支撐劑酸溶解度測(cè)試過程影響因素探討

王光，任龍強(qiáng)

支撐劑酸溶解度測(cè)試過程影響因素探討

王光，任龍強(qiáng)

（北京昆侖隆源石油開采技術(shù)有限公司，北京 102200）

根據(jù)行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)《水力壓裂和礫石填充作業(yè)用支撐劑性能測(cè)試辦法》（SY/T 5108—2014）規(guī)定的酸溶解度測(cè)試方法，通過支撐劑酸溶解度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)測(cè)試過程影響因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)操作過程中的影響項(xiàng)因素較多，其中粒徑、支撐劑在燒杯內(nèi)的狀態(tài)、過濾時(shí)水洗情況等對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大。

壓裂；支撐劑；酸溶解度；測(cè)試過程

壓裂措施效果對(duì)油氣井產(chǎn)能有直接的影響[1]，其中酸化壓裂是國內(nèi)外低滲透油氣藏增產(chǎn)增注提高采收率的有效措施之一。支撐劑是壓裂過程中的關(guān)鍵材料，是保持裂縫高導(dǎo)流能力的重要載體[2]。酸溶解度作為支撐劑的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一[3]，可用《水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測(cè)試方法》（SY/T 5108—2014）[4]進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)的目的是用以確定支撐劑在遇到酸時(shí)的適宜性，同時(shí)測(cè)定支撐劑中碳酸鹽、長石、氧化鐵、泥質(zhì)等可溶物質(zhì)的含量[5-6]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

600～300、 425～212、212～106 μm石英砂支撐劑，北京昆侖隆源石油開采技術(shù)有限公司；鹽酸（37%），分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；氟化氫銨（98%），分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；濾紙，φ70 mm；玻璃干燥器；秒表，精確度0.01 s。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

具體實(shí)驗(yàn)方法參照《水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測(cè)試方法》（SY/T 5108—2014）中酸溶解度的測(cè)試方法。

1.3 表面積計(jì)算

支撐劑顆粒為圓球度較高且表面微孔不發(fā)達(dá)的近似球體，因此支撐劑的比表面積可根據(jù)球體的比表面積計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

w=6/()。 （1）

式中：w—比表面積，cm2·g-1；

—樣品的絕對(duì)密度，g·cm-3；

—樣品的平均直徑，cm。

2 影響因素探討

2.1 粒徑

對(duì)同一批次原料生產(chǎn)出的600～300、425～212、212～106 μm 3種粒徑規(guī)格的產(chǎn)品，按照行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)試方法對(duì)樣品進(jìn)行篩析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示，3種樣品均為篩析合格產(chǎn)品。

表1 不同粒徑規(guī)格樣品的篩析

不同粒徑規(guī)格樣品比表面積對(duì)酸溶解度影響如表2所示。由表2可知，隨著粒徑的減小，酸溶解度明顯增加。根據(jù)粒徑分布計(jì)算出3種樣品的平均直徑，同時(shí)依據(jù)公式（1）計(jì)算出支撐劑的比表面積。

表2 不同粒徑規(guī)格樣品比表面積對(duì)酸溶解度影響

由表2中可以看出，隨著樣品粒徑規(guī)格減小，比表面積隨之增加，酸溶解度也隨之增加，分別為3.37%、4.26%、6.16%，趨勢(shì)與比表面積變化一致。分析可得，粒徑規(guī)格的不同造成了比表面積較大差異，從而造成了酸溶解度測(cè)試過程中支撐劑與酸液的接觸面積增加，最終造成小粒徑樣品的酸溶解度明顯高于大粒徑樣品。因此可判斷相同材質(zhì)的支撐劑受粒徑規(guī)格影響較大[7]。

同一批次原料生產(chǎn)出的粒徑分布不同的同規(guī)格產(chǎn)品，按照行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)試方法對(duì)樣品進(jìn)行篩析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。3種樣品均為篩析合格產(chǎn)品。同時(shí)樣品4粗粒徑較多，樣品2次之，樣品5細(xì)粒徑較多。

表3 同粒徑規(guī)格樣品篩析

同規(guī)格樣品比表面積對(duì)酸溶解度影響如表4所示。由表4可以看出，粗粒徑較多的4號(hào)樣品酸溶解度最低，細(xì)粒徑較多的樣品5次之。這再次證明粒徑分布情況對(duì)支撐劑的酸溶解度影響較大。因此，在支撐劑酸溶解度測(cè)試過程中樣品的代表性至關(guān)重要。

表4 同規(guī)格樣品比表面積對(duì)酸溶解度影響

2.2 支撐劑倒入酸液內(nèi)方式

根據(jù)行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，不同測(cè)試人員的操作習(xí)慣差異，可能存在支撐劑加入酸液內(nèi)的方式不同，因此進(jìn)行了3種不同的加入方式對(duì)酸溶解度的影響的探究，結(jié)果如表5所示。

表5 支撐劑倒入酸液內(nèi)方式對(duì)酸溶解度影響

從表5可以看出，同一樣品按照沿?zé)诘谷?、在燒杯中心倒入、在燒杯?nèi)均勻撒入測(cè)試出3種不同的結(jié)果，分別為4.26%、4.76%、5.11%。實(shí)驗(yàn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)支撐劑在燒杯底部鋪開的面積依次增加，與支撐劑的酸溶解度結(jié)果一致。

酸溶解度測(cè)試過程酸液與支撐劑的可溶物相比酸液過量的，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間有限與反應(yīng)溫度不高，酸液的分子運(yùn)動(dòng)不劇烈，不足以使遠(yuǎn)離支撐劑樣品堆的酸分子及時(shí)移動(dòng)至支撐劑堆內(nèi)部，因此在反應(yīng)一段時(shí)間后支撐劑堆內(nèi)部顆粒周邊的酸液濃度較低，反應(yīng)受限，造成內(nèi)部顆粒相對(duì)溶解量較少，外部顆粒相對(duì)溶解量較多，最終造成支撐劑在酸液內(nèi)堆積所占面積越小酸溶解度越低[8]。

2.3 酸液的存放時(shí)間

實(shí)際操作過程中較多的實(shí)驗(yàn)員為了減少酸液的浪費(fèi)，將余下的酸液保存繼續(xù)使用，因此進(jìn)行了酸液放置時(shí)間對(duì)酸溶解度影響的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。

表6 酸液存放時(shí)間對(duì)酸溶解度影響

從表6中可以看出，隨著酸液放置時(shí)間的增加，測(cè)得的酸溶解度逐漸降低，酸溶解度由4.26%降到了3.81%。分析可得，酸液中大部分為易揮發(fā)的HCl，隨著放置時(shí)間的增加HCl不斷地?fù)]發(fā)，最終導(dǎo)致酸液的濃度降低，從而影響支撐劑的酸溶解度測(cè)試結(jié)果。因此在測(cè)試支撐劑酸溶解度時(shí)為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，酸液需要現(xiàn)用現(xiàn)配，短時(shí)間存放時(shí)最好密封保存，以減少酸液的揮發(fā)。

2.4 水浴鍋內(nèi)水量

在滿足行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試方法情況下，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加熱用水浴鍋內(nèi)的水量對(duì)支撐劑酸溶解度的測(cè)試結(jié)果具有一定影響，如表7所示。從表7可以看出，水浴鍋內(nèi)的水較多，燒杯處于漂浮狀態(tài)時(shí)支撐劑的酸溶解度為4.95%，燒杯在水浴鍋內(nèi)平穩(wěn)放置時(shí)支撐劑的酸溶解度較低，分別為4.26%和4.21%。

燒杯在水浴鍋內(nèi)漂浮，造成燒杯內(nèi)的支撐劑和酸液相對(duì)位移，相當(dāng)于增加了酸液與支撐劑的接觸機(jī)會(huì)，從而酸溶解度增加。而水浴鍋內(nèi)水量適中或略微少時(shí)，燒杯在水浴鍋內(nèi)平穩(wěn)放置，支撐劑與酸液的相對(duì)位移較小，因此酸溶解度降低。

水浴鍋內(nèi)水量適中與略微少時(shí)，均足以在支撐劑顆粒堆以上，保證了水浴過程支撐劑與酸液幾乎無相對(duì)位移，同時(shí)足以保證酸液的溫度，從而酸溶解度相差不大。

2.5 過濾時(shí)用水沖洗量

過濾的實(shí)際操作中可能會(huì)存在水用完，pH值不為中性的情況下。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在未抽干前進(jìn)行下次沖洗時(shí)，用20 mL的蒸餾水清洗過濾設(shè)備中的樣品3次，最終pH值不為中性，需要再進(jìn)行加水沖洗，最終洗至中性，測(cè)得的酸溶解度為4.93%。每次加水前先將過濾器內(nèi)液體抽干，然后在進(jìn)行沖洗，最終實(shí)現(xiàn)用20 mL的蒸餾水清洗過濾設(shè)備中的樣品3次，pH值為中性，測(cè)得的結(jié)果為4.26%，如表8所示。因此，過濾過程中需要將過濾器內(nèi)溶液完全抽干后再進(jìn)行下次沖洗[9-10]。

表8 過濾過程對(duì)酸溶解度影響

3 結(jié) 論

對(duì)支撐劑酸溶解度測(cè)試過程中情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)支撐劑的粒徑、支撐劑倒入酸液的方式、酸液放置時(shí)間、水浴鍋內(nèi)水量、過濾過程均對(duì)支撐劑酸溶解度測(cè)試的最終結(jié)果產(chǎn)生影響，其中粒徑規(guī)格影響最大。因此，對(duì)支撐劑酸溶解度的測(cè)試有如下建議：

1）取樣時(shí)需要保證樣品的代表性，避免樣品粒徑分布變化。

2）將樣品倒入裝有酸液燒杯時(shí)，注意加入方式，保證測(cè)試結(jié)果的可比性。

3）酸液盡量現(xiàn)配現(xiàn)用，減少存放時(shí)間，如果短時(shí)間存放需要密封保存。

4）水浴鍋內(nèi)的液面保證在燒杯內(nèi)酸液的液面附近，不能過多或者過少。

5）過濾時(shí)待過濾器內(nèi)的水抽干后進(jìn)行下次沖洗。

［1］王寶軍，董小剛.油田低產(chǎn)低效井酸化增產(chǎn)酸液體系配方[J].當(dāng)代化工，2020，49（10）：2251-2259.

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Discussion on Influencing Factors of Proppants Acid Solubility Test Process

,

（Beijing Kunlun Longyuan Oil Exploitation Technology Co., Ltd., Beijing 102200, China）

According to the acid solubility test method specified in the industry recommended standard SY/T 5108—2014 "Measurement of properties of proppants used in hydraulic fracturing and gravel-packing operations", through the comparison of proppant acid solubility experimental data,the influencing factors of the test process were studied. Through the analysis of the experimental results, it was found that there were many influencing factors in the process of operation,among which the particle size, the state of proppant in the beaker, and the water washing during filtration had great influence on the test results.

Hydraulic fracturing; Proppant; Acid solubility; Test process

2021-05-13

王光（1985-），男，北京市人，中級(jí)工程師，碩士， 2011年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)（北京）應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：支撐劑研發(fā)。

任龍強(qiáng)（1981-），男，羌族，工程師，學(xué)工商管理碩士，研究方向：支撐劑開發(fā)及應(yīng)用。

TE357

A

1004-0935（2021）12-1807-03