Research progress in application of water⁃soluble polymer materials for oil and gas field fracturing

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.05.024

Abstract

Abstract:

Based on the temporary plugging balls and temporary plugging agents used in fracturing of oil and gas fields in China， this paper systematically summarized the temporary plugging mechanism， performance characteristics， and application status of temporary plugging products synthesized through different processes and formulas. The dissolution characteristics of each product were introduced， and the existing problems in the water?soluble temporary plugging balls and temporary plugging agents were pointed out through a combination with the requirements for the development of green environmental protection of oil and gas fields. Finally， the future development direction of temporary plugging products was prospected.

Key words: water soluble polymer, staged fracturing, temporary plugging and steering fracturing, degradation

CLC Number:

TQ314

WEI Liao. Research progress in application of water⁃soluble polymer materials for oil and gas field fracturing[J]. China Plastics, 2022, 36(5): 149-157.

Figures/Tables 12

Fig.1. Schematic diagram of temporary plugging

Fig.2. Pressure test and field application of temporary plugging ball of made by DRILL FRAC

Fig.3. Fiber braided temporary plugging ball

Fig.4. Hydrolysis process of water soluble polymer materials

Fig.5. Combined particle size temporary plugging agent

Fig.6. Particle and fiber composite temporary plugging agent

Fig.7. Schematic diagram of temporary plugging in joint

Fig.8. Granular temporary plugging agent in fracture

Fig.9. Fiber temporary plugging agent in fracture

Fig.10. Powder temporary plugging agent in seam

Fig.11. Field construction curve of temporary plugging fracturing in well WeiYe 23?1HF

Fig.12. Microseismic monitoring of horizontal fracture in well WeiYe 23?1HF

References 55

1	陈畅. 转向重复压裂暂堵剂性能评价［D］. 荆州：长江大学，2017.
2	张旭东. 多次转向重复压裂技术在低渗透油田老井改造中的应用［J］. 江汉石油职工大学学报， 2008， 21（4）： 46⁃47.
	ZHANG X D. Application of repeated fracturing with multiple⁃echelon turning in reforming old wells of low permeability oilfields ［J］. Journal of Jianghan Petroleum University of Staff And Workers， 2008， 21（4）： 46⁃47.
3	肖沛瑶. 暂堵转向压裂技术用暂堵剂研究新进展［J］. 石油化工应用， 2019， 38（10）： 1⁃5，24.
	XIAO P Y. Research of temporary plugging agent for temporary plugging diverting fracturing［J］. Petrochemical Industry Application， 2019， 38（10）： 1⁃5，24.
4	王贤君，王维，张玉广，等. 低渗透储层缝内暂堵多分支缝压裂技术研究［J］. 石油地质与工程， 2018， 32（3）： 111⁃113，126.
	WANG X J， WANG W， ZHAGN Y G， et al. Study on temporary plugging multi branch fracture fracturing technolo⁃gy in low permeability reservoir［J］. Petroleum Geology and Engineering， 2018， 32（3）： 111⁃113，126.
5	肖沛瑶. 压裂暂堵剂及其适用范围分析［J］. 石油化工应用， 2018， 37（10）： 9⁃13.
	XIAO P Y. Analysis of fracturing temporary blocking agent and its application range［J］. Petrochemical Industry Application， 2018， 37（10）： 9⁃13.
6	WANG F. Mechanical property study on rapid additive layer manufacture Hastelloy®X alloy by selective laser melting technology［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2011， 58（5/8）： 545⁃551.
7	王彦玲，原琳，任金恒. 转向压裂暂堵剂的研究及应用进展［J］. 科学技术与工程， 2017， 17（32）： 196⁃204.
	WANG Y L， YUAN L， REN J H. The progress in research and application of temporary plugging agent for diver⁃ting fracturing［J］. Science Technology and Engineering， 2017， 17（32）： 196⁃204.
8	杨景辉. 埕岛油田水溶性屏蔽暂堵剂研究及应用［D］. 青岛：中国石油大学（华东）， 2013.
9	杨金峰，张进科，张倩，等. 暂堵压裂造多缝工艺技术在姬塬油田的研究与应用［J］. 石油化工应用， 2020， 39（7）： 46⁃51.
	YANG J F， ZHANG J K， ZHANG Q. Research and app⁃lication of temporary plugging and fracturing multi⁃sewing process technology in jiyuan oilfield［J］ Petrochemical Industry Application， 2020， 39（7）： 46⁃51.
10	肖勇军，何先君，刘望，等. 裂缝暂堵—控藏体积压裂技术在长宁区块的应用［J］. 钻采工艺， 2020， 43（4）： 39⁃42.
	XIAO Y J， HE X J， LIU W， et al. Application of fracture temporary plugging reservoir control volume fracturing technology in changning block［J］. Drilling & Production Technology， 2020， 43（4）： 39⁃42.
11	路智勇. 转向压裂用暂堵剂研究进展与展望［J］. 科学技术与工程， 2020， 20（31）： 12 691⁃12 701.
	LU Z Y. Progress and prospect study on temporary plugging agent for diverting fracturing［J］. Science Technology and Engineering， 2020， 20（31）： 12 691⁃12 701.
12	高学生. 水溶性冲砂暂堵球的应用研究［J］. 精细石油化工进展， 2006， 7（4）： 31⁃33，36.
	GAO X S. Application research of water⁃soluble temporary⁃plugging ball for sand⁃washing process［J］. Advances in Fine Petrochemicals， 2006， 7（4）： 31⁃33，36.
13	金智荣，包敏新，李升芳，等. 暂堵转向分层压裂工艺在薄互层油藏中的应用研究［J］. 复杂油气藏， 2019， 12（4）： 76⁃78.
	JIN Z R， BAO M X， LI S F， et al. Application of temporary plugging and diversion separate layer fracturing in thin interbedded reservoirs［J］. Complex Hydrocarbon Reservoirs， 2019， 12（4）： 76⁃78.
14	中国石油化工股份有限公司西南油气分公司. 一种射孔炮眼暂堵用可溶降解暂堵球及其制备方法：中国，CN201710881398.8［P］. 2018⁃01⁃12.
15	四川捷贝通能源科技有限公司.一种绿色全可溶高强度化学封隔器及其制备方法：中国，CN201811466563.4［P］. 2019⁃03⁃21.
16	ROSS C M， ECHOLS R H， WATSON B W. Fluid flow control device and method for use of same： US， US20040035591A1［P］. 2004⁃02⁃26.
17	SCHULTZ R L， WATSON B W， FERGUSON A M. Flow control in subterranean wells： US，WO2018075097A1［P］. 2018⁃04⁃26.
18	DINESH R P. A flow control assembly having a fixed flow control device and an adjustable flow control device： CA，CA2623862A1［P］. 2008⁃09⁃13.
19	TIPS T R， RICHARDS W M. Tubing conveyed multiple zone integrated intelligent well completion： US， US9016368B2［P］. 2015⁃04⁃28
20	Schlumberger Technology Corporation. Well re⁃fracturing method： US，WO2016182744A1［P］. 2016⁃11⁃17.
21	FUNKHOUSER G P， WATSON B W， FERGUSON A M， et al. Plugging devices and deployment in subterranean wells： US， US11002106B2［P］. 2021⁃05⁃11.
22	王雨霞. 复合暂堵转向压裂工艺在低渗透油田中的应用［J］. 化学工程与装备， 2020，2： 101⁃102，106.
	WANG Y X. Application of compound temporary plugging and steering fracturing technology in low permeability oilfield［J］. Chemical Engineering & Equipment， 2020，2： 101⁃102，106.
23	ZAABA N F， JAAFAR M. A review on degradation mechanisms of polylactic acid： hydrolytic， photodegradative， microbial， and enzymatic degradation［J］. Polymer Engineering & Science， 2020， 60（9）：2 061⁃2 075.
24	LOW Y J， ANDRIYANA A， ANG B C， et al. Bioresorbable and degradable behaviors of PGA： current state and future prospects［J］. Polymer Engineering & Science， 2020，60： 2 657⁃2 675.
25	YE B， LI Y， CHEN Z， et al. Degradation of polyvinyl alcohol （PVA） by UV/chlorine oxidation： radical roles， influencing factors， and degradation pathway［J］. Water Research， 2017， 124（1）：381⁃387.
26	胡银，陈智群，常海，等. EVA、PVAc的水解行为与热稳定性研究［J］.高分子通报， 2015，12： 92⁃97.
	HU Y， CHEN Z Q， CHANG H， et al. Hydrolysis behavior and thermal stability of PVAc and EVA［J］. Chinese Polymer Bulletin， 2015，12： 92⁃97.
27	姜伟，管保山，李阳，等. 新型水溶性暂堵剂在重复压裂中的暂堵转向效果［J］. 钻井液与完井液， 2017， 34（6）： 100⁃104.
	JIANG W， GUAN B S， LI Y， et al. A new water soluble temporary plugging agent and its temporary plugging and diverting effects in re⁃fracturing［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid， 2017， 34（6）： 100⁃104.
28	刘明明，马收，刘立之，等.页岩气水平井压裂施工中暂堵球封堵效果研究［J］.钻采工艺， 2020， 43（6）： 44⁃48，8.
	LIU M M， MA S， LIU L Z， et al. Study on plugging effect of temporary plugging ball in fracturing construction of shale gas horizontal well［J］. Drilling & Production Technology， 2020， 43（6）： 44⁃48，8.
29	李奎东，刘炜，沈金才，等.页岩气水平井投球暂堵压裂裂缝数模研究［J］.天然气勘探与开发， 2021， 44（2）： 100⁃105.
	LIU K D， LIU W， SHEN J C， et al. Numerical simulation on temporarily plugging the induced fractures with balls in shale⁃gas horizontal wells［J］. Natural Gas Exploration and Development， 2021，44（2）：100⁃105.
30	郭亚兵. 致密砂岩气藏暂堵转向压裂技术研究［D］.成都：西南石油大学，2016.
31	毛金成，范津铭，赵金洲，等. 化学转向暂堵技术的研究进展［J］. 石油化工， 2019， 48（1）： 76⁃81.
	MAO J C， FAN J M， ZHAO J Z， et al. Research and development of chemical temporary plugging technique［J］. Petrochemical Technology， 2019， 48（1）： 76⁃81.
32	罗向东，罗平亚. 屏蔽式暂堵技术在储层保护中的应用研究［J］. 钻井液与完井液， 1992， 9（2）： 19⁃27，1⁃2.
	LUO X D， LUO P Y. Application of shielding temporary plugging technology in reservoir protection［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid， 1992， 9（2）： 19⁃27，1⁃2.
33	赖南君，陈科，马宏伟，等. 水溶性压裂暂堵剂的性能评价［J］. 油田化学， 2014， 31（2）： 215⁃218.
	LAI N J， CHEN K， MA H W， et al. Performance evaluation of water soluble temporary plugging agent for fracturing［J］. Oilfield Chemistry， 2014， 31（2）： 215⁃218.
34	覃孝平，吴均，李翠霞，等. 压裂用水溶性暂堵剂的合成及性能［J］. 石油化工， 2020， 49（9）：898⁃904.
	QIN X P， WU J， LI C X， et al. Synthesis and performance of water⁃soluble temporary plugging agent for fracturing［J］. Petrochemical Technology， 2020， 49（9）：898⁃904.
35	熊颖，郑雪琴，龙顺敏. 新型储层改造用暂堵转向剂研究及应用［J］. 石油与天然气化工， 2017， 46（2）： 59⁃62，67.
	XIONG Y， ZHENG X Q， LONG S M. Research and app⁃lication of a new type of temporary plugging diverting agent for reservoir reconstruction［J］. Chemical Engineering of Oil and Gas， 2017， 46（2）： 59⁃62，67.
36	吴彦飞. 小粒径水溶性暂堵剂的制备及性能研究［D］. 兰州：兰州理工大学，2019.
37	南京鼎立生物科技有限公司. 一种耐高温的PLA/PA生物基复合材料：中国，CN202010452980.4［P］. 2020⁃08⁃07.
38	CORTEZ J， REDDY B R. Activator development for controlling degradation rates of polymeric diverting agents［J］. SPE Production & Operations，2013，29（1）：42.
39	李锐，余维初. 重复压裂用转向剂的研究及应用进展［J］. 广州化工， 2018， 46（11）： 7⁃10.
	LI R， YU W C. Progress on research and application of temporary diverting agent for refracturing［J］. Guangzhou Chemical Industry， 2018， 46（11）： 7⁃10.
40	LI P， ZHANG G， SONG H， et al. Application of temporary blocking steering fracturing technology in Su 77 and Zhao 51 district［J］. Yunnan Chemical Technology， 2018，45（9）：41⁃45.
41	罗天雨，芳桂，梁丽娟，等. 化学暂堵剂在石油工程方面的研究新进展及应用［J］. 新疆石油天然气， 2019， 15（3）： 79⁃87，8.
	LUO T Y， FANG G， LIANG L J， et al. New research progress and application of chemical temporary plugging agent in petroleum engineering［J］. Xinjiang Oil & Gas， 2019， 15（3）： 79⁃87，8.
42	王华全，向鹏伟，冷平，等. 一种可溶性粗旦PVA纤维及其用途：中国，CN107287673B［P］. 2020⁃07⁃03.
43	王华全，周霖，王建，等. 一种高强高模PVA纤维及其制备方法和用途：中国，CN107268105B［P］. 2020⁃07⁃10.
44	王建，李海英，王华全，等. 一种中空PVA纤维及其制备方法和用途：中国，CN107268104B［P］.2019⁃09⁃03.
45	向鹏伟，周霖，王华全，等. 一种聚乙烯醇母料⁃聚乳酸复合纤维及其用途：中国，CN107287691B［P］. 2020⁃05⁃08.
46	张绍彬，康毅. 一种酸化压裂用纤维暂堵剂：中国，CN103694976A［P］. 2014⁃04⁃02.
47	穆瑞花. 一种温度控制压裂用暂堵纤维的制备方法：中国， CN110344132A［P］. 2019⁃10⁃18.
48	陈峰，张甲乙，邢艳斌. 高强度水解纤维压裂暂堵剂：中国，CN105385430A［P］.2016⁃03⁃09.
49	成梅华. 水溶性暂堵剂的研究与应用［J］. 石油化工应用， 2015， 34（4）： 91⁃93.
	CHENG M H. Research and application of water soluble temporary plugging agent［J］. Petrochemical Industry App⁃lication， 2015， 34（4）： 91⁃93.
50	高伟，李丹，周庆，等. 新型压裂暂堵剂性能评价及在鄂尔多斯盆地致密气储层的应用［J］. 能源化工， 2020， 41（5）： 57⁃62.
	GAO W， LI D， ZHOU Q， et al. Performance evaluation of new temporary fracturing plugging agent and its application in tight gas reservoirs in Ordos Basin［J］. Energy Chemical Industry， 2020， 41（5）： 57⁃62.
51	姜涛. 一种缝内粉末暂堵剂及其制备方法：中国，CN109652041A［P］. 2019⁃04⁃19.
52	浙江神耀石化科技有限公司. 适用于低温的快速溶解暂堵剂及其制备方法：中国，CN202010518592.1［P］. 2020⁃09⁃04.
53	张家旗，黄维安，程荣超，等. 淀粉基可降解暂堵剂制备及性能评价［J］.应用化工， 2021， 50（9）： 2 411⁃2 414.
	ZHANG J Q， HUANG W A， CHENG R C， et al. Development and evaluation of starch⁃based biodegradable temporary plugging agent［J］. Applied Chemical Industry， 2021， 50（9）： 2 411⁃2 414.
54	王兴文，林永茂，缪尉杰. 川南深层页岩气体积压裂工艺技术［J］. 油气藏评价与开发， 2021， 11（1）： 102⁃108.
	WANG X W， LIN Y M， MIAO W J. Volume fracturing technology of deep shale gas in southern Sichuan［J］. Reservoir Evaluation and Development， 2021， 11（1）： 102⁃108.
55	杨乾龙，黄禹忠，刘平礼，等. 碳酸盐岩超深水平井纤维分流暂堵复合酸压技术及其应用［J］. 油气地质与采收率， 2015， 22（2）： 117⁃121.
	YANG Q L， HUANG Y Z， LIU P L， et al. Research and application of composite acid fracturing technology with fiber diversion temporary plugging in ultra⁃deep carbonate horizontal wells［J］. Petroleum Geology and Recovery Efficiency， 2015， 22（2）： 117⁃121.

[1]	WU Xiongjie, ZHU Dongbo, SUN Jiangbo, GAO Longmei, CHU Yu, CHENG Jinsong, XIE Aidi. Study on application performance of polyethylene/CaSO₄ nanoparticle composite flexible packaging [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 10-15.
[2]	LIU Qiang, LU Yahong, WU Hui, MA Yuhao, ZHANG Yupeng, SUN Wenxiao, ZHANG Hong. Microbial degradation of polyethylene plastics [J]. China Plastics, 2022, 36(3): 120-126.
[3]	JIN Qingping, YI Jianming, GAO Yonghong, CAO Nannan, DENG Siyuan. Effect on mechanical properties of glass⁃fiber⁃reinforcement polymer bars exposure to alkaline solution under natural ambient temperature [J]. China Plastics, 2022, 36(2): 89-95.
[4]	GUAN Tonghui, FU Ye, WENG Yunxuan. Degradation behaviors of PBAT biodegradable mulch in soil [J]. China Plastics, 2022, 36(1): 67-72.
[5]	GU Xiaohua, LYU Shiwei, LIU Siwen, WANG Jiajia, KANG Yuanyuan. Degradation Recovery and Reuse of Waste Polyurethane Rigid Foams [J]. China Plastics, 2021, 35(8): 105-111.
[6]	CHEN Xinqi, BAI Yun, LIU Shanshan, GAO Xia, LIU Weili, ZHANG Mei, WU Yuwei, HUANG Yan, ZHAO Hongliang. Determination of Polylactic Acid and Other Components in Biodegradable Plastics Using Quantitative ¹H⁃NMR Method [J]. China Plastics, 2021, 35(8): 181-188.
[7]	Chenxi BI, Aimin LI. Study on Hydrothermal Depolymerization of Polylactic Acid Based on Circulation of Aqueous Lactic Acid Solution [J]. China Plastics, 2020, 34(8): 1-8.
[8]	Xiaoqian DIAO, Yunxuan WENG, Xinyu SONG, Yingxin ZHOU, Ye FU, Zhigang HUANG. Current Development Situation of Biodegradable Plastic Industry In China and Abroad [J]. China Plastics, 2020, 34(5): 123-135.
[9]	. Comparative Investigation on Properties of Synergistic Flame-retardant TPU with IFR/SiO2 and IFR/MgSiO3 [J]. China Plastics, 2019, 33(7): 38-43.
[10]	. Synthesis and Properties of Thermoplastic Biodegradable PBSeT Copolyesters [J]. China Plastics, 2019, 33(4): 72-80.
[11]	. Study on Thermal Degradation and Flame Retardant Mechanisms of Aluminum Diethylphosphinate [J]. China Plastics, 2019, 33(2): 82-85，130.
[12]	. Progress in biodegradation of poly(butylene succinate) and its copolyesters [J]. China Plastics, 2018, 32(12): 10-15,33.
[13]	. Degradation Properties of Poly(propylene carbonate)/Poly(lactic acid) Blends Under Natural Light Irradiation [J]. China Plastics, 2018, 32(11): 116-124.
[14]	. Preparation and Performance of CSH-reinforced PPC Composites for Bone Repair [J]. China Plastics, 2018, 32(10): 58-64.
[15]	. Degradation Properties of Poly（Propylene Carbonate）/ Poly（Lactic Acid）Blends in Marine Environment [J]. China Plastics, 2018, 32(08): 122-130.