Chất lỏng giảm lực cản nứt vỡ cation

Các điều kiện áp dụng của bộ giảm lực cản cation cần được đánh giá toàn diện kết hợp với đặc điểm của vỉa chứa, hệ thống chất lỏng nứt nẻ, kỹ thuật xây dựng và các yêu cầu về môi trường. Cốt lõi là thích ứng với các tình huống phức tạp bằng cách tận dụng các chức năng đặc biệt của nhóm cation và tính ổn định của hiệu quả giảm lực cản. 

Các điều kiện áp dụng cụ thể như sau: 

1. Điều kiện địa chất của hồ chứa 

1). Các hồ chứa giàu khoáng sét

Phương pháp này áp dụng cho các bể chứa đá sa thạch có hàm lượng sét 5%, đặc biệt khi bể chứa chứa sét nở (montmorillonite, illite - lớp hỗn hợp smectite) hoặc các hạt mịn dễ di chuyển (kaolinite, clorite). 

Lý do: Các nhóm cation có thể ức chế sự trương nở của đất sét thông qua hấp phụ tĩnh điện và neo các hạt phân tán, làm giảm thiệt hại do độ nhạy nước của chất lỏng nứt vỡ đối với bể chứa, tạo thành lớp bảo vệ hiệp đồng với chức năng giảm lực cản. 

2). Các thành tạo có độ mặn cao

Phương pháp này áp dụng cho các bể chứa có độ mặn tổng cộng của nước thành tạo là 10⁴ mg/L (đặc biệt là các bể chứa các ion hóa trị hai như Ca²⁺ và Mg²⁺), chẳng hạn như các bể chứa dầu khí giữa các muối và đá sa thạch ven biển. 

Lý do: Các nhóm tích điện dương của chuỗi phân tử chất giảm lực cản cation ít bị ảnh hưởng bởi lớp chắn ion muối và có thể duy trì trạng thái mở rộng trong môi trường có hàm lượng muối cao, duy trì hiệu quả giảm lực cản (vượt trội hơn vấn đề cuộn xoắn và hỏng hóc của chất giảm lực cản anion trong điều kiện có hàm lượng muối cao). 

3). Hồ chứa có độ thấm thấp 

Phương pháp này áp dụng cho các bể chứa chặt chẽ có độ thấm của ma trận < 10 mD, chẳng hạn như bể chứa khí đá phiến và dầu chặt chẽ. 

Lý do: Các bể chứa có độ thấm thấp dễ bị tắc lỗ rỗng hơn. Chức năng kép của bộ giảm lực cản cation là chống trương nở và giảm lực cản, có thể giảm thiểu thiệt hại do sự xâm nhập của dịch lọc nứt vỡ và bảo vệ độ dẫn điện của bể chứa. 

2. Đặc điểm của hệ thống chất lỏng nứt vỡ 

1). Hệ thống chất lỏng nứt vỡ gốc nước 

Chỉ áp dụng cho chất giảm lực cản gốc nước dùng cho chất lỏng nứt vỡ (bao gồm gel tuyến tính, gel liên kết ngang, nước trơn, v.v.) và không áp dụng cho chất lỏng nứt vỡ gốc dầu hoặc gốc cồn. 

Lý do: Các chuỗi polyme của chất giảm lực cản cation cần phải hòa tan và kéo dài trong dung dịch nước để phát huy tác dụng giảm lực cản. Môi trường pha dầu sẽ khiến các chuỗi phân tử bị cuộn lại hoặc kết tủa. 

2). Hệ thống phức tạp với nhiều chất phụ gia

Sản phẩm này có thể dùng làm chất giảm lực cản cho hệ thống chất lỏng nứt vỡ kết hợp với chất liên kết chéo (như borax, zirconium hữu cơ), chất phá gel (như persulfat, enzyme), chất diệt khuẩn và các chất phụ gia khác. 

Lý do: Chất giảm lực cản cation cần tương thích với các chất phụ gia khác (chẳng hạn như không ảnh hưởng đến quá trình liên kết ngang gel và không bị phân hủy sớm bởi chất phá gel). Sau khi thiết kế phân tử, chất này có thể thích ứng với các công thức phức tạp và duy trì tính ổn định trong suốt quá trình. 3. Yêu cầu về kỹ thuật thi công 

1). Nứt gãy theo chiều ngang dài hoặc nứt gãy giếng sâu

Áp dụng cho các giếng ngang có chiều dài mặt cắt ngang > 1000 m hoặc giếng nứt vỡ sâu có độ sâu thẳng đứng > 3000 m. 

Lý do: Lực cản ma sát dọc theo đoạn ngang dài/giếng sâu lớn (tổn thất lực cản ma sát có thể lên tới 30%-50% tổng áp suất bơm). Việc giảm lực cản cation có thể giảm lực cản ma sát hỗn loạn xuống 40%-70%, giảm tổn thất áp suất bơm và đảm bảo chất lỏng nứt vỡ đi vào từng cụm nứt vỡ đều đặn theo độ dịch chuyển thiết kế. 

2). Kịch bản xây dựng có độ dịch chuyển cao 

Có thể áp dụng cho việc nứt vỡ ở quy mô lớn (như nứt vỡ thể tích) với độ dịch chuyển kết cấu > 10 m³/phút. 

Lý do: Ở độ dịch chuyển cao, cường độ nhiễu loạn của chất lỏng cao hơn, nhu cầu giảm lực cản trở càng cấp thiết. Các phân tử chuỗi dài của chất giảm lực cản cation có thể ức chế xoáy hiệu quả hơn và duy trì trạng thái lực cản ma sát thấp. 

4. Yêu cầu về môi trường và độ ổn định 

1). Bể chứa nhiệt độ trung bình đến cao (yêu cầu biến tính chịu nhiệt) Các sản phẩm thông thường có thể áp dụng cho bể chứa ≤ 120℃. Sau khi biến tính chịu nhiệt (chẳng hạn như đưa vào vòng thơm và nhóm dị vòng), chúng có thể áp dụng cho bể chứa nhiệt độ cao từ 120-180℃. 

Lý do: Nhiệt độ cao có thể gây ra sự phân hủy nhiệt oxy hóa của chuỗi polymer. Thiết kế phân tử là cần thiết để cải thiện khả năng chịu nhiệt và tránh làm giảm hiệu suất chất lỏng nứt vỡ do đứt gãy chuỗi phân tử. 

2. Môi trường chất lỏng nứt vỡ có độ pH thấp hoặc trung tính 

Có thể sử dụng chất giảm lực cản cho các hệ thống chất lỏng nứt vỡ có độ pH từ 5-9. Môi trường có tính axit mạnh (pH < 3) hoặc tính kiềm mạnh (pH > 11) có thể khiến các nhóm cation bị phá hủy (chẳng hạn như sự proton hóa mất cân bằng của amin). 

Bản tóm tắt 

Nguyên lý cốt lõi của bộ giảm lực cản cation cho bộ giảm lực cản chất lỏng nứt vỡ là: dựa trên nhu cầu giảm lực cản, chồng lên các kịch bản trong đó vỉa chứa cần chống trương nở/kháng muối. Kịch bản ứng dụng tối ưu của nó là: vỉa chứa có độ mặn cao và độ thấm thấp chứa đất sét nở, sử dụng bộ giảm lực cản cho chất lỏng nứt vỡ cho kết cấu nứt vỡ mặt cắt ngang dài và chuyển vị cao, và nhiệt độ vỉa chứa nằm trong phạm vi chịu nhiệt của nó.