后，煤層中形成具有良好導(dǎo)流能力的人造裂縫。由于在壓裂施工過程中的壓力激化作用，在人造裂縫周圍的煤層內(nèi)產(chǎn)生更多的次生裂縫，從而增加了煤層的滲透性，達(dá)到改善煤層的導(dǎo)流能力，提高煤層氣井產(chǎn)能的目的。通過實(shí)驗(yàn)方法研究了水力割縫提高低滲透性煤層滲透率的機(jī)理，認(rèn)為在固-氣耦合作用下，通過割縫的方式可以釋放煤層內(nèi)的部分有效體積應(yīng)力，使部分煤層在割縫后發(fā)生垮落，應(yīng)力場重新分布，煤層內(nèi)的裂縫和裂縫的數(shù)量、長度張開度得以增加，增大了煤層內(nèi)裂縫、裂隙和孔隙的連通面積，從而增大了低滲透層的滲透性。
研究者早期對(duì)于煤層壓裂機(jī)理的認(rèn)識(shí)，主要是借鑒常規(guī)儲(chǔ)層壓裂的研究成果，或是從理論出發(fā)建立簡單的壓裂模型，忽略了煤儲(chǔ)層的特殊性。對(duì)于裂縫的生長機(jī)理，或是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過現(xiàn)象對(duì)機(jī)理的簡單認(rèn)識(shí)，或是僅從理論出發(fā)對(duì)壓裂進(jìn)行研究，缺少實(shí)驗(yàn)的支持，沒有形成一套完善的壓裂理論體系，從而對(duì)煤層氣井的壓裂生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)。雖然近 50年來廣泛采用水力壓裂技術(shù)，但對(duì)于裂縫生長機(jī)理，從廣義上說還是很不清楚?，F(xiàn)場壓裂施工大多建立在簡化的壓裂模型上，或者因?yàn)閷?duì)裂縫生長了解得太少而不得不采用“經(jīng)驗(yàn)法”作為最有效的壓裂設(shè)計(jì)方法。對(duì)煤儲(chǔ)層進(jìn)行水力壓裂增產(chǎn)，其控制過程的實(shí)際技術(shù)被證明不僅非常容易隨環(huán)境變化，而且實(shí)際操作也非常復(fù)雜。甚至有些煤層，水力壓裂對(duì)其不產(chǎn)生任何效果。煤儲(chǔ)層對(duì)水力壓裂有如此不同的反響，其原因有的已清楚，有的僅作推測，有的目前完全不清楚。由于煤儲(chǔ)層本身的特殊性以及地下條件的復(fù)雜性，煤層氣井的壓裂影響因素很多，但是隨著實(shí)踐的深入，研究者對(duì)于壓裂機(jī)理不斷得出規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。綜上所述，對(duì)煤層氣井的壓裂造縫機(jī)理存在以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)①壓裂受控于煤巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征和物理力學(xué)特性以及煤巖所處的應(yīng)力場。②煤層可視為橫觀各向同性體。③ 裂隙演化經(jīng)歷多個(gè)階段。④應(yīng)考慮煤巖所處的地應(yīng)力場。這些基本認(rèn)識(shí)，還不能滿足壓裂生產(chǎn)的需要，不能有效地用于指導(dǎo)壓裂生產(chǎn)，還需要對(duì)壓裂機(jī)理進(jìn)行深入的研究。煤層有雙孔隙結(jié)構(gòu)，其割理系統(tǒng)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的橫向各向異性，再考慮割理對(duì)于壓裂的控制作用時(shí)，煤層不能簡化為橫向各向同性體。煤儲(chǔ)集層是由氣、液、煤基質(zhì)組成的三相介質(zhì)，現(xiàn)有研究大都忽略了煤層水，有必要在三相介質(zhì)耦合作用條件下對(duì)壓裂機(jī)理進(jìn)行研究。煤層氣是煤層在地質(zhì)史漫長的煤化過程中所生成的以甲烷為主的天然氣，煤層氣是一種非常規(guī)的天然氣資源，也是一種戰(zhàn)略的后備資源。煤層氣井通常進(jìn)行壓裂開采，在國外使用的壓裂液體系包括水、交聯(lián)凍膠和泡沫壓裂液等。壓裂液侵入煤層儲(chǔ)層將造成傷害， 導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降，其原因包括壓裂液的吸附作用引起煤基質(zhì)膨脹和堵塞割理，而堵塞割理系統(tǒng)會(huì)限制煤層氣的解吸。壓裂液在管道中流動(dòng)和通過孔眼進(jìn)入地層的過程中，隨著溫度升高的同時(shí)受到機(jī)械剪切降解、熱降解等作用，聚合物中的高聚物分子鏈發(fā)生斷裂，使壓裂液的表觀粘度有所下降。由于壓裂液的表觀粘度直接影響到施工過程中壓裂液的攜砂性和流變性等，所以需要對(duì)壓裂液的耐溫耐剪切性進(jìn)行測試研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，該測定方法能準(zhǔn)確測試出泡沫壓裂液的耐溫性能，為泡沫壓裂液的優(yōu)選提供了理論基礎(chǔ)，且測試過程簡單，測試時(shí)間短、測試成本低、利于推廣。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，包括以下步驟(a)配制泡沫壓裂液；(b)將配好的泡沫壓裂液裝入稠度儀中并升溫；(c)分別在不同時(shí)間取出泡沫壓裂液，并測量其溫度；(d)通過測量的泡沫壓裂液溫度，分析出泡沫壓裂液的耐溫性能。
所述步驟(a)中，泡沫壓裂液為100克。所述步驟(a)中，泡沫壓裂液中的泡沫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%。所述步驟(b)中，稠度儀為常壓加溫雙筒式。所述步驟(b)中，泡沫壓裂液升溫到60°C。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是能準(zhǔn)確測試出泡沫壓裂液的耐溫性能，為泡沫壓裂液的優(yōu)選提供了理論基礎(chǔ)，且測試過程簡單，測試時(shí)間短、測試成本低、利于推廣。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例本發(fā)明涉及的一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，包括以下步驟(a)按最佳配方配制一定量的泡沫質(zhì)量為55%的泡沫壓裂液；(b)將泡沫壓裂液裝入常壓加溫雙筒式稠度儀中升溫到60°C ；(c)在5min、10min、20min......60min的時(shí)候取出泡沫壓裂液；(d)測量泡沫壓裂液溫度；(e)通過測量的泡沫壓裂液溫度，分析出泡沫壓裂液的耐溫性能。由上述方法得到的測試結(jié)果如下表所示_時(shí)間(min)溫度(°C )_119. 8529. 41048. 72060. 23060. 34059. 85060. 56060. 17060. 3_由上表可知，泡沫壓裂液體系的溫度隨時(shí)間的增加而增大，當(dāng)達(dá)到30min后，泡沫壓裂液體系的溫度幾乎不變。說明該泡沫壓裂液體系能夠較好的適用于煤層氣井的壓裂施工，在施工時(shí)間內(nèi)壓裂液體系仍具有較好的粘度懸浮支撐劑。上述泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，能準(zhǔn)確測試出泡沫壓裂液的耐溫性能，為泡沫壓裂液的優(yōu)選提供了理論基礎(chǔ)，且測試過程簡單，測試時(shí)間短、測試成本低、利于推廣。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，其特征在于，包括以下步驟(a)配制泡沫壓裂液；(b)將配好的泡沫壓裂液裝入稠度儀中并升溫；(c)分別在不同時(shí)間取出泡沫壓裂液，并測量其溫度；(d)通過測量的泡沫壓裂液溫度，分析出泡沫壓裂液的耐溫性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，其特征在于，所述步驟(a)中，泡沫壓裂液為100克。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，其特征在于，所述步驟(a)中，泡沫壓裂液中的泡沫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，其特征在于，所述步驟(b)中，稠度儀為常壓加溫雙筒式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法，其特征在于，所述步驟(b)中，泡沫壓裂液升溫到60°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法。該泡沫壓裂液耐溫性能的測試方法包括配制泡沫壓裂液、裝入稠度儀中并升溫、分別在不同時(shí)間取出并測量其溫度、通過測量的溫度分析出泡沫壓裂液的耐溫性能等步驟。本發(fā)明能準(zhǔn)確測試出泡沫壓裂液的耐溫性能，為泡沫壓裂液的優(yōu)選提供了理論基礎(chǔ)，且測試過程簡單，測試時(shí)間短、測試成本低、利于推廣。
文檔編號(hào)G01N25/00GK102455307SQ20101052985
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者袁俊海 申請(qǐng)人:袁俊海