压裂液技术分析课件.ppt

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1、压裂液技术压裂液技术2008-5-2716 February 2023v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。v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。前前 言言2008-5-2716 February 2023v1

2、948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）；v50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；v60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）；v70年代提高水基压裂液体系（无机钛和锆）、泡沫液；v80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）。v90年代有机硼延迟交联水基压裂液新体系，胶囊破胶剂技术。v2000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国内外压裂液体系发展回顾压裂液发展历程：压裂液发展历程：前前 言言2008-5-2716 February 2

3、023前言前言一、压裂液综述一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂四、压裂液选择四、压裂液选择目目 录录2008-5-2716 February 2023压裂液(fracturing Fluid)(fracturing Fluid)定义定义 -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、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023v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

4、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、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023v粘度粘度 -控制缝宽（近井地带）-影响支撑剂传输v液体滤失液体滤失 -控制总的液体滤失 -影响裂缝的几何尺寸v密度密度 -控制静水压梯度 -影响支撑剂传输v破胶性能破胶性能 -影响改造效果 -影响裂缝尺寸 -影响支撑剂传输 一、压裂液综述一、压裂液综述n摩阻摩阻 -控制施工压力 -影响注入排量npHpH值值 -控制交联反应时间 -影响液体性能n配伍性配伍性 -影响改造效果 2008-5-2716 February

5、2023一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023压裂液的粘温曲线压裂液的粘温曲线一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023v影响压裂液流变反应过程因素包括：影响压裂液流变反应过程因素包括：温度温度 剪切速率剪切速率 剪切历史剪切历史 稠化剂浓度稠化剂浓度 交联剂浓度交联剂浓度 破胶剂浓度破胶剂浓度一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023压裂液效率压裂液效率低效压裂液低效压裂液短缝短缝高滤失高滤失长缝长缝高效压裂液高效压裂液低滤失低滤失一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716

6、 February 2023一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023压裂液伤害压裂液伤害基质渗透率伤害基质渗透率伤害 滤液滤液 残渣残渣 胶体胶体 支撑带伤害支撑带伤害 残渣残渣 胶体胶体一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023残胶的伤害一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023一、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023不同压裂液对支撑裂缝导流能力保持率对比一、压裂液综述

7、一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023压裂液应用必备的条件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、压裂液综述一、压裂液综述2008-5-2716 February 2023前言前言一、压裂液综述一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂四、压裂液选择四、压裂液选择目目 录录2008-5-2716 February 2023压裂液按化学性状分类压裂

8、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二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023(1)(1)水基压裂液体系水基压裂液体系 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

9、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二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023(2)油基压裂液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AlAl3+3+的交联作用，形成油基冻胶体系。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。适用于低压、偏油润湿、强水敏地层。v缺点：v1、容易引起火灾。v2、易使作业人员、设备及场地受到油污。v3、基油成本高。二、压裂液常用体系及发展方向

10、二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023v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。v 特点：对地层伤害小，成本比油基压裂液低，耐温性差v适应于浅井、低温、低砂比的水敏性地层压裂。（3）乳化压裂液）乳化压裂液二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023v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v特点：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

11、性差。v适应范围:适应于低压、低渗、水敏性地层。（4）泡沫压裂液）泡沫压裂液二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023泡沫质量影响粘度泡沫质量影响粘度粘度粘度,cp泡沫质量泡沫质量,%020406080100二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023（5）清洁压裂液）清洁压裂液-粘弹性表面活性剂粘弹性表面活性剂 粘弹性表面活性剂(Viscoelastic Surfactant,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

12、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二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023 McBain小胶团（小胶团（C C CMCCMC）Hartley的球形胶束（的球形胶束（C C CMCCMC）Debye的腊肠式棒状胶束的腊肠式棒状胶束（C C 10CMC10CMC）棒状胶团六角束棒状胶团六角束（C继续增大）继续增大）加入表面活性剂，在水中形成棒状胶束结构加入表面活性剂，在

13、水中形成棒状胶束结构利利用用烃烃类类有有机机物物增增溶溶到到胶胶束束中中并并使使其其分分裂裂而而破胶。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二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023清洁压裂液特点：清洁压裂液特点：v无残渣、伤害小v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。v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。二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂

14、液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 20235、降阻水压裂液、降阻水压裂液v清水压裂优点:v（1）易形成有一定导流能力的长裂缝v（2）消除冻胶损害，不含残渣，有利于返排；v（3）延伸已有的天然裂缝或形成相互连通的天然裂缝；v（4）成本较低。v 清水压裂缺点:v（1）工作液效率低、用量大v（2）工作液粘度低、形成的裂缝宽度较窄v（3）携砂能力差；v（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二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023美国不同压裂液

15、类型发展趋势对比195019601970198019902000发展方向：发展方向：低残渣、低伤害、低成本、配置简单、可操作性强低残渣、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二、压裂液常用体系及发展方向2008-5-2716 February 2023前言前言一、压裂液综述一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂四、压裂液选择四、压裂液选择目目 录录2008-5-2716 February 2023v稠化剂v杀菌剂v破胶剂vpH值调节剂v表面活性剂v粘土稳定剂n发泡剂n温度稳定剂n转向剂n降滤剂n交联剂1.

16、构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 20232.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、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023压裂液添加剂压裂液添加剂-稠化剂稠化剂 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

17、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、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023羟丙级瓜儿胶羟丙级瓜儿胶合成聚合物合成聚合物纤维素的衍生物纤维素的衍生物三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023 胍胶是一种由胍胶是一种由甘露糖和半乳糖组成甘露糖和半乳糖组成的长链高分子聚合物，的长链高分子聚合物，原料是生长在巴基斯原料是生长在巴基斯坦和印度的胍胶豆胚坦和印度的胍胶豆胚乳。胍胶粉有乳。胍胶粉有15%-15%-18%18%的不溶残余物。的不溶残余物。利用丙烯氧化物可将利用丙烯氧化物可

18、将胍胶改性为羟丙基胍胍胶改性为羟丙基胍胶（胶（HPGHPG），可去除），可去除聚合物中大量的植物聚合物中大量的植物成分，水不溶残余物成分，水不溶残余物最小时仅含最小时仅含2%-4%2%-4%。三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023稠化剂稠化剂含水量含水量（%）水不溶物含量水不溶物含量(%)(%)1%1%溶液粘度溶液粘度3030、170S170S-1-1、mPa.smPa.s香豆胶香豆胶4.5-9.04.5-9.06.0-13.06.0-13.0160-210160-210田菁胶田菁胶8.0-14.08.0-14.020.0-35.020.0-35.0

19、120-160120-160胍尔胶（巴基斯坦）胍尔胶（巴基斯坦）9.59.520.020.0309309羟丙基田菁胶羟丙基田菁胶6.0-11.06.0-11.07.5-16.07.5-16.0100-160100-160羟丙基胍尔胶（国内）羟丙基胍尔胶（国内）7.0-12.07.0-12.08.0-15.08.0-15.0170-280170-280羟丙基胍尔胶（美国）羟丙基胍尔胶（美国）8.28.24.44.4297297 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。常用稠化剂性能常用稠化剂性能三、压裂液添加剂三

20、、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023压裂液添加剂压裂液添加剂-交联剂交联剂v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。性基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶的化学剂。v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（俗成硼砂），一般为非延迟交联；有机类包括有机硼络合物（JLJL系列），多为可延迟交联。系列），多为可延迟交联。v交

21、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。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、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023压裂液添加剂压裂液添加剂-交联剂交联剂v延迟交联有利于交联剂的分散，产生更高的粘度并改善压裂液的温延迟交联有利于交联剂的分散，产生更高的粘度并改善压裂液的温度稳定性。同时，延迟交联使管路中流动的大部分是线性胶，而能度稳定性。同时，延迟交联使管路中流动的大部分是线性胶，而能形成低的泵送摩阻。形成低的泵送摩阻。v行业标准行业标准SY/T6216-1996规定交联剂检测规定交联剂检测8 8项指标，关键是交联

22、时间、项指标，关键是交联时间、耐温能力和破胶能力。耐温能力和破胶能力。v有机硼交联压裂液具有可控制的延迟交联作用、耐高温和自动破胶有机硼交联压裂液具有可控制的延迟交联作用、耐高温和自动破胶三大特性。三大特性。三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023压裂液添加剂压裂液添加剂-破胶剂破胶剂v使压裂液交联冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利使压裂液交联冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少储层伤害。于压后返排，减少储层伤害。v水基交联冻胶压裂掖常用的破胶剂有酶、氧化剂（常用过硫酸水基交联冻胶压裂掖常用的破胶剂有酶、氧化剂（常用过硫酸

23、盐）和酸。盐）和酸。v生物酶和催化氧化剂适应于生物酶和催化氧化剂适应于21-5421-54；v一般氧化剂适应于一般氧化剂适应于54-9354-93。v低温破胶活化剂，针对过硫酸铵分解温度较高而开发的还原性低温破胶活化剂，针对过硫酸铵分解温度较高而开发的还原性化学品，有效降低了破胶剂活化温度。化学品，有效降低了破胶剂活化温度。三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023压裂液添加剂压裂液添加剂-pH-pH值调节剂值调节剂vpHpH调节剂可控制稠化剂水合增粘速度、交联剂所需的调节剂可控制稠化剂水合增粘速度、交联剂所需的pHpH值范围和值范围和交联时间；交联时间

24、；v当当pHpH值较低时，大多数液体迅速破胶；值较低时，大多数液体迅速破胶；v当当pHpH值较高时，压裂液的温度稳定性好，破胶时间较长；值较高时，压裂液的温度稳定性好，破胶时间较长；v压裂液的压裂液的pHpH值应控制在合理的范围。值应控制在合理的范围。三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023压裂液添加剂压裂液添加剂-表面活性剂表面活性剂v破乳剂:与原油之间配伍性好，有效破除油液乳化。v助排剂:降低表、界面张力，增大接触角，减小毛管力，有利于压裂液返排。v互溶剂:可与烃和水互溶的化合物，降低水溶液的表面张力，促进残液的返排。三、压裂液添加剂三、压裂液添加

25、剂2008-5-2716 February 2023压裂液添加剂压裂液添加剂-粘土稳定剂粘土稳定剂v防止粘土膨胀、分散和运移v无机盐KCl，提高压裂液矿化度，有效压缩使粘土膨胀的双电层，并且钾离子大小恰能进入粘土的硅氧四面体的六角空间，防止粘土膨胀、分散和运移。v阳离子聚合物，带正电的表面活性剂被带负电的粘土吸附，造成电荷中和并降低粘土的离子交换能力，使粘土不再因吸附水合阳离子而发生膨胀。三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023压裂液添加剂压裂液添加剂-杀菌剂杀菌剂v所有的水含有细菌；v水基液必须加有杀菌剂；v杀菌剂能控制厌氧菌或喜氧菌繁殖；v细菌侵袭

26、有机聚合物，损坏其链和降低粘度。加入杀菌剂主要是为了防止因聚合物降解导致粘度下降，影响交联、携砂。三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂2008-5-2716 February 2023前言前言一、压裂液综述一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂三、压裂液添加剂四、压裂液选择四、压裂液选择目目 录录2008-5-2716 February 2023压裂液的选择要同时满足储层特点、压裂液的选择要同时满足储层特点、压裂工艺和返排工艺三个方面要求压裂工艺和返排工艺三个方面要求储层特点储层特点1）埋藏）埋藏2）温度）温度3）孔渗特性）孔渗特性4）地层压力）地层

27、压力5）敏感性）敏感性6）裂缝发育情况）裂缝发育情况7）地层流体）地层流体压裂工艺要求压裂工艺要求1）滤失）滤失2）摩阻）摩阻3）伤害）伤害返排工艺要求返排工艺要求1）破胶性能）破胶性能2）返排性能）返排性能压裂液选择四、压裂液选择四、压裂液选择2008-5-2716 February 2023储层特点储层特点对压裂液的要求对压裂液的要求埋藏深埋藏深良好的耐剪切性及剪切稳定性良好的耐剪切性及剪切稳定性温度高温度高良好的耐温性及热稳定性良好的耐温性及热稳定性低孔低渗低孔低渗优质稠化剂，降低固相；低残渣压裂液，优质稠化剂，降低固相；低残渣压裂液，降低伤害；良好的配伍性降低伤害；良好的配伍性地层压力

28、地层压力良好助排性能良好助排性能敏感性敏感性避免或减少敏感伤害避免或减少敏感伤害地层流体地层流体要有良好的配伍性要有良好的配伍性微裂缝发育微裂缝发育较高的粘度控制滤失，提高液体效率较高的粘度控制滤失，提高液体效率压裂液选择四、压裂液选择四、压裂液选择2008-5-2716 February 2023压裂工艺的要求压裂工艺的要求目的目的低滤失低滤失提高液体效率；降低对储提高液体效率；降低对储层的伤害层的伤害低摩阻低摩阻降低施工压力降低施工压力低伤害低伤害提高压裂效果提高压裂效果压裂液选择返排工艺要求返排工艺要求目的目的快速破胶快速破胶降低伤害降低伤害提高返排提高返排快速返排快速返排四、压裂液选择四、压裂液选择50