压裂液性能评价

压裂液性能评价
压裂过程中，要求压裂液具有高的携带支撑剂的能力、低的摩阻力及在不同的几何空间、不同的流动状态下优良的承受破坏的能力。

能否达到完善这些性能，首要的工作在于对压裂液流变性能进行正常评价。

压裂液性能的测试和评价是为配制和选用压裂液提供依据，为压裂设计提供参考。

（1）流变性能测定
1）基液粘度：
压裂液基液是指准备增稠或交联的液体。

基液粘度代表稠化剂的增稠能力与溶解速度。

压裂基液粘度用范35旋转粘度计或用类似仪器测定。

对于不同井深的地层进行压裂，对基液粘度有不同要求。

对于低温浅井（小于2000m）基液粘度在40～60mPa·s；对于中温井（井深2000～3000m），基液粘度在60～80mPa·s；对于高温深井（3000～5000m），基液粘度在80～100mPa·s。

2）压裂液的剪切稳定性：
评价压裂液的剪切稳定性实际上是测定压裂液的粘—时关系。

在一定（地层）温度下，用RV3或RV2旋转粘度计测定剪切速率为170s-1时压裂液的粘度随时间的变化。

压裂液的粘度降到50mPa·s时所对应的时间应大于施工时间。

3）稠度系数K'和流动行为指数n'：
用粘度计测定压裂液室温至油层温度下的流动曲线，如图18-8，用此图可以计算得出压裂液在不同温度下的K'和n'值，即
n'=
lgD1-lgD lg -lg 212ττ(18-15)式中n'—流动行为指数；
τ—剪切应力，mPa ；
D —剪切速率，s -1。

K'值越大，说明压裂
液的增稠能力越强；n'值
越大，说明压裂液的抗剪
切能力越好。

但是K'值
大，n'值就小。

n'值在0.2～
0.7之间。

K'，n'值亦可以用旋
转粘度计测定不同剪切
速率下的应力值，再经计算得出。

（2）压裂液的滤失性测定
压裂液向油层内的渗滤性决定了压裂液的压裂效率。

用滤失系数来衡量压裂液的压裂效率和在裂缝内的滤失量，压裂液滤失系数越低，说明在压裂过程中其滤失量也越低。

1）受造壁性能控制的压裂液滤失系数（C w ），压裂液滤失系数的测定是用高温高压泥浆失水仪，在油层温度下，用3.5MPa 的压差将压裂液挤过滤纸，记录挤入不同时间通过滤纸的滤失量。

用压裂液在滤纸上的滤失数据，以滤失量为纵坐标，以时间平方根为横坐标，在直角坐标上作图。

如滤失量与时间平方根关系在直角坐标图上不是一条过原点的直线，则通过滤失时间为9，16，25min 的这些点给出一条尽可能好的直线。

该直线段延长与y 轴相交，得出时间为零时的截距h ，该直线段的斜率为m ，受滤饼控制的滤失系数C w 、滤失速度v c 和初滤失量V sp 可用下式计算，即
C w =A
m 005.0×(18-16）v c =t C
w （18-17）
V sp =A
h （18-18）式中m —滤失曲线的斜率，ml/min ；
A —滤失面积，cm 2；
C w —滤饼控制滤失系数，m/min ；
V c —滤失速度；
h —滤失曲线直线段与y 轴的截距，cm 3；
V sp —初滤失量，cm 3/cm 2；
t —滤失时间，min ；
冻胶压裂液的C w 一般小于1×10-3m/min 。

2）受粘度控制的压裂液滤失系数C v ，受粘度控制滤失系数的压裂液在油层内的滤失是取决于油层孔隙度、渗透率、裂缝面所承受的压差和压裂液在油层条件下的粘度。

C v =0.171021⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Κ∆µφp （18-19）
Δp=（g f H ）-p o
（18-20）式中C v —受粘度控制的压裂液滤失系数，m/min ；
K —油层渗透率，μm 2；
Φ—油层孔隙度，%；
μ—油层条件下压裂液粘度，mPa ·s ；
g f —破裂压力梯度，MPa/m ；
H —油层深度，m ；
p o —油层压力，MPa 。

3）受地层流体压缩性控制的压裂液滤失系数C c ，当压裂液的粘度接近于地层流体的粘度时，控制压裂液滤失的是地层流体的压缩性。

C c =5.2627×10-3Δp 21⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛µφf KC （18-21）
式中C c —受油层流体压缩性控制压裂液滤失系数，m/min ；
Δp —裂缝面压差，MPa ；
K —油层渗透率，μm 2；
Φ—油层孔隙度，%；
C f —油层流体压缩系数，MPa -1；
μ—油层流体粘度，mPa ·s 。

4）压裂液综合滤失系数，压裂液的综合滤失系数C 可用下式计算，即
w c v C C C C 1111++=（18-22）
（3）压裂液的降阻率测定
压裂液的管路摩擦阻力小，可降低施工泵压，提高施工排量，节
约水马力。

在管路流动仪上，测定不同压差下的压裂液与清水的流量，经计算可得出压裂液的降阻率。

一般压裂液的降阻率为40%～60%。

（4）压裂液的破胶性能测定
施工结束后，压裂液在油层温度条件下，与破胶剂发生作业而破胶降粘。

用破胶液粘度来衡量压裂液破胶的彻底性，是关系到破胶液的返排率及对油层的伤害程度。

其测定方法是在油层温度条件下，将压裂液密封恒温静置16h，用毛细管粘度计或其它粘度计测定破胶液粘度。

在30℃时破胶液粘度应小于10mPa·s。

（5）压裂液的表界面张力与润湿性能测定
用表界面张力仪测定压裂液破胶液的表界面张力，用接触角测定仪测定破胶液与岩样表面的接触角，为优选适用的活性剂、助排剂提供参考。

（6）压裂液残渣含量的测定
残渣是压裂液、破胶液中残存的不溶物质。

压裂液中的残渣含量应尽量低，以减小对地层和支撑裂缝的伤害。

其测定方法是将破胶液离心分离，弃去上清液，将下面的残渣烘干、恒重、称重，计算残渣含量。

羟丙基胍胶、硼冻胶压裂液的残渣含量为300～800mg/L。

（7）压裂液与地层流体的配伍性测定
测定压裂液破胶剂与地层原油和地层水能否产生乳化及沉淀，以便采取措施减少对地层的伤害。

1）原油的配伍性测定是将原油与压裂液破胶剂按一定比例混合，高速搅拌形成乳状液，在油层温度下静置一定时间，记录分离出
的水量，计算破乳率。

破乳率应大于80%。

2）地层水的配伍性测定是将压裂液破胶剂液与地层水按一定比例混合，观察是否产生沉淀。

（8）压裂液交联时间测定
将交联剂加到原胶液中，开始计时并缓慢不停地搅拌，到压裂液可挑挂（或吐舌头3cm以上）时的时间即为交联时间。

压裂液的交联时间应小于压裂液流经压裂管柱的时间。

（9）压裂液对基岩渗透率的伤害率测定
在压裂改造油气层的同时，压裂液会对油气层的渗透率造成伤害。

通过测定压裂液通过岩心前后渗透率的变化，计算压裂液对岩心渗透率的伤害率，来评价压裂液对油气层的伤害程度。