压裂液性能及分类

压裂液性能及分类压裂液提供了水力压裂施工作业的手段，但在影响压裂成败的诸因素中，压裂液及其性能极为重要。对大型压裂来说，这个因素就更为突出。使用压裂液的目的有两方面：一是提供足够的粘度，使用水力尖劈作用形成裂缝使之延伸，并在裂缝沿程输送及铺设压裂支撑剂；再者压裂完成后，压裂液迅速化学分解破胶到低粘度，保证大部分压裂液返排到地面以净化裂缝。压裂液是一个总称，由于在压裂过程中，注入井内的压裂液在不同的阶段有各自的作用，所以可以分为：(1)前置液：其作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝，同时还起到一定的降温作用。为提高其工作效率，特别是对高渗透层，前置液中需加入降滤失剂，加细砂或粉陶(粒径100~320目，砂比10%左右)或5%柴油，堵塞地层中的微小缝隙，减少液体的滤失。(2)携砂液：它起到将支撑剂(一般是陶粒或石英砂)带入裂缝中并将砂子放在预定位置上的作用。在压裂液的总量中，这部分占的比例很大。携砂液和其它压裂液一样，都有造缝及冷却地层的作用。(3)顶替液：其作用是将井筒中的携砂液全部替入到裂缝中。根据不同的设计工艺要求及压裂的不同阶段，压裂液在一次施工中可使用一种液体，其中含有不同的添加剂。对于占总液量绝大多数的前置液及携砂液，都应具备一定的造缝力并使压裂后的裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。这样它们必须具备如下性能：①滤失小。这是造长缝、宽缝的重要性能。压裂液的滤失性，主要取决于它的粘度，地层流体性质与压裂液的造壁性，粘度高则滤失小。在压裂液中添加降滤失剂能改善造壁性大大，减少滤失量。在压裂施工时，要求前置液、携砂液的综合滤失系数≤1×10-3m/min1/2。②悬砂能力强。压裂液的悬砂能力主要取决于其粘度。压裂液只要有较高的粘度，砂子即可悬浮于其中，这对砂子在缝中的分布是非常有利的。但粘度不能太高，如果压裂液的粘度过高，则裂缝的高度大，不利于产生宽而长的裂缝。一般认为压裂液的粘度为50~150mPa·s较合适。由表3-1可见液体粘度大小直接影响砂子的沉降速度。表3-1粘度对悬砂的影响粘度，mPa·s1.016.554.087.0150砂沉降速度,m/min4.000.560.270.080.04③摩阻低。压裂液在管道中的摩阻越大，则用来造缝的有效水马力就越小。摩阻过高，将会大大提高井口压力，降低施工排量，甚至造成施工失败。④稳定性好。压裂液稳定性包括热稳定性和剪切稳定性。即压裂液在温度升高、机械剪切下粘度不发生大幅度降低，这对施工成败起关键性作用。⑤配伍性好，压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体相接触，不应产生不利于油气渗滤的物理、化学反应，即不引起地层水敏及产生颗粒沉淀。这些要求是非常重要的，往往有些井压裂后无效果就是由于配伍性不好造成的。⑥低残渣。要尽量降低压裂液中的水不溶物含量和返排前的破胶能力，减少其对岩石孔隙及填砂裂缝的堵塞，增大油气导流能力。⑦易返排。裂缝一旦闭合，压裂液返排越快、越彻底，对油气层损害越小。⑧货源广，便于配制，价格便宜。目前国内外使用的压裂液有很多种，主要有油基压裂液、水基压裂液、酸基压裂液，乳化压裂液和泡沫压裂液。其中水基压裂液和油基压裂液应用比较广泛。常用各种类型压裂液或压裂液体系见表3-2。表3-2各类压裂液及其应用条件压裂液基液压裂液类型主要成分应用对象水基线型HPG、TQ、CMC、HEC、CMHPG、CMHEC、PAM短裂缝、低温交联型交联剂+HPG,HEC或CMHEC长裂缝、高温油基线型油、胶化油水敏性地层交联型交联剂+油水敏性地层、长裂缝O/w乳状液乳化剂+油+水适用于控制滤失泡沫基酸基泡沫酸+起泡剂+N2低压、水敏性地层水基泡沫水+起泡剂+N2或CO2低压地层醇基泡沫甲醇+起泡剂+N2低压存在水锁的地层醇基线性体系胶化水+醇消除水锁交联体系交联体系+醇注：HPG:羟丙基瓜胶；HEC:羟乙基纤维素；TQ:田菁胶；CMHEC:羧甲基羟乙基纤维素CMHPG:羧甲基羟丙基瓜胶。在设计压裂液体系时主要考虑问题包括：(1)地层温度、液体温度剖面以及在裂缝内停留时间；(2)建议作业液量及排量；(3)地层类型(砂岩或灰岩)；(4)可能的滤失控制需要；(5)地层对液体敏感性；(6)压力；(7)深度；(8)泵注支撑剂类型；(9)液体破胶需要。20世纪50年代末，第一次使用交联瓜胶液进行施工，那时约10%的压裂施工使用胶化油处理的。在20世纪70年代，考虑伤害引用了低残渣的羟丙基瓜胶(HPG)。现在，70%的压裂施工用瓜胶或羟丙基瓜胶。用胶化油施工约占5%，约25%的施工含有增能气体。