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沁水盆地煤层泡沫压裂液研究及性能评价

作　者: 胡艾国
导　师: 冯文光
学　校: 成都理工大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 煤层气泡沫压裂液起泡剂稳泡剂吸附性伤害性压裂设计分析
分类号: TE357.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

煤层气作为一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气,它作为非常规天然气资源的重要组成部分,具有开发深度浅、勘探风险小、投资少、见效快的特点,是近一、二十年来崛起的优质洁净新能源,开发利用前景巨大。煤层气井通常进行压裂开采,在国外通常使用的压裂液体系包括:清水、聚合物压裂液和泡沫压裂液等。压裂液侵入煤层将造成伤害,导致储层的渗透率下降,其原因包括压裂液的吸附作用或水锁效应引起煤基质封堵和割理堵塞,而堵塞割理系统会限制煤层气的解吸,泡沫压裂液由于含液量少,有利于返排,可有效减少对煤层气井储层的伤害。本文通过对SL-1、SL-2、尼纳尔、AES、ABS以及十二烷基二甲基甜菜碱六种起泡剂以及不同稳泡剂的筛选得到泡沫压裂液体系的配方,通过对泡沫压裂液性能测定表明:泡沫压裂液具有高粘度、高稠度系数、低滤失的特点,研究表明:陶粒在各配方泡沫压裂液体系中的沉降速度仅为清水中的0.0045%～0.014%,比常规压裂液的沉降速度也小得多,其中0.25%SL-1+0.25%SL-2+0.5%ABS+0.2%PAM体系的效果最好。通过煤基质对泡沫压裂液基液的吸附实验和扫描电镜的研究表明:泡沫压裂液在煤基质孔隙的粘附程度较小,基本没有堵塞煤孔隙。由于泡沫压裂液在返排过程中主要是以基液的形式存在,文中测定了泡沫压裂液基液对煤岩渗透率的损害,结果表明:0.25%SL-1+0.25%SL-2+0.5%ABS+0.2%PAM体系对煤岩的损害率最小,仅为19.71%,相比瓜胶对煤岩的损害率79.4%,泡沫压裂液伤害更小。对优选的泡沫压裂液体系利用FracproPT压裂软件,引用山西沁水盆地煤层压裂现场施工参数,对沁水盆地南部煤层气井TS57-01井3#煤层进行泡沫压裂裂缝模拟,结果表明: 0.5%SL-1+0.5%ABS+0.2%PAM体系和0.5%SL-2+0.5%ABS+0.2%PAM体系的压裂裂缝最长,裂缝半长达到186m,但所造缝的宽度较窄,平均缝宽为1.6cm,缝的导流能力相对较差,而三种起泡剂复配体系的压裂裂缝长度虽然相对较短,半长为169m,但所造缝宽为2cm,缝的导流能力较强,即造缝效果最好,其携砂能力和抗滤失能力较强。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 本文研究的目的和意义  11-12
  1.3 国内外的研究现状及发展趋势  12-19
    1.3.1 煤层气井压裂技术的研究现状  12-17
    1.3.2 泡沫压裂液的研究进展  17-19
  1.4 本文研究思路、主要研究内容及技术方法  19-20
    1.4.1 研究思路  19-20
    1.4.2 主要研究内容  20
    1.4.3 技术路线  20
  1.5 论文的关键及创新点  20-22
第2章泡沫的性质研究  22-33
  2.1 泡沫的概念  22-24
    2.1.1 泡沫的分类  22
    2.1.2 泡沫的形成  22-24
  2.2 泡沫的稳定性  24-26
    2.2.1 溶液的表面张力  24
    2.2.2 泡沫的表面粘度  24-25
    2.2.3 泡沫中液体的析出速度  25
    2.2.4 泡沫含液量  25
    2.2.5 泡沫的衰变性  25-26
  2.3 影响泡沫稳定性的因素  26-30
    2.3.1 起泡剂溶液的表面张力  26-27
    2.3.2 表面粘度  27
    2.3.3 溶液粘度  27
    2.3.4 Gibbs-Marangoni 表面弹性效应  27-28
    2.3.5 液膜的表面电荷  28
    2.3.6 泡沫质量  28
    2.3.7 气体的渗透率和溶解度  28
    2.3.8 压力和气泡大小分布  28-29
    2.3.9 温度和溶解度  29
    2.3.10 黑膜  29-30
  2.4 提高泡沫稳定性的方法  30
  2.5 泡沫的其它性质  30-33
第3章泡沫压裂液的室内实验研究及性能评价  33-61
  3.1 实验原理  33-35
    3.1.1 起泡剂的评选原则  33
    3.1.2 起泡剂的种类及性能  33-34
    3.1.3 起泡剂的评价方法  34-35
  3.2 起泡剂的优选实验研究  35-44
    3.2.1 单一起泡剂实验研究  36-39
    3.2.2 起泡剂复配实验研究  39-44
  3.3 稳泡体系的研究  44-47
    3.3.1 极性低分子稳泡剂的研究  44-45
    3.3.2 高分子增稠剂的研究  45-46
    3.3.3 PAM 的稳泡性研究  46-47
  3.4 泡沫体系的动态试验研究  47-50
  3.5 泡沫压裂液体系的性能评价  50-61
    3.5.1 携砂性能  50-51
    3.5.2 泡沫粘度  51-54
    3.5.3 泡沫流变性  54-58
    3.5.4 泡沫滤失性能  58-61
第4章泡沫压裂液基液在煤层上的吸附及其伤害性能评价  61-74
  4.1 煤层对压裂液基液的吸附实验研究  61-67
    4.1.1 实验原理及方法  61-62
    4.1.2 吸附研究  62-67
  4.2 扫描电镜研究  67-68
  4.3 压裂液基液对煤层渗透率伤害实验研究  68-74
    4.3.1 压裂液基液对煤层的损害  68-70
    4.3.2 水锁效应  70-74
第5章泡沫压裂液用于煤层的压裂设计模拟分析  74-87
  5.1 煤层泡沫压裂的可行性研究  74-75
  5.2 泡沫压裂液压裂的基本原理  75-78
  5.3 煤层用泡沫压裂液的压裂设计分析  78-87
    5.3.1 软件的介绍  79-80
    5.3.2 参数的输入  80-83
    5.3.3 压裂裂缝模型结果  83-85
    5.3.4 压裂效果影响因素分析  85-87
结论  87-88
建议  88-89
致谢  89-90
参考文献  90-94
攻读学位期间取得的学术成果  94

沁水盆地煤层泡沫压裂液研究及性能评价

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