油气田应用化学

泡沫压裂液
定义：由气相、液相、表面活性剂（发泡剂）和其他化学添加剂组成。 泡沫稳定剂：多为高分子化合物。 按作用机理可分为两类： 第一类是增粘型稳定剂。主要是通过提高基液的粘度来减缓泡沫的排液速率，延长半 衰期，从而提高泡沫的稳定性，属于这类的稳定剂有CMC。 第二类稳定剂主要作用不是增粘而是提高气泡薄膜的质量，增加薄膜的粘弹性，减小 泡沫的透气性从而提高泡沫的稳定性，属于此类的稳定剂有HEC。将这两类稳定剂复 配使用可获得最佳效果。 泡沫破坏的机理主要有：液膜的排液；气体透过液膜而扩散。
亚硫酸纸浆废液制成。由于铁铬盐分子中含 有磺酸基，和与木质磺酸形成了稳定的螯合 物。所以Fcls是一种抗盐、抗钙的有效稀释 剂，其热稳定性高，可抗150˚以上的高温。 由于铁铬盐具有弱酸性，因此必须配合烧碱 使用才能发挥良好的稀释作用。
水解聚丙烯腈铵盐（NH4-NPAN）

简称铵盐，是由人造羊毛的下脚料（腈纶废丝）经 高温高压水解反应的产物。普通铵盐的分子量5-11 万，水解度60%左右，降粘降失水效果随分子量的 不同而改变。分子量低降粘效果好降失水作用减弱， 分子量高降粘效果减弱降失水效果增强。在铵盐分 子中腈基（-CN）和胺基（-CONH2）作为吸附基， 通过吸附在粘土边-端面上拆散粘土的网架结构。以 羧铵基（-COONH4）作为水化基形成保护粘土颗粒 的水化膜。
与传统聚合物压裂液对比： 传统聚合物压裂液随压力增大滤失严重；而VES压裂液对压力不敏感。 VES压裂液不含聚合物，显著降低了残渣在支撑剂填充带和裂缝表面
上的吸附量，形成高导流能力的裂缝。 VES压裂液无造壁性，不会留下滤饼，对地层污染程度较小，改善了 负表皮系数，从而增加了油气井产能。
一、粘土矿物的两种基本构造单元
2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片
铝氧八面体：六个顶点为氢氧原子 团，铝、铁或镁原子居于八面体中 央(如右上图所示)。
铝氧八面体晶片：多个铝氧八面
体通过共用的O或OH连接而成的 AL-O八面体网络。
定义
造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为15mPa.s钻
井液的体积数，m3/T。 造浆率越高，说明粘土的水化分散能力越强。
(1)除了破坏聚合物的骨架外，破胶剂必须与连接聚合物分子的交联键反应； (2)为保持液体的pH值在冻胶最稳定的范围内，泵送的交联压裂液一般具有 一个强的缓冲体系； (3)破胶反应必须足够缓慢，以保证压裂液的稳定性达到要求并适于铺置大量
的支撑剂。
适用于水基交联冻胶体系的破胶剂有：氧化剂、酶破胶剂、 潜在酸、胶囊破胶剂(延迟破胶技术)、 pH值调节剂(缓冲剂)

压裂液
概念
压裂液：压裂过程中所用的液 体。它起着传递压力、形成地 层裂缝和沿着张开的裂缝输送 支撑剂的作用。
压裂定义：压裂就是用 压力将地层压开，形成 裂缝，并用支撑剂将裂 缝支撑起来，改善油气 层的导流能力，以减小 流体流动阻力的增产、 增注的措施。
地层应力及分 布 地应力：存在于地壳内部的应力，是由于地壳内部的垂直运动和
磺甲基酚醛树脂（SMP）
SMP是在酸性条件下使甲醛苯酚生产成
线性酚醛树脂，再在碱性条件下加入磺 甲基化试剂进行分步磺化制得。
表观粘度
表观粘度由塑性粘度、动切力和流速梯度组
成，它反映总的粘滞作用，是总粘度的意思。 表观粘度（AV） AV=1/2Φ600(Mpa.s)
塑性粘度
反映泥浆层流时泥浆中网架结构的破坏与恢
前言
（1）粘土主要是由粘土矿物(含水的铝硅酸盐)组成的，
除粘土矿物外，还含有不定量的非粘土矿物，如 石英、长石等。 （2） 大多数粘土颗粒的粒径小于2μm，它们在水中有 分散性 、带电性、离子交换以及水化性。
粘 土
粘土 与钻 井的 关系
（ 1）粘土作为钻井液的重要组成成分。 （ 2）钻井过程中井眼的稳定性
(1)滤失少 ；(2)携砂能力强； (3)低摩阻 ； (4)热稳定性和抗剪切稳定性； (5)与地层岩石和地下流体的配伍性； (6)低残渣、易返排 ； (7)价格便宜、宜配制、货源广。
水基压裂液：以水作为溶剂或分散介质，加入稠化剂、添加剂配制而成。

水+添加剂+稠化剂→溶胶液 水+添加剂+交联剂→交联液 溶胶液+交联液→水基冻胶压裂液
水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。
裂缝的形态与方位
油层通过压裂后形成的裂缝有 两种形态：即水平裂缝和垂直 裂缝。 原理：裂缝面垂直于最小 主应力方向。
岩石 轴应力分布图
压裂液性能及分类 根据压裂液在不同阶段的作用分为：前置液、携砂液、顶替 液。 前置液作用：主要是破裂地层形成一定几何尺寸裂缝。 携砂液作用：将支撑剂带入裂缝并将砂子置于预定位置上。 顶替液作用：将井筒中的携砂液全部替如到裂缝中。 对压裂液的性能要求
一、稀释剂
稀释剂是指能解除泥浆稠化的化学剂。泥浆
稠化的主要原因是泥浆中固相颗粒过多及粘 土颗粒形成网架结构。在含有聚合物的泥浆 中，聚合物长链分子和粘土颗粒作用，或聚 合物分子间相互作用形成网架结构也会引起 泥浆粘切增大。无机电机质的污染，使粘土 颗粒水化层变薄也易形成空间网架结构导致 泥浆增稠。
天然植物水基胶压裂液 纤维素衍生物压裂液 合成聚合物压裂液
溶胶液:交联液=100: (1~12)
天然植物胶水基压裂液：主要成分是多糖天然高分子化合物即半乳与甘露糖主链的比例不同。
三种水基压裂液性能比较
水基压裂液添加 剂

包括： 稠化剂、交联剂、破胶剂、pH值控制剂、粘土稳定剂、润湿剂、助排剂、 破乳剂、降滤失剂、冻胶粘度稳定剂、消泡剂、降阻剂和杀菌剂等。
稀释剂的作用机理
稀释剂的稀释作用首先是通过试剂吸附在粘
土颗粒的边-端面上，拆散或削弱了粘土颗粒 形成的网架结构达到稀释作用。同时，由于 稀释剂具有较强的吸附能力及与聚合物分子 形成化和物等作用，可使吸附在粘土颗粒上 的长链聚合物分子解吸，从而起到稀释的作 用。
铁铬木质素磺酸盐（FCLS）
简称铁铬盐，是有含有大量木质素磺酸盐的
复处于动平衡时，悬浮粒子之间、悬浮粒子 与液相之间，以及连续液相的内摩擦总和影 响塑性粘度的主要因素是固相含量，固含越 高塑性粘度越大，此外，粘土的分散度和高 分子增粘剂对塑性粘度也有影响。 塑性粘度（PV） PV＝Φ600-Φ300（MP、s）
动切力
动切力是指泥浆在层流流动时，粘土颗粒之
油基压裂液
油基压裂液：以油作为溶剂或分散介质，与各种添加剂配制成的压裂液。 分类：稠化油压裂液、泡沫压裂液、油基冻胶压裂液 常用稠化剂：
油溶性活性剂：主要是脂肪酸盐、铝磷酸酯盐这类稠化剂在 油中形成“缔合”，将油稠化。 油溶性高分子：当浓度超过一定数值，就可在油中形成网络结构，使油稠化。主
要有：聚丁二烯、聚异丁烯、聚异戊二烯、α-烯烃聚合物，聚烷基苯乙烯，氢化 聚环戊二烯、聚丙烯酸酯。
清洁压裂液不需要交联
机理： 当表面活性剂与盐水混合时，表面活性剂分子形成线型柔性棒状胶束、囊泡或层 状结构，溶液粘度将急剧增加，特别是线型柔性棒状胶束的形成和相互间缠绕形成 三维空间网状结构，常伴随粘弹性和其它流变特性出现(如剪切稀释、触变性等)。
清洁压裂液的破胶
破胶机理： 机理一：VES压裂液进入含油地层后，亲油性有机物被胶束增溶，棒状胶束膨胀并最终崩解，VES 凝胶破胶形成低粘度水溶液，流阻降低；在裂缝中接触到原油或天然气同样如此。 机理二：在地层水的作用下，清洁压裂液液体因稀释而降低了表面活性剂浓度，棒状胶束也不再相 互纠缠在一起，而呈现单个胶束结构状存在。
交联剂 交联反应是金属或金属络合物交联剂将聚合物的各种分子联结 成一种结构，使原来的聚合物相对分子质量明显增加。通过化 学键或配位键与稠化剂发生交联反应的试剂称为交联剂。
破胶剂：使粘稠压裂液可控地降解成能从裂缝中返排出的稀薄液体，能使
冻胶压裂液破胶水化的试剂称为破胶剂。 交联冻胶难于化学破胶的三个原因是：
间及高聚合物分子之间的相互作用力（形成 空间网架结构应力）。影响动切力的因素是 泥浆中的固相含量、分散度、粘土粒子的ξ电 位和水化程度，粘土粒子吸取处理剂的情况 以及高分子聚合物的使用等。 动切力（YP） YP=1/2(2Ф300-Ф600)(Pа)
动塑比
反映泥浆的剪切稀释能力。动塑比越大，剪 切稀释性越强，越有利于高压喷射钻井和携 带岩屑。 一般YP/PV＝0.6-1比较理想。
清洁压裂液
定义：又称为粘弹性表面活性剂压裂液，是一种基于粘弹性表面活
性剂的溶液。 清洁压裂液主要是将由长链脂肪酸盐衍生物所形成的季铵盐作为 表面活性剂加入到氯化钾、氯化镁、氯化铵、氯甲基四铵或水杨 酸钠溶液中配置而成。 作用机理：在水中特种表面活性剂随着浓度增加形成棒状胶束结 构。 ▲利用烃类有机物增溶到胶束中并使其分裂而破胶。 VES压裂液携带支撑剂是依靠流体的结构粘度，同时能降低摩阻 力。 VES压裂液与聚合物压裂液不同，它无造壁性，不会留下滤饼。
（3）油气层的保护。
一、粘土矿物的两种基本构造单元
1、硅氧四面体与硅氧四面体晶片
硅氧四面体：有一个硅原子与四个 氧原子，硅原子在四面体的中心， 氧原子在四面体的顶点，硅原子与 各氧原子之间的距离相等，其结构 见右图上。 硅氧面体晶片：指硅氧四面体网络。 硅氧四面体网络由硅氧四面体通过 相临的氧原子连接而成，其立体结 构见右下图。