壓裂液技術(shù)分析

壓裂是油氣井增產(chǎn)的主要措施之一。壓裂就是用高壓泵將壓裂液注入地層，使地層的裂縫擴(kuò)大和造成新的裂縫并填入支撐劑，從而提高地層的滲透率。壓裂液的作用就是傳遞壓力、形成地層裂縫、攜帶支撐劑進(jìn)入裂縫。在壓裂工藝設(shè)備解決后，壓裂的效果主要取決于壓裂液。現(xiàn)代壓裂液按配制材料化學(xué)性質(zhì)和壓裂液體系最終性狀的不同而分類命名，包括水基壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液、泡沫壓裂液、醇基壓裂液、表面活性劑膠束壓裂液等。目前，國(guó)內(nèi)外有各種壓裂液體系以適應(yīng)不同油氣藏和不同施工工藝的要求。前言第1頁(yè)/共50頁(yè)第一頁(yè)，共51頁(yè)。1948年水力壓裂開(kāi)始用于油井增產(chǎn)，使用油基壓裂液（原油、凝固汽油、皂化凝膠油體系）；50年代末期，發(fā)現(xiàn)了瓜爾膠可作為水基壓裂液的稠化劑，產(chǎn)生了現(xiàn)代壓裂液化學(xué)；60年代開(kāi)展了瓜爾膠改性研究及其交聯(lián)水基壓裂液體系（B、Al）；70年代提高水基壓裂液體系（無(wú)機(jī)鈦和鋯）、泡沫液；80年代有機(jī)鈦、鋯交聯(lián)水基壓裂液體系及其泡沫壓裂液體系（N2和CO2）。90年代有機(jī)硼延遲交聯(lián)水基壓裂液新體系，膠囊破膠劑技術(shù)。2000年以后低稠化劑濃度水基壓裂液和清潔壓裂液技術(shù)。國(guó)內(nèi)外壓裂液體系發(fā)展回顧壓裂液發(fā)展歷程：前言第2頁(yè)/共50頁(yè)第二頁(yè)，共51頁(yè)。前言一、壓裂液綜述二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向三、壓裂液添加劑四、壓裂液選擇目錄第3頁(yè)/共50頁(yè)第三頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液(fracturingFluid)定義

-壓裂施工中用到的工作液。

-壓裂液是由多種添加劑按一定配比形成的非均質(zhì)不穩(wěn)定化學(xué)體系。

-按泵注順序和所起的作用不同，壓裂液分為預(yù)前置液、前置液、攜砂液和頂替液。一、壓裂液綜述第4頁(yè)/共50頁(yè)第四頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液的基本功能之一是將支撐劑由井筒經(jīng)孔眼攜帶到裂縫前沿指定位置，因此壓裂液的懸浮和攜帶(壓裂砂的)能力是其基本要求，這就要求它必須具有必要的”有效粘度”。一、壓裂液綜述第5頁(yè)/共50頁(yè)第五頁(yè)，共51頁(yè)。粘度

-控制縫寬（近井地帶）

-影響支撐劑傳輸液體濾失

-控制總的液體濾失

-影響裂縫的幾何尺寸密度

-控制靜水壓梯度

-影響支撐劑傳輸破膠性能

-影響改造效果

-影響裂縫尺寸

-影響支撐劑傳輸

一、壓裂液綜述摩阻

-控制施工壓力

-影響注入排量pH值

-控制交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間

-影響液體性能配伍性

-影響改造效果

第6頁(yè)/共50頁(yè)第六頁(yè)，共51頁(yè)。一、壓裂液綜述第7頁(yè)/共50頁(yè)第七頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液的粘溫曲線一、壓裂液綜述第8頁(yè)/共50頁(yè)第八頁(yè)，共51頁(yè)。影響壓裂液流變反應(yīng)過(guò)程因素包括：溫度剪切速率剪切歷史稠化劑濃度交聯(lián)劑濃度破膠劑濃度一、壓裂液綜述第9頁(yè)/共50頁(yè)第九頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液效率低效壓裂液短縫高濾失長(zhǎng)縫高效壓裂液低濾失一、壓裂液綜述第10頁(yè)/共50頁(yè)第十頁(yè)，共51頁(yè)。一、壓裂液綜述第11頁(yè)/共50頁(yè)第十一頁(yè)，共51頁(yè)。一、壓裂液綜述第12頁(yè)/共50頁(yè)第十二頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液傷害

基質(zhì)滲透率傷害

濾液

殘?jiān)?/p>

膠體

支撐帶傷害

殘?jiān)?/p>

膠體一、壓裂液綜述第13頁(yè)/共50頁(yè)第十三頁(yè)，共51頁(yè)。殘膠的傷害一、壓裂液綜述第14頁(yè)/共50頁(yè)第十四頁(yè)，共51頁(yè)。一、壓裂液綜述第15頁(yè)/共50頁(yè)第十五頁(yè)，共51頁(yè)。不同壓裂液對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力保持率對(duì)比一、壓裂液綜述第16頁(yè)/共50頁(yè)第十六頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液應(yīng)用必備的條件

-與地層巖芯和流體配伍性良好；

-能造出一定寬度、有足夠?qū)Я髂芰Φ牧芽p；

-造縫并沿漲開(kāi)的裂縫輸送支撐劑；

-耐溫、耐剪切；

-施工完成后能夠破膠，迅速返排；

-易于控制、安全；

-經(jīng)濟(jì)可行。一、壓裂液綜述第17頁(yè)/共50頁(yè)第十七頁(yè)，共51頁(yè)。前言一、壓裂液綜述二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向三、壓裂液添加劑四、壓裂液選擇目錄第18頁(yè)/共50頁(yè)第十八頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液按化學(xué)性狀分類

-水基--交聯(lián)凍膠、線性膠

-油基--稠化柴油（原油）、油凍膠

-乳化--水包油、油包水（水基-線性、交聯(lián)）

-泡沫--氮?dú)狻⒍趸肌㈦p元

-醇基--甲醇

-表活劑—清潔壓裂液其它：氣體、酸性、低分子、自生熱壓裂液等二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第19頁(yè)/共50頁(yè)第十九頁(yè)，共51頁(yè)。

(1)水基壓裂液體系水基壓裂液：交聯(lián)凍膠壓裂液和線性膠壓裂液。交聯(lián)凍膠壓裂液：是目前壓裂液應(yīng)用的主要類型，發(fā)展的方向是低成本、低傷害。交聯(lián)凍膠在上世紀(jì)60年代末開(kāi)始使用，被認(rèn)為是壓裂液技術(shù)上的重大進(jìn)步。交聯(lián)凍膠在使用上表現(xiàn)出很強(qiáng)的粘彈性和塑性，在水力造縫與攜砂能力等方面優(yōu)于線性膠壓裂液。二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第20頁(yè)/共50頁(yè)第二十頁(yè)，共51頁(yè)。(2)油基壓裂液是以油作為溶劑或分散介質(zhì)，與各種添加劑配制成的壓裂液。磷酸酯溶解于烴類（柴油或輕質(zhì)原油），添加少量鋁酸鹽后，通過(guò)Al3+的交聯(lián)作用，形成油基凍膠體系。適用于低壓、偏油潤(rùn)濕、強(qiáng)水敏地層。缺點(diǎn)：1、容易引起火災(zāi)。2、易使作業(yè)人員、設(shè)備及場(chǎng)地受到油污。3、基油成本高。二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第21頁(yè)/共50頁(yè)第二十一頁(yè)，共51頁(yè)。乳化壓裂液是在水相和油相中加入具有乳化作用的表面活性劑配制而成；根據(jù)分散介質(zhì)的不同，分為水包油狀壓裂液和油包水狀壓裂液。特點(diǎn)：對(duì)地層傷害小，成本比油基壓裂液低，耐溫性差適應(yīng)于淺井、低溫、低砂比的水敏性地層壓裂。（3）乳化壓裂液二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第22頁(yè)/共50頁(yè)第二十二頁(yè)，共51頁(yè)。泡沫壓裂液是氮?dú)?、二氧化碳或空氣分散于壓裂液中的分散體系特點(diǎn)：具有高懸浮能力的低密度體系；摩阻??；濾失量??；含水量相對(duì)少，壓裂后易排出，對(duì)油層污染??；泡沫的穩(wěn)定性差。適應(yīng)范圍:適應(yīng)于低壓、低滲、水敏性地層。（4）泡沫壓裂液二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第23頁(yè)/共50頁(yè)第二十三頁(yè)，共51頁(yè)。泡沫質(zhì)量影響粘度粘度,cp泡沫質(zhì)量,%020406080100二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第24頁(yè)/共50頁(yè)第二十四頁(yè)，共51頁(yè)。（5）清潔壓裂液-粘彈性表面活性劑粘彈性表面活性劑(ViscoelasticSurfactant,簡(jiǎn)稱VES)壓裂液是長(zhǎng)鏈脂肪酸的季銨鹽類陽(yáng)離子表面活性劑溶解在鹽水中形成的膠束溶液。網(wǎng)狀膠束結(jié)構(gòu)使表面活性劑膠束溶液具有了凝膠的性質(zhì),溶液粘度大幅度增加并具有了一定的彈性，粘彈性表面活性劑壓裂液由此得名。國(guó)外的商品名是ClearFRAC(Schlumberger)，國(guó)內(nèi)將其譯為清潔壓裂液。二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第25頁(yè)/共50頁(yè)第二十五頁(yè)，共51頁(yè)。

McBain小膠團(tuán)（C?CMC）

Hartley的球形膠束（C?CMC）

Debye的臘腸式棒狀膠束（C?10CMC）

棒狀膠團(tuán)六角束

（C繼續(xù)增大）▲加入表面活性劑，在水中形成棒狀膠束結(jié)構(gòu)▲利用烴類有機(jī)物增溶到膠束中并使其分裂而破膠。（5）清潔壓裂液-粘彈性表面活性劑二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第26頁(yè)/共50頁(yè)第二十六頁(yè)，共51頁(yè)。二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第27頁(yè)/共50頁(yè)第二十七頁(yè)，共51頁(yè)。清潔壓裂液特點(diǎn)：無(wú)殘?jiān)?、傷害小粘度低，攜砂能力強(qiáng)，可以減少不必要的縫高發(fā)育，使裂縫在有效的砂體內(nèi)延伸，特別適用于淺薄油層的壓裂改造。遇油自動(dòng)破膠，遇水稀釋破膠，可以解決低溫井破膠難的問(wèn)題。二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第28頁(yè)/共50頁(yè)第二十八頁(yè)，共51頁(yè)。5、降阻水壓裂液清水壓裂優(yōu)點(diǎn):（1）易形成有一定導(dǎo)流能力的長(zhǎng)裂縫（2）消除凍膠損害，不含殘?jiān)?，有利于返排；?）延伸已有的天然裂縫或形成相互連通的天然裂縫；（4）成本較低。清水壓裂缺點(diǎn):（1）工作液效率低、用量大（2）工作液粘度低、形成的裂縫寬度較窄（3）攜砂能力差；（4）要求較高的泵注排量，以補(bǔ)償工作液的高濾失；主要有降阻劑等添加劑配置而成.二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第29頁(yè)/共50頁(yè)第二十九頁(yè)，共51頁(yè)。美國(guó)不同壓裂液類型發(fā)展趨勢(shì)對(duì)比195019601970198019902000發(fā)展方向：低殘?jiān)⒌蛡?、低成本、配置?jiǎn)單、可操作性強(qiáng)二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向第30頁(yè)/共50頁(yè)第三十頁(yè)，共51頁(yè)。前言一、壓裂液綜述二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向三、壓裂液添加劑四、壓裂液選擇目錄第31頁(yè)/共50頁(yè)第三十一頁(yè)，共51頁(yè)。稠化劑殺菌劑破膠劑pH值調(diào)節(jié)劑表面活性劑粘土穩(wěn)定劑發(fā)泡劑溫度穩(wěn)定劑轉(zhuǎn)向劑降濾劑交聯(lián)劑1.構(gòu)成水基交聯(lián)凍膠壓裂液體系主要包括三、壓裂液添加劑第32頁(yè)/共50頁(yè)第三十二頁(yè)，共51頁(yè)。2.壓裂液添加劑應(yīng)用的基本要求－每種液體需要最少的添加劑；－檢查所有添加劑的配伍性；－添加劑對(duì)溫度和pH的敏感性，按設(shè)計(jì)的配比加入。三、壓裂液添加劑第33頁(yè)/共50頁(yè)第三十三頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液添加劑-稠化劑

水溶性聚合物作為稠化劑(增稠劑)是水基壓裂液的基本添加劑。

植物膠（如胍爾膠、香豆膠、田菁膠、皂仁膠、槐豆膠、魔芋膠和海藻膠）及其衍生物

纖維素的衍生物(如羧甲基纖維素、羥乙基纖維素等)；

合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）,以及生物聚合物（黃胞膠）。三、壓裂液添加劑第34頁(yè)/共50頁(yè)第三十四頁(yè)，共51頁(yè)。羥丙級(jí)瓜兒膠合成聚合物纖維素的衍生物三、壓裂液添加劑第35頁(yè)/共50頁(yè)第三十五頁(yè)，共51頁(yè)。胍膠是一種由甘露糖和半乳糖組成的長(zhǎng)鏈高分子聚合物，原料是生長(zhǎng)在巴基斯坦和印度的胍膠豆胚乳。胍膠粉有15%-18%的不溶殘余物。利用丙烯氧化物可將胍膠改性為羥丙基胍膠（HPG），可去除聚合物中大量的植物成分，水不溶殘余物最小時(shí)僅含2%-4%。三、壓裂液添加劑第36頁(yè)/共50頁(yè)第三十六頁(yè)，共51頁(yè)。稠化劑含水量

（%）水不溶物含量(%)1%溶液粘度30℃、170S-1、mPa.s香豆膠4.5-9.06.0-13.0160-210田菁膠8.0-14.020.0-35.0120-160胍爾膠（巴基斯坦）9.520.0309羥丙基田菁膠6.0-11.07.5-16.0100-160羥丙基胍爾膠（國(guó)內(nèi)）7.0-12.08.0-15.0170-280羥丙基胍爾膠（美國(guó)）8.24.4297

按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5764-1995和SY/T5766-1995檢測(cè)七項(xiàng),重要的、直接影響壓裂液性能的指標(biāo)是水不溶物和粘度。常用稠化劑性能三、壓裂液添加劑第37頁(yè)/共50頁(yè)第三十七頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液添加劑-交聯(lián)劑交聯(lián)劑是能通過(guò)交聯(lián)離子（基團(tuán)）將溶解于水中的高分子鏈上的活性基團(tuán)以化學(xué)鏈連接起來(lái)形成三維網(wǎng)狀凍膠的化學(xué)劑。常用交聯(lián)劑一般分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類，無(wú)機(jī)類有十水合四硼酸鈉（俗成硼砂），一般為非延遲交聯(lián)；有機(jī)類包括有機(jī)硼絡(luò)合物（JL系列），多為可延遲交聯(lián)。交聯(lián)時(shí)間為線性膠溶液加入交聯(lián)劑至呈現(xiàn)剛性結(jié)構(gòu)所需要的時(shí)間。三、壓裂液添加劑第38頁(yè)/共50頁(yè)第三十八頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液添加劑-交聯(lián)劑延遲交聯(lián)有利于交聯(lián)劑的分散，產(chǎn)生更高的粘度并改善壓裂液的溫度穩(wěn)定性。同時(shí)，延遲交聯(lián)使管路中流動(dòng)的大部分是線性膠，而能形成低的泵送摩阻。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6216-1996規(guī)定交聯(lián)劑檢測(cè)8項(xiàng)指標(biāo)，關(guān)鍵是交聯(lián)時(shí)間、耐溫能力和破膠能力。有機(jī)硼交聯(lián)壓裂液具有可控制的延遲交聯(lián)作用、耐高溫和自動(dòng)破膠三大特性。三、壓裂液添加劑第39頁(yè)/共50頁(yè)第三十九頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液添加劑-破膠劑使壓裂液交聯(lián)凍膠發(fā)生化學(xué)降解，由大分子變成小分子，有利于壓后返排，減少儲(chǔ)層傷害。水基交聯(lián)凍膠壓裂掖常用的破膠劑有酶、氧化劑（常用過(guò)硫酸鹽）和酸。生物酶和催化氧化劑適應(yīng)于21-54℃；一般氧化劑適應(yīng)于54-93℃。低溫破膠活化劑，針對(duì)過(guò)硫酸銨分解溫度較高而開(kāi)發(fā)的還原性化學(xué)品，有效降低了破膠劑活化溫度。三、壓裂液添加劑第40頁(yè)/共50頁(yè)第四十頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液添加劑-pH值調(diào)節(jié)劑pH調(diào)節(jié)劑可控制稠化劑水合增粘速度、交聯(lián)劑所需的pH值范圍和交聯(lián)時(shí)間；當(dāng)pH值較低時(shí)，大多數(shù)液體迅速破膠；當(dāng)pH值較高時(shí)，壓裂液的溫度穩(wěn)定性好，破膠時(shí)間較長(zhǎng)；壓裂液的pH值應(yīng)控制在合理的范圍。三、壓裂液添加劑第41頁(yè)/共50頁(yè)第四十一頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液添加劑-表面活性劑破乳劑:與原油之間配伍性好，有效破除油液乳化。助排劑:降低表、界面張力，增大接觸角，減小毛管力，有利于壓裂液返排?；ト軇?可與烴和水互溶的化合物，降低水溶液的表面張力，促進(jìn)殘液的返排。三、壓裂液添加劑第42頁(yè)/共50頁(yè)第四十二頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液添加劑-粘土穩(wěn)定劑防止粘土膨脹、分散和運(yùn)移無(wú)機(jī)鹽KCl，提高壓裂液礦化度，有效壓縮使粘土膨脹的雙電層，并且鉀離子大小恰能進(jìn)入粘土的硅氧四面體的六角空間，防止粘土膨脹、分散和運(yùn)移。陽(yáng)離子聚合物，帶正電的表面活性劑被帶負(fù)電的粘土吸附，造成電荷中和并降低粘土的離子交換能力，使粘土不再因吸附水合陽(yáng)離子而發(fā)生膨脹。三、壓裂液添加劑第43頁(yè)/共50頁(yè)第四十三頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液添加劑-殺菌劑所有的水含有細(xì)菌；水基液必須加有殺菌劑；殺菌劑能控制厭氧菌或喜氧菌繁殖；細(xì)菌侵襲有機(jī)聚合物，損壞其鏈和降低粘度。

加入殺菌劑主要是為了防止因聚合物降解導(dǎo)致粘度下降，影響交聯(lián)、攜砂。三、壓裂液添加劑第44頁(yè)/共50頁(yè)第四十四頁(yè)，共51頁(yè)。前言一、壓裂液綜述二、壓裂液常用體系及發(fā)展方向三、壓裂液添加劑四、壓裂液選擇目錄第45頁(yè)/共50頁(yè)第四十五頁(yè)，共51頁(yè)。壓裂液的選擇要同時(shí)滿足儲(chǔ)層特點(diǎn)、壓裂工藝和返排工藝三個(gè)方面要求儲(chǔ)層特點(diǎn)1）埋藏2）溫度3）孔滲特性4