剪切敏感性硼酸压裂液1 摘要在最近的四十年，硼酸交联压裂液已经被用于石油与天然气工业这些液体由三部分组成（聚合物，交联剂，PH缓冲剂），他被认为是一种相对简单的去优化多种油井产量的方法该流体的独特的特征之一是交联粘度恢复和还原高剪切性的能力根据SPE134266中实验室测试数据显示，可以确定硼酸压裂液可以为过度暴露的高剪切性流体进行恢复，造成在近井地带粘度有限利用实验室流动回路模拟一个经验剪切环境，在加载到高温高压之前，将各种硼酸交联压裂液裸露在较大范围的剪切条件下除了粘度和时间剖面之外，在复原期间，对每种压裂液早期粘度的变化进行量化效果的分析本文定义了临界剪切速率以及对硼酸压裂液早期粘度产生不利影响的暴露时间同时,试验结果表明，在剪切条件下可以通过调整聚合物的浓度，硼酸盐交联剂或者PH值来调整压裂液粘度恢复的时间本文提供的技术与指南可以用来确认在有害的井壁剪切条件下将导致过长的恢复时间本文还介绍了最佳的硼酸交联压裂液测试以及导致增加的剪切敏感性的流体组合物2 引言硼酸交联压裂液通常被认为是最合成方法最简单，来源广泛并且应用广泛的流体硼酸交联压裂液的一个属性之一是阻碍剪切降解，而交联压裂液的组成成分锆或钛的配合物可以永久退化高剪切速率，硼酸交联压裂液联压粘度恢复后可以降低剪切速率，不会造成长期的，永久的粘度损失。
在水力压裂过程中，流体在进入井筒前会暴露在一个高剪切环境中早期，流体在高剪切条件下通常被称为剪切过程流体的剪切降解和剪切过程是模拟流变测试中的重点测试项目早先的研究显示，这些压裂液，尤其是快速交联压裂液在普通的台式搅拌机上可以显示出更快更广泛的粘度发展由于硼酸交联压裂液在没有进行测试之前没有被认为具有剪切降解，剪切过程的特性然而，在硼酸压裂液测试实验中已经表明，在井筒的高剪切速率条件下，粘度会降低并且可以持续几个小时这短暂的粘度降低的原因是由于剪切诱导相分离剪切速率和高剪切的曝光时间与粘度的降低是一个函数关系此外，SPE143962中说道：最近的实验表明，压力的升高可以显著的减少这些流体的粘度压裂液的流变性能长期被认为是压开裂缝和支撑裂缝的关键，早期的粘度发展也是决定压裂施工能否成功的因素早期的粘度可以确保创造出足够大的裂缝宽度以及向井筒注入支撑剂并且使支撑剂移动到裂缝处不良或过度延迟的粘度增大可能会导致引起裂缝宽度不足和从而使支撑剂在近井地带沉积不好的是，普通的现场流体测试过程并不适合实验室的测试程序因此，硼酸压裂液在近井地带具有不确定的因素硼酸交联压裂液一系列的测试对剪切速率与时间进行了研究。
流体的组成成分，测试条件，以及流体属性总结早表1中该测试涵盖了广泛的剪切速率（剪切速率从100到2100s-1）算有测试都是在实验室的剪切模拟器中进行，在压力较大（流体压力大于2000psi）的条件下进行研究剪切过程和高压力对早期的粘度增大的影响3 实验流程为了充分模拟硼酸交联压裂液流体在现场泵送条件下的流动过程，专业的设备，剪切速率和时间的关系测试在井筒和裂缝处的温度条件为了满足试验流动回路范围广泛的条件，还需再加上一个高温，高压粘度计流动回路提供的动态混合物和由剪切过程模拟的高剪切速率以及粘度计来模拟裂缝条件（低剪切速率，高温度和延长时间）为了实现这一目标，高温高压粘度计必须配备一个端口允许流体直接注入的流动回路这消除了任何静态流量期后交联剂已被添加到基凝胶一种剪切过程模拟装置在下图4 准备建立一个剪切过程实验的模拟现场，对现场的情况下的剪切速率和时间进行计算在相应的剪切条件和相应的实验室条件下，使用下列公式进行计算剪切速率计算剪切速率在管壁的场的情况下，使用简单的剪切管计算流体Y &二8V/d注：Y是剪切速率，S-1V 是流速，英尺/秒（场）或厘米/秒（实验室）D是管子的直径，英尺（场）或厘米（实验室）进行压裂处理的泵的速度20bpm，油管内部直径2.441英寸,油管壁剪切速度s-1。
因此，泵送速率为341厘米/分钟在4毫米管径的管中产生的剪切速率2265抗剪计算的裸露时间与剪切的曝光时间（T）的磁场的情况下，计算曝光时间前提必须计算油管的内部体积流量和穿孔的深度，如下所示因此，从现场剪切的情况下，在实验室将需要341剪切速率和4.92min来匹配以及808英尺的4毫米管径的管液体制剂实验需要KCl含量为2%的自来水来保证对瓜尔胶高分子充分水化监测聚合物水化，基凝胶粘度的测定周期，浓度，温度相对特殊的聚合物产品一旦聚合物充分水化，大量的混合添加剂的其余部分被添加到基凝胶这些混合的添加剂包括盐，表面活性剂，和粘土稳定剂在模拟过程中将pH值保持在一个恒定的值上，pH缓冲剂能实现这一目标以及确保正确的pH值.硼酸交联压裂液使用这种测试流体包括联合国衍生化瓜尔胶的硼酸酯交联剂与碳酸钾缓冲系统瓜尔胶聚合物浓度为33磅/每1000加仑（PPT），在浓度为40的ppt进行该交联剂在浓度范围从0.75-3/1000加仑（GPT）缓冲区是精品文档精品文档在浓度范围从1.25到2.50，通常是GPT在充分水化情况下批量混合基凝胶该组合物还包括表面活性剂添加到充分，水合凝胶在1谷丙转氨酶浓度。
该系统在几秒钟内交联成一种表面交联体系设备安装启动剪切过程模拟器，液压流体通过恒速泵，高压泵无法取代基凝胶的浮动活塞蓄能器所需的速率（在上面的例子，341立方厘米）到小直径管在进入油管，最终添加剂注入高压基凝胶计量泵混合物通过两个内联，静态混合器形成均质混合气流体随后进入阀歧管引导流量到预定长度的管表2是一个管道的清单组合在上面的例子中，三段总长度825英尺4毫米管将使用这是略高于808英尺的计算规定，但这代表了在曝光时间只有2%的误差线性的凝胶移位通过流动回路所需的剪切速率下建立一个基线的摩擦压力未交联系统在获得一个稳定的摩擦压力损失，交联剂和其它添加剂在飞计量为基凝胶摩擦压力损失监测在获得基本稳定的摩擦压力损失含凝胶上飞的添加剂，流体样品可注入咼温咼压粘度计钱德勒工程5550流变仪测定的剪切粘度流体退出历史模拟器在流变仪转子的转动传递剪切速率符合断裂剪切速率在这系列试验，对每个粘度计转子的转速为117RPM与R1转子和B5鲍勃实现剪切速率100s-1一旦一个一致的流体样品的剪切历史编写模拟器，从剪切历史流体的流量模拟器是针对第一粘度计当第一转子填充，流体流向第二粘度计转子是立即填充。
后立即填充每个转子，提高了加热套和剪切应力，剪切速率，流体的温度记录在所有测试的第一粘度计与温度斜坡带程序在20分钟到185°F流体第二粘度与温度斜坡带液程序135°F20分钟如果附加剪切样品需要进行检验或其它测试，他们可能会在这个时候收集添加剂都停止注入，将该系统内的线性凝胶冲洗测试完毕后，系统清理剩余的新鲜水用量数据收集从每个实验（包括小直径管的摩擦压力损失）得到的数据，连续在100s-1的剪切速率剪切应力测量，连续测量过程中在剪切速率斜坡上的流体温度和周期性的剪切应力5结果早先的研究显示，剪切过程能显著影响硼酸交联压裂液的粘度发展硼酸交联液恢复时间与剪切环境，剪切速率和剪切时间，流体组合物，和温度有关其他的研究表明，硼酸交联压裂液的粘度同样手压力的影响以下部分提供了一个实验室的测试结果，进行说明的效果的剪切速率，剪切时间，流体组合物，和压力对粘度的发展的影响5・1剪切速率对硼酸交联液恢复时间的影响剪切过程的装置，在前面的章节中，有九种的配置可用于剪切过程的模拟在每一个测试直径实验中，流体可以被泵输送到只有一个，两个或所有三个的特定直径的管中探讨剪切速率，五种不同的油管和流量的组合，剪切率从375s-1到2230s-1，曝光时间从4.9到5.1分钟。
表3显示了油管直径，组合油管柱长度，和泵使用的测试矩阵测试在100s-1的剪切速率，剪切时间为5分钟下的实验结果这一系列流体组合物的测试保持在33ppt的聚合物浓度，1.75GPT交联剂浓度1.75GPT缓冲剂浓度图2显示了表观流体浓度在两小时内为185°F总的来说，流体剪切过程测试条件下与低剪切速率条件下，温度的升高以及剪切过程对流体的浓度有较大的影响然而，剪切过程最受关注的是早期对粘度的影响在图3中，显示了剪切过程模拟器没有工作时流体的初始粘度相同的流体组合物暴露于剪切速率为2230s-1的SHS后有一个初始粘度：40CP在100s-1剪切速率下如图3所示，该流体成分测试，在中间的剪切速率对应的初始粘度分布在这两个极端之间与先前的研究结果一致，流体的恢复时间被定义为流体暴露在100s-1剪切速率下粘度恢复到200cp所需的时间如表4所示，图为流体退出剪切过程模拟器的恢复时间和初始表观粘度如果恢复时间与剪切速率（图4）得到的曲线表明了存在一个临界剪切速率该流体组合物的曝光时间为4.9至5.2分钟，临界剪切速率为800到1000s-1对于每个剪切过程实验，高温高压粘度计都要被装载记录粘度发展和长期在升高的温度下的粘度。
一个样品被加热到185°F和其他被加热到135°F温度对粘度恢复起着关键的作用在几乎所有的情况下进行测试，加热到135°F的流体的恢复时间比加热到185°F的恢复时间要长在图5中，对粘度曲线进行比较液体加热到135°F的恢复时间为16.8分钟液体加热到185°F的恢复时间10.1分钟随着压裂处理的发展，井筒和裂缝冷却相关的低流体温度在近井区域会导致较长的恢复时间不好的是，压裂过程的支撑剂后期阶段浓度较高以及为了支撑剂良好的运输我们需要更好早期粘度5.2剪切作用时间对流体粘度恢复时间的影响上一节说明了剪切速率对硼酸交联压裂液粘度恢复时间的影响剪切过程模拟中剪切速率加大导致了恢复时间的增加一系列的试验进行了流体的组合物显示出中等程度的敏感性小口检查时间的影响在剪切时，剪切过程对粘度恢复时间在这些测试中，流体被暴露在剪切速率为1085s-1的在1/8英寸的管通过不同的管长度（圈数），曝光时间可以改变2.7和7.4之间分钟粘度的流体分布在185°F后2.7,5,和7.4分钟的曝光，如图6所示试验几何图形和表格的结果列于表5增加曝光时间从2.7分钟到5分钟在1085s-1增加恢复时间然而，在5和7.4分钟的曝光时间，恢复时间是本质上同样的。
基于该有限的测试序列，它似乎曝光时间的流体的响应是类似的剪切速率的影响恢复时间然而，额外的测试，应进行全面检查这一趋势5.3油管直径对恢复时间的影响在剪切过程模拟实验中，一个反复出现的问题缩放测试是从大直径油管直径到小直径油管产生的影响前面介绍的流体测试是根据三个不同的管道直径和五个不同的研究长度进行的测试结果提供了一个具有流体性能的模型又叫做SIPS解决了油管直径以及不同雷诺数对实验产生的影响，在大直径管径中进行剪切过程模拟和一个额外的测试许多试验已经研究了在2230S-1的高剪切速率，5分钟的曝光时间下液体的性能使用前面描述的剪切过程模拟装置，采用三串4毫管径的油管管道的总长度为824英尺，油管平均直径为0.116英寸这个测试的流速为338毫升/分钟，曝光时间为5.1分钟以及2230s-1的剪切速率液体由33ppt聚合物，1.75gpt交联剂和1.75gpt的缓冲剂组成这种液体组成比较适合性管道直径较大的油管试验美国BJ服务公司构建了一个剪切过程装置其内部油管直径为0.305,长度和泵送能力可以提供五分钟的曝光时间和2070s-1的剪切速率美国BJ服务公司用这套装置进行了测试在流变仪的温度斜率和剪切速率稍有不同，但总体的结果是非常相似的。
这两个测试结果的图像显示在图7康菲石油公司初始粘度为36cp，美国BJ服务。