压裂液技术分析

压裂液技术2008-5-27January30,2020压裂是油气井增产的主要措施之一。压裂就是用高压泵将压裂液注入地层，使地层的裂缝扩大和造成新的裂缝并填入支撑剂，从而提高地层的渗透率。压裂液的作用就是传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝。在压裂工艺设备解决后，压裂的效果主要取决于压裂液。现代压裂液按配制材料化学性质和压裂液体系最终性状的不同而分类命名，包括水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂胶束压裂液等。目前，国内外有各种压裂液体系以适应不同油气藏和不同施工工艺的要求。前言加沙压裂工艺.flv2008-5-27January30,20201948年水力压裂开始用于油井增产，使用油基压裂液（原油、凝固汽油、皂化凝胶油体系）；50年代末期，发现了瓜尔胶可作为水基压裂液的稠化剂，产生了现代压裂液化学；60年代开展了瓜尔胶改性研究及其交联水基压裂液体系（B、Al）；70年代提高水基压裂液体系（无机钛和锆）、泡沫液；80年代有机钛、锆交联水基压裂液体系及其泡沫压裂液体系（N2和CO2）。90年代有机硼延迟交联水基压裂液新体系，胶囊破胶剂技术。2000年以后低稠化剂浓度水基压裂液和清洁压裂液技术。国内外压裂液体系发展回顾压裂液发展历程：前言2008-5-27January30,2020前言一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂四、压裂液选择目录2008-5-27January30,2020压裂液(fracturingFluid)定义-压裂施工中用到的工作液。-压裂液是由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定化学体系。-按泵注顺序和所起的作用不同，压裂液分为预前置液、前置液、携砂液和顶替液。一、压裂液综述2008-5-27January30,2020压裂液的基本功能之一是将支撑剂由井筒经孔眼携带到裂缝前沿指定位置，因此压裂液的悬浮和携带(压裂砂的)能力是其基本要求，这就要求它必须具有必要的”有效粘度”。一、压裂液综述2008-5-27January30,2020粘度-控制缝宽（近井地带）-影响支撑剂传输液体滤失-控制总的液体滤失-影响裂缝的几何尺寸密度-控制静水压梯度-影响支撑剂传输破胶性能-影响改造效果-影响裂缝尺寸-影响支撑剂传输一、压裂液综述摩阻-控制施工压力-影响注入排量pH值-控制交联反应时间-影响液体性能配伍性-影响改造效果2008-5-27January30,2020一、压裂液综述2008-5-27January30,2020压裂液的粘温曲线01002003004005006007008009000102030405060708090时间（min）表观粘度（mPa.s）0102030405060708090温度（℃）表观粘度温度一、压裂液综述2008-5-27January30,2020影响压裂液流变反应过程因素包括：温度剪切速率剪切历史稠化剂浓度交联剂浓度破胶剂浓度一、压裂液综述2008-5-27January30,2020压裂液效率低效压裂液短缝高滤失长缝高效压裂液低滤失一、压裂液综述2008-5-27January30,2020一、压裂液综述2008-5-27January30,2020一、压裂液综述2008-5-27January30,2020压裂液伤害基质渗透率伤害滤液残渣胶体支撑带伤害残渣胶体一、压裂液综述2008-5-27January30,2020残胶的伤害一、压裂液综述2008-5-27January30,2020一、压裂液综述2008-5-27January30,2020不同压裂液对支撑裂缝导流能力保持率对比压裂液类型导流能力保持率（%）生物聚合物95清洁压裂液92～94泡沫压裂液80～90聚合物乳化液65～85油基压裂液（凝胶）45～70线性胶（不交联）45～55交联水基冻胶10～50一、压裂液综述2008-5-27January30,2020压裂液应用必备的条件-与地层岩芯和流体配伍性良好；-能造出一定宽度、有足够导流能力的裂缝；-造缝并沿涨开的裂缝输送支撑剂；-耐温、耐剪切；-施工完成后能够破胶，迅速返排；-易于控制、安全；-经济可行。一、压裂液综述2008-5-27January30,2020前言一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂四、压裂液选择目录2008-5-27January30,2020压裂液按化学性状分类-水基--交联冻胶、线性胶-油基--稠化柴油（原油）、油冻胶-乳化--水包油、油包水（水基-线性、交联）-泡沫--氮气、二氧化碳、双元-醇基--甲醇-表活剂—清洁压裂液其它：气体、酸性、低分子、自生热压裂液等二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020(1)水基压裂液体系水基压裂液：交联冻胶压裂液和线性胶压裂液。交联冻胶压裂液：是目前压裂液应用的主要类型，发展的方向是低成本、低伤害。交联冻胶在上世纪60年代末开始使用，被认为是压裂液技术上的重大进步。交联冻胶在使用上表现出很强的粘弹性和塑性，在水力造缝与携砂能力等方面优于线性胶压裂液。二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020(2)油基压裂液是以油作为溶剂或分散介质，与各种添加剂配制成的压裂液。―磷酸酯溶解于烃类（柴油或轻质原油），添加少量铝酸盐后，通过Al3+的交联作用，形成油基冻胶体系。―适用于低压、偏油润湿、强水敏地层。缺点：1、容易引起火灾。2、易使作业人员、设备及场地受到油污。3、基油成本高。二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020乳化压裂液是在水相和油相中加入具有乳化作用的表面活性剂配制而成；根据分散介质的不同，分为水包油状压裂液和油包水状压裂液。特点：对地层伤害小，成本比油基压裂液低，耐温性差适应于浅井、低温、低砂比的水敏性地层压裂。（3）乳化压裂液二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020泡沫压裂液是氮气、二氧化碳或空气分散于压裂液中的分散体系特点：具有高悬浮能力的低密度体系；摩阻小；滤失量小；含水量相对少，压裂后易排出，对油层污染小；泡沫的稳定性差。适应范围:适应于低压、低渗、水敏性地层。（4）泡沫压裂液二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020泡沫质量影响粘度粘度,cp泡沫质量,%020406080100二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020（5）清洁压裂液-粘弹性表面活性剂粘弹性表面活性剂(ViscoelasticSurfactant,简称VES)压裂液是长链脂肪酸的季铵盐类阳离子表面活性剂溶解在盐水中形成的胶束溶液。网状胶束结构使表面活性剂胶束溶液具有了凝胶的性质,溶液粘度大幅度增加并具有了一定的弹性，粘弹性表面活性剂压裂液由此得名。国外的商品名是ClearFRAC(Schlumberger)，国内将其译为清洁压裂液。二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020McBain小胶团（C≺CMC）Hartley的球形胶束（C≻CMC）Debye的腊肠式棒状胶束（C≻10CMC）棒状胶团六角束（C继续增大）▲加入表面活性剂，在水中形成棒状胶束结构▲利用烃类有机物增溶到胶束中并使其分裂而破胶。（5）清洁压裂液-粘弹性表面活性剂二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020050100150200250300350400450500550600650700750020406080020406080100120140粘度（mpa.s）无泡时测T[癈]二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020清洁压裂液特点：无残渣、伤害小粘度低，携砂能力强，可以减少不必要的缝高发育，使裂缝在有效的砂体内延伸，特别适用于浅薄油层的压裂改造。遇油自动破胶，遇水稀释破胶，可以解决低温井破胶难的问题。73.845538.90102030405060裂缝和岩心损害率（％）4%VES清洁压裂液交联瓜尔胶压裂液清洁压裂液与瓜尔胶压裂液损害率对比支撑裂缝损害率基质岩心损害率二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,20205、降阻水压裂液清水压裂优点:（1）易形成有一定导流能力的长裂缝（2）消除冻胶损害，不含残渣，有利于返排；（3）延伸已有的天然裂缝或形成相互连通的天然裂缝；（4）成本较低。清水压裂缺点:（1）工作液效率低、用量大（2）工作液粘度低、形成的裂缝宽度较窄（3）携砂能力差；（4）要求较高的泵注排量，以补偿工作液的高滤失；主要有降阻剂等添加剂配置而成.二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020美国不同压裂液类型发展趋势对比01020304050607080901005060708090100年代所占比例（%）油基压裂液水基压裂液泡沫压裂液清洁压裂液195019601970198019902000发展方向：低残渣、低伤害、低成本、配置简单、可操作性强二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-27January30,2020前言一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂四、压裂液选择目录2008-5-27January30,2020稠化剂杀菌剂破胶剂pH值调节剂表面活性剂粘土稳定剂发泡剂温度稳定剂转向剂降滤剂交联剂1.构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括三、压裂液添加剂2008-5-27January30,20202.压裂液添加剂应用的基本要求－每种液体需要最少的添加剂；－检查所有添加剂的配伍性；－添加剂对温度和pH的敏感性，按设计的配比加入。三、压裂液添加剂2008-5-27January30,2020压裂液添加剂-稠化剂水溶性聚合物作为稠化剂(增稠剂)是水基压裂液的基本添加剂。植物胶（如胍尔胶、香豆胶、田菁胶、皂仁胶、槐豆胶、魔芋胶和海藻胶）及其衍生物纤维素的衍生物(如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等)；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（黄胞胶）。三、压裂液添加剂2008-5-27January30,2020羟丙级瓜儿胶合成聚合物纤维素的衍生物三、压裂液添加剂2008-5-27January30,2020胍胶是一种由甘露糖和半乳糖组成的长链高分子聚合物，原料是生长在巴基斯坦和印度的胍胶豆胚乳。胍胶粉有15%-18%的不溶残余物。利用丙烯氧化物可将胍胶改性为羟丙基胍胶（HPG），可去除聚合物中大量的植物成分，水不溶残余物最小时仅含2%-4%。三、压裂液添加剂2008-5-27January30,2020稠化剂含水量（%）水不溶物含量(%)1%溶液粘度30℃、170S-1、mPa.s香豆胶4.5-9.06.0-13.0160-210田菁胶8.0-14.020.0-35.0120-160胍尔胶（巴基斯坦）9.520.0309羟丙基田菁胶6.0-11.07.5-16.0100-160羟丙基胍尔胶（国内）7.0-12.08.0-15.0170-280羟丙基胍尔胶（美国）8.24.4297按行业标准SY/T5764-1995和SY/T5766-1995检测七项,重要的、直接影响压裂液性能的指标是水不溶物和粘度。常用稠化剂性能三、压裂液添加剂2008-5-27January30,2020压裂液添加剂-交联剂交联剂是能通过交联离子（基团）将溶解于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶的化学剂。常用交联剂一般分为无机和有机两类，无机类有十水合四硼酸钠（俗成硼砂），一般为非延迟交联；有机类包括有机硼络合物（JL系列），多为可延迟交联。交联时间为线性胶溶液加入交联剂至呈现刚性结构所需要的时间。三、压裂液添加剂2008-5-27January30,202