油田化学：第八章 压裂液及压裂用添加剂

大于10倍CMC
具有柔顺性
当长碳链表面活性剂溶于一定浓度的盐和（或） 醇溶液中时，盐和（或）醇抑制了表面活性剂的水溶 性，促使长碳链缔合，生成线性胶束，互相纠缠，产 生结构提高了压裂液的粘度，使它能携砂压裂地层。
破胶机理
1. 地 层 流 体 稀 释 ， 粘 弹性丧失。 2. 与 烃 类 接 触 ， 胶 束 溶 胀 ， VES 分 子 溶 于 烃中，破胶。
联剂和破胶剂配成。
成胶剂即水溶性聚合物。 交联剂则决定于聚合物中可交联的基团和交联 条件。
破胶剂主要用过氧化物，通过氧化降解破胶。
聚丙烯酰胺的醛冻胶 （甲醛）
部分水解聚丙烯酰胺的锆冻胶 （锆的多核羟桥络离子）
pH4~6
部分水解聚丙பைடு நூலகம்酰胺的铬冻胶
pH4~6
硼酸对GM的交联反应
3.粘弹性表面活性剂压裂液
过氧化物 酶
常用的破坏剂：
潜在酸 潜在螯合剂
压裂液中使用的破坏剂主要是破胶剂。
二、油基压裂液
4.油基泡沫压裂液 油基泡沫压裂液主要由油、气和起泡剂组成。
油：原油、柴油或煤油 气体：二氧化碳和氮气 起泡剂：含氟的聚合物
第二节 压裂用添加剂
压裂用添加剂包括：
防乳化剂 粘土稳定剂 助排剂 润湿反转剂 支撑剂 破坏剂 减阻剂 降滤失剂
一、支撑剂
（1）定义 支撑剂是指用压裂液带入裂缝，在压力释放
作分散相的压裂液。
低粘度（但悬砂能力强）；
低摩阻；
特
低滤失量；
点
低含水量；
压裂后易于排出；
对地层污染少。
二、油基压裂液
1.稠化油压裂液 将稠化剂溶于油中配成。
常 脂肪酸皂
用
的 稠
磷酸酯
化
剂 油溶性聚合物
工业制皂流程简述
动、植物 NaOH
油脂
△
混合液 胶状液体
NaCl固体 盐析
上层 加填充剂,压滤干燥 肥皂
第一节 压裂液
压裂液的定义：压裂液是压裂过程中所用的液体。
对压裂液要求： 粘度高
摩阻低 滤失量少 对地层无伤害 配制简便 材料来源广 成本低
压裂液的分类
水基压裂液：
稠化水压裂液 水基冻胶压裂液 水基泡沫压裂液 水包油压裂液 稠化水包油压裂液
稠化油基压裂液
油基压裂液：
油基冻胶压裂液
后用以支撑裂缝的物质。
（2）支撑剂的要求 密度低、强度高、化学稳定性好、便宜易得。
一、支撑剂
(3)常用支撑剂
天然支撑剂 高强度的支撑剂 低密度的支撑剂
石英砂 (SiO2) 烧结陶粒
微孔烧结陶粒、核桃壳
化学稳定性好的支撑剂 酚醛树脂覆盖的砂粒
二、破坏剂
定义： 在指定时间内能将压裂液的粘度减到足够 低的化学剂。由于破坏后的压裂液易从地层排 出，因此可减小压裂液对地层的污染。
适宜压裂水敏地层
水为溶剂或 分散介质
油为溶剂或 分散介质
一、水基压裂液
1.稠化水压裂液 稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。
常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。
合成高分子
部分水解聚丙烯酰胺
改性天然高分子 羧甲基纤维素、瓜尔胶
生物高分子
黄胞胶
配稠化水压裂液时，可利用协同效应。
2.水基冻胶压裂液 水基冻胶压裂液主要由水、成胶剂、交
油基冻胶比稠化油有更高的粘度，有更好的携砂能 力，能用于压裂更深的地层。
二、油基压裂液
3.油包水压裂液 油包水压裂液主要由油、水和乳化剂组成。 优点 粘度高、悬砂能力强、滤失量低、对油层伤害小。
缺点： 流动摩阻很高。
二、油基压裂液
油包酸压裂液
油包酸压裂液不仅可减轻酸对管线的腐蚀， 在乳状液破坏后，还可给出酸液，将压裂产生 的裂缝溶蚀加宽，提高压裂效果。
特点：
与稠化水相比水包油乳状液有更好的粘温关系
一、水基压裂液
4.水包油压裂液
与稠化水相比水包油乳状液有更好的粘温关系；
特
能用在比较高的温度（ 160℃ ）下；
点
有很好的降阻性能；
依据乳化剂不同，能自动破乳排液。 （阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂）
一、水基压裂液
5.水基泡沫压裂液 水基泡沫压裂液是指以水作分散介质，以气
2）磷酸酯 使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、 氯化铝）活化。
单皂
2）磷酸酯
使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、 氯化铝）活化。
2、油基压裂液
3）油溶性聚合物
在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生结构粘 度，将油稠化。
二、油基压裂液
2.油基冻胶压裂液
当油中稠化剂的浓度足够大时，稠化油压裂液就转 化为油基冻胶压裂液。
Hydraulic fracturing can create cracks in the unconventional reservoirs by which the oil and gas can flow to wellbore.
前言
3、本节内容
压裂液选择 压 裂 技 压裂添加剂 术
酸化工艺
表面活性剂的线性胶束形成结构在拉伸作用下， 表面活性剂线性胶束结构显示出它的粘弹性。
粘弹性表面活性剂压裂液具有无残渣、低伤害、
剪切稳定等特点。(清洁压裂液)
用量大（3%-4%），价格昂贵， 抗温能力低于116℃。
剪切
一、水基压裂液
4.水包油压裂液 水包油压裂液主要由水、油和乳化剂配成。
配制：
水：淡水、盐水、稠化剂 油：原油、馏分油 乳化剂：离子型、非离子型、两性表面活性剂
第八章 压裂液及压裂用添加剂
1
前言
（1）什么是压裂？
压裂就是用压力将地层压开，形成裂缝并用支 撑剂将它支撑起来，以减小流体流动阻力的增产、 增注措施。
（2）压裂的地位 是低渗透油藏、碳酸盐油藏主要的增产、增注措
施。
Why do we hydraulically fracture oil & gas reservors?
下层 提纯分离 甘油
上层：高级 脂肪酸钠 下层：甘油、 NaCl溶液
肥皂的去污过程
1）脂肪酸皂
亲油基，碳原子数大于8
脂肪酸钠皂
稠化机理
超过一定浓度以后，脂肪酸皂可在油中形成结构， 产生结构粘度，将油稠化。
1）脂肪酸皂
Al3+ 脂肪酸铝皂
1）脂肪酸皂 单皂
双皂 通过羟桥连接，形成结构，将油稠化
viscoelastic surfactant (VES)
粘弹性表面活性剂压裂液主要由水、长碳 链表面活性剂、水溶性盐和（或）醇配成。
水溶性盐可采用无机盐和有机盐，如氯化 钾、硝酸钾、水杨酸钠等。
水溶性醇可采用乙醇、异丙醇等。
长碳链表面活性剂可采用阴离子型、阳 离子型、非离子型和两性型的长碳链表面活 性剂，如：