油田化学：第八章 压裂液及压裂用添加剂
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压裂液的名词解释
压裂液的名词解释压裂液是一种在油气开发领域广泛应用的液体，其主要目的是通过高压注入，将岩石裂缝和孔隙扩大，以增加原油、天然气或水资源的开采量。
一、压裂液的组成压裂液通常由水、添加剂和颗粒物组成。
水是最主要的组成部分，占总质量的90%以上。
添加剂可以是化学品，用于改变压裂液的性质，例如粘度、表面张力和酸碱性。
颗粒物则是用来支撑岩石裂缝的，常见的颗粒物有砂和陶粒。
二、压裂液的作用机制1. 压力效应：通过高压注入压裂液，可以直接扩大裂缝和孔隙的范围和规模，使能源资源更易于流动和提取。
2. 冲击效应：压裂液的注入会产生巨大的冲击力，可以破坏沉积物颗粒之间的粘结力，使其分离并形成新的裂隙。
3. 渗透效应：压裂液中的颗粒物可以填充并扩大已有的裂缝，从而增加岩石的渗透性，提高能源资源的流动性。
4. 化学效应：添加剂中的化学物质可以与岩石进行反应，改变其物理性质，从而促进裂缝的扩大和产能的提高。
三、压裂液的分类1. 水基压裂液：其中水是主要成分，添加剂一般为聚合物、表面活性剂等。
这种压裂液的优点是环境友好、成本低廉，但在一些低渗透性岩石中的应用受到限制。
2. 粘弹性压裂液：在水基压裂液的基础上，通过添加聚合物使其增加黏度和粘弹性，以提高裂缝的扩展性和岩石的渗透性。
3. 乳化油基压裂液：基于乳化油和添加剂的组合，适用于含油气资源的开采。
乳化油基压裂液具有较高的渗透性和粘附性，能够有效提高开采效率。
4. 气体压裂液：利用液体压裂液中溶解的气体，在高压下将气体释放以增加压裂效果。
这种压裂液适用于那些对液体压裂液敏感的地层。
四、压裂液的应用压裂液广泛应用于油田、天然气田和水资源开发中。
通过压裂液的注入，可以提高油气田的开采率，增加产量。
此外，压裂液还可以用于水井的清洗和增加孔隙渗透性，以提高水资源的利用效率。
总结：压裂液是一种通过高压注入岩石中，来扩大裂缝和孔隙的液体。
它的组成包括水、添加剂和颗粒物。
压裂液的作用机制主要有压力效应、冲击效应、渗透效应和化学效应。
油田化学——压裂液及压裂用添加剂共56页
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
油田化学——压裂液及压裂 用添加剂
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
压裂液
邻位顺式羟基
钠羧基、酰胺基、邻位 反式羟基
邻位顺式羟基
邻位顺式羟基
酰胺基团
聚合物举例
耐温能力 交联特性
优点 缺点
植物胶及衍生物
羧甲基植物胶、羧甲基 纤维束
植物胶及衍生物
植物胶及衍生物
聚丙烯酰胺及其衍生 物
小于100℃ 快速交联 清洁无毒，成本低
耐温能力差
小于120℃ 锆酸盐（碱性）：
100～150℃
庆阳长庆井下油田助剂有限责任公司
2.1交联剂的主要作用 交联剂是决定压裂液粘度性质的主要因素之一。 交联剂与稠化剂发生交联反应，使体系进一步增稠 形成冻胶，成为典型的粘弹流体，粘弹性能的好坏 直接影响压裂液的造缝能力，与形成的裂缝长度密 切相关。
庆阳长庆井下油田助剂有限责任公司
2、2常用的交联剂类型
庆阳破胶后的残渣率影响比较大，当压裂完成
，压裂液破胶后，稠化剂中的不溶物质都将变为残渣，容 易在填砂裂缝中沉淀，造成二次伤害，使填砂裂缝的导流 能力降低。 • 因此，选取水化性能好，稠化能力强，水不溶物含量低 且易于与多种交联剂交联成冻胶的稠化剂是保证压裂液理 想性能和压裂效果的先决条件。
庆阳长庆井下油田助剂有限责任公司
2、交联剂
• 交联剂是通过交联离子（基团）将溶解于水中的聚合物 线性大分子链上的活性基团以化学键或配位键连接起来 形成三维网状结构的化学剂。
• 交联剂的选用由聚合物可交联的官能团和聚合物水溶液 的pH值决定，比较常用的且形成工业化的交联剂为硼砂 、有机硼、有机锆和有机钛等。
稠化剂的主要作用是增粘，次要作用是降低滤失和减少压 裂液摩阻等作用。
它的水溶液通过与交联剂的交联作用，形成高分子网架结 构的高粘弹冻胶，使其达到悬浮支撑剂和高裂缝粘度的要 求。
压裂液添加剂的作用及现场应用(长庆化工)综述
西安长庆化工集团有限公司二零一四年一月西安长庆油田化工集团有限公司前言一水力压裂的作用及增产机理二水基压裂液的主要添加剂三水冻胶压裂液配制工艺四压裂液现场质量控制西安长庆油田化工集团有限公司压裂是利用地面高压泵组将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中随即在井底附近形成高压此压力超过井底附近地层应力及岩石的抗张强度后在地层中形成裂缝继续将带有支撑剂的液体注入缝中使缝向前延伸并填以支撑剂这样在停泵后即可形成一条足够长具有一定高度和宽度的填砂裂缝从而改善油气层的导流能力
西安长庆油田化工集团有限公司
(4)细菌的腐败性： 瓜尔胶是从瓜尔豆中提取的天然聚糖，因此与淀粉一样易受到细菌的 侵蚀，被破坏掉原分子链，变为小分子。 室内试验表明：含有10%以下水分的瓜尔胶系列在存放过程中，未见腐败 变质的情况，只有含有高比例水份的瓜尔胶粉及其溶液腐败变质。 瓜尔胶溶液腐败变质后可闻到明显的瓜尔胶特有的腐臭味，溶液的pH值略 有降低，经细菌分解的瓜尔胶成片状漂浮在液体表面或吸附杂质沉降在罐 底。 现场和室内均表明，瓜尔胶溶液的腐败速度是温度、pH值和细菌含量的函 数，气温超高，pH值越低（pH值低于7.5以下）、细菌含量超高，其腐败 速度越快，甚至现场出现边配液边快速腐败的现象，加入的稠化剂立即被 腐败破坏掉，瓜尔胶基液没有一点增稠效果。三个影响因素中，温度是决 定性因素，只有在适宜的温度下，低pH值促进了细菌对瓜尔胶的腐败。因 此瓜尔胶压裂液在配方中应调整其pH值在8.5以上。
淡黄色粉末 ≥99 ≥92 6.5～7.5 ≤10 ≤8 96
淡黄色粉末 ≥99 ≥90 6.5～7.5 ≤8 ≤3 96
交联好，能用玻璃摔挑挂 粘度高， 抗温抗 剪切性优于瓜 尔胶，不易腐 败，残渣低，对 地层伤害小， 适 合于低渗透率 地层的压裂。 目 前应用最广泛。 抗温抗剪切性 好，不易腐败， 水不溶物极小， 基本无残渣， 特 别适合于特低 渗透率地层的 压裂。 是目前瓜 尔胶的一种新 型改性产品。 抗温抗剪切性 好，不易腐败， 起粘速度快， 3min 内可达到 最 终 粘 度 的 90% ，特别适合 于边配边注压 裂施工。
西安长庆油田化工集团有限公司
(4)细菌的腐败性： 瓜尔胶是从瓜尔豆中提取的天然聚糖，因此与淀粉一样易受到细菌的 侵蚀，被破坏掉原分子链，变为小分子。 室内试验表明：含有10%以下水分的瓜尔胶系列在存放过程中，未见腐败 变质的情况，只有含有高比例水份的瓜尔胶粉及其溶液腐败变质。 瓜尔胶溶液腐败变质后可闻到明显的瓜尔胶特有的腐臭味，溶液的pH值略 有降低，经细菌分解的瓜尔胶成片状漂浮在液体表面或吸附杂质沉降在罐 底。 现场和室内均表明，瓜尔胶溶液的腐败速度是温度、pH值和细菌含量的函 数，气温超高，pH值越低（pH值低于7.5以下）、细菌含量超高，其腐败 速度越快，甚至现场出现边配液边快速腐败的现象，加入的稠化剂立即被 腐败破坏掉，瓜尔胶基液没有一点增稠效果。三个影响因素中，温度是决 定性因素，只有在适宜的温度下，低pH值促进了细菌对瓜尔胶的腐败。因 此瓜尔胶压裂液在配方中应调整其pH值在8.5以上。
淡黄色粉末 ≥99 ≥92 6.5～7.5 ≤10 ≤8 96
淡黄色粉末 ≥99 ≥90 6.5～7.5 ≤8 ≤3 96
交联好，能用玻璃摔挑挂 粘度高， 抗温抗 剪切性优于瓜 尔胶，不易腐 败，残渣低，对 地层伤害小， 适 合于低渗透率 地层的压裂。 目 前应用最广泛。 抗温抗剪切性 好，不易腐败， 水不溶物极小， 基本无残渣， 特 别适合于特低 渗透率地层的 压裂。 是目前瓜 尔胶的一种新 型改性产品。 抗温抗剪切性 好，不易腐败， 起粘速度快， 3min 内可达到 最 终 粘 度 的 90% ，特别适合 于边配边注压 裂施工。
压裂液与支撑剂PPT课件
• 恒定内相 (CIP)
- 将泡沫看作气体和支撑剂（内相）液体（外相）的混合物
恒定内相泡沫的特性
恒定内相的特性 内相
外相
气体
支撑剂
液体
常规的特性 内相
气体
外相 液体
对于恒定内相, 当加入砂后，氮气增加了
忽略的 砂
恒定内相VS. 常规
• 恒定内相 (CIP) 假定支撑剂是分散相的一部分 • 常规仅仅考虑液相和气相 • 相同体积的液体, CIP泡沫质量比常规的高 • CIP采用的气体少，液体多 • CIP考虑了非净液，常规仅仅包含净液
聚合物残渣 (按重量)
高 中等 低 无
胶凝剂
% 残渣
Guar
Guar
HPG and CMHPG
HEC, CMC, CMHEC & Polyacrylamides(聚丙烯酰胺)
8-13% 5-6 1-4 0
聚合物的相关成本
Guar HPG CMHPG HEC CMHEC Xanthan(黄原胶)
成本增加
-硼 -钛 -锆 -锑 -铝
交联机理
• 线性胍胶粘度不足以输送支撑剂到裂缝深部 • 线性胍胶液中加入金属交联剂，将线性胍胶聚合体链
连接在一起，形成很长的聚合链 - 随聚合链长度增加，液体粘度增加
• 可以通过温度和pH值控制交联
线性胍胶
交联胍胶
交联时间
• 交联快增加摩阻 • 胶联后沿管柱向下注入过程中承受剪切，降低最终粘度
概述
• 介绍 • 流体力学 • 压裂液类型 • 压裂液添加剂 • 压裂液的选择 • 压裂支撑剂
压裂液的要求
1) 和地层岩石和流体配伍 2) 产生足够的裂缝宽度，以便支撑剂进入 3) 能够悬浮和携带支撑剂到裂缝深部 4) 压裂和后续的停泵过程中保持粘性 5) 费用低廉
- 将泡沫看作气体和支撑剂（内相）液体（外相）的混合物
恒定内相泡沫的特性
恒定内相的特性 内相
外相
气体
支撑剂
液体
常规的特性 内相
气体
外相 液体
对于恒定内相, 当加入砂后，氮气增加了
忽略的 砂
恒定内相VS. 常规
• 恒定内相 (CIP) 假定支撑剂是分散相的一部分 • 常规仅仅考虑液相和气相 • 相同体积的液体, CIP泡沫质量比常规的高 • CIP采用的气体少，液体多 • CIP考虑了非净液，常规仅仅包含净液
聚合物残渣 (按重量)
高 中等 低 无
胶凝剂
% 残渣
Guar
Guar
HPG and CMHPG
HEC, CMC, CMHEC & Polyacrylamides(聚丙烯酰胺)
8-13% 5-6 1-4 0
聚合物的相关成本
Guar HPG CMHPG HEC CMHEC Xanthan(黄原胶)
成本增加
-硼 -钛 -锆 -锑 -铝
交联机理
• 线性胍胶粘度不足以输送支撑剂到裂缝深部 • 线性胍胶液中加入金属交联剂，将线性胍胶聚合体链
连接在一起，形成很长的聚合链 - 随聚合链长度增加，液体粘度增加
• 可以通过温度和pH值控制交联
线性胍胶
交联胍胶
交联时间
• 交联快增加摩阻 • 胶联后沿管柱向下注入过程中承受剪切，降低最终粘度
概述
• 介绍 • 流体力学 • 压裂液类型 • 压裂液添加剂 • 压裂液的选择 • 压裂支撑剂
压裂液的要求
1) 和地层岩石和流体配伍 2) 产生足够的裂缝宽度，以便支撑剂进入 3) 能够悬浮和携带支撑剂到裂缝深部 4) 压裂和后续的停泵过程中保持粘性 5) 费用低廉
压裂常用药剂
1．1蜡的定义：
蜡：碳数大于C16的直链烷烃。 油田蜡：蜡与沥青质、胶质、盐垢、铁锈、淤泥的 黑色半固态和固态物。
1．2结蜡原因：
压力、温度降低，减少原油对蜡的溶解度。
1.3 清防蜡方法：
1．3．1 物理方法：刮蜡器、磁防蜡、超声波清
蜡等。
1．3．2 微生物清蜡
1．3．3 热洗：加0.3 % -1% AG-08热洗添加剂，
3.6阴极保护技术
1）原理 牺牲阳极是在正在作用的腐蚀电池体系中 接入一个电极，该电极的电位较负，与原 腐蚀电池构成一个新的宏观电池，这一负 的电极是新电池的阳极，原腐蚀电池既成 阴极，从阳极体上通过电解质向被保护体 提供一个阴极电流，使被保护体进行阴极 极化，实现阴极保护。随着电流的不断流 动，阳极材料不断消耗掉。
4．2．1 内因： 地层水会有大量无机离子 水中存在有机质、泥砂 4．2．2 外因： 两种或两种以上不配伍水混合 环境条件变化
4．3 防垢剂
能防止或延缓水中盐类成垢沉积
防垢机理：
络合机理或吸附机理
4．4 应用
天华化工厂生产TGH防垢剂，20-30 mg/l， 最好采用连续加药。
5．建 议
5．1 根据油水分析等资料确认油井存在的问题，选择适当的药剂。 5．2 考虑不同药剂间的配伍性 5．3 要熟悉掌握所用化学剂的型号、性能、外观、用途、使用方法。 5．4 通过电流、功图、作业现场分析，确定加药量和加药周期 5．5 选择一剂多能的药剂，引进推广简便高效加药技术（如防蜡管 和 井口取水自动加药箱）。 5．6 化工产品价格昂贵，在保证油井正常生产的基础上，要节约用 药， 避免不必要的浪费。
1．4．2水包油型清蜡剂 由有机溶剂、水、乳化剂制成稳定水包油乳白色液体。加
蜡：碳数大于C16的直链烷烃。 油田蜡：蜡与沥青质、胶质、盐垢、铁锈、淤泥的 黑色半固态和固态物。
1．2结蜡原因：
压力、温度降低，减少原油对蜡的溶解度。
1.3 清防蜡方法：
1．3．1 物理方法：刮蜡器、磁防蜡、超声波清
蜡等。
1．3．2 微生物清蜡
1．3．3 热洗：加0.3 % -1% AG-08热洗添加剂，
3.6阴极保护技术
1）原理 牺牲阳极是在正在作用的腐蚀电池体系中 接入一个电极，该电极的电位较负，与原 腐蚀电池构成一个新的宏观电池，这一负 的电极是新电池的阳极，原腐蚀电池既成 阴极，从阳极体上通过电解质向被保护体 提供一个阴极电流，使被保护体进行阴极 极化，实现阴极保护。随着电流的不断流 动，阳极材料不断消耗掉。
4．2．1 内因： 地层水会有大量无机离子 水中存在有机质、泥砂 4．2．2 外因： 两种或两种以上不配伍水混合 环境条件变化
4．3 防垢剂
能防止或延缓水中盐类成垢沉积
防垢机理：
络合机理或吸附机理
4．4 应用
天华化工厂生产TGH防垢剂，20-30 mg/l， 最好采用连续加药。
5．建 议
5．1 根据油水分析等资料确认油井存在的问题，选择适当的药剂。 5．2 考虑不同药剂间的配伍性 5．3 要熟悉掌握所用化学剂的型号、性能、外观、用途、使用方法。 5．4 通过电流、功图、作业现场分析，确定加药量和加药周期 5．5 选择一剂多能的药剂，引进推广简便高效加药技术（如防蜡管 和 井口取水自动加药箱）。 5．6 化工产品价格昂贵，在保证油井正常生产的基础上，要节约用 药， 避免不必要的浪费。
1．4．2水包油型清蜡剂 由有机溶剂、水、乳化剂制成稳定水包油乳白色液体。加
油田化学——压裂液及压裂用添加剂
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
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
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
部分水解聚丙烯酰胺的铬冻胶
pH4~6
硼酸对GM的交联反应
3.粘弹性表面活性剂压裂液
竞争络合的机理
三、减阻剂 （1）定义：
压裂液减阻剂是指在紊流状态下能减小压裂 液流动阻力的化学剂。
机理 通过储藏紊流能量，减少压裂液的流
动阻力。
三、减阻剂
聚合物可同时是稠化剂和减阻剂。
在高质量浓度使用时，它是稠化剂； 在低质量浓度使用时，它是减阻剂。
水基压裂液用减阻剂
油基冻胶减阻剂
四、降滤失剂
过氧化物 酶
常用的破坏剂：
潜在酸 潜在螯合剂
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
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
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
部分水解聚丙烯酰胺的铬冻胶
pH4~6
硼酸对GM的交联反应
3.粘弹性表面活性剂压裂液
竞争络合的机理
三、减阻剂 （1）定义：
压裂液减阻剂是指在紊流状态下能减小压裂 液流动阻力的化学剂。
机理 通过储藏紊流能量，减少压裂液的流
动阻力。
三、减阻剂
聚合物可同时是稠化剂和减阻剂。
在高质量浓度使用时，它是稠化剂； 在低质量浓度使用时，它是减阻剂。
水基压裂液用减阻剂
油基冻胶减阻剂
四、降滤失剂
过氧化物 酶
常用的破坏剂：
潜在酸 潜在螯合剂
压裂液添加剂在现场压裂中的作用及应用共85页文档
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有ห้องสมุดไป่ตู้，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
压裂液添加剂在现场压裂中的作用及应 用
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
谢谢
压裂液添加剂在现场压裂中的作用及应 用
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
谢谢
压裂液介绍
杀菌剂能控制厌氧菌或喜氧菌繁殖； 细菌侵袭有机聚合物，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。
3.压裂液添加剂-简述
添加剂类型 杀菌剂 破胶剂 pH调节剂 粘土稳定剂 转向剂 降滤失剂 降阻剂 功能 杀死细菌 控制 pH 使液体转向 降低摩阻 代表产品 1227、甲醛 氢氧化钠, 醋酸 粉砂, 硼酸 丙烯酰胺共聚物 乙酸、柠檬酸、EDTA, NTA
降低液体粘度 酸, 氧化剂, 胶囊破胶剂 防止粘土膨胀 KCl, NH4Cl, KCl 替代物 4 提高液体效率 柴油, 颗粒, 细砂
铁离子稳定剂 防止铁沉淀
表面活性剂
温度稳定剂
降低表面张力 氟碳, 非离子表面活性剂 保持液体粘度 甲醇, 硫代硫酸钠
4.压裂液添加剂质检
（1）采油、采气工程方案要求： ①加强压裂液体系质量和技术监督管理，保证添加剂 质量稳定合格，性能符合标准要求； ②加大压裂液体系中增稠剂、各种添加剂的随机抽检 力度，进行定期不定期抽样； ③ （每个产建区）每季度送样至油田公司指定部门质 检一次。
油基压裂液 水基压裂液 泡沫压裂液 清洁压裂液
美国不同压裂液类型发展趋势对比
所占比例（%）
三、压裂液添加剂
1.构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括
稠化剂 杀菌剂 破胶剂 pH值调节剂 表面活性剂 粘土稳定剂
发泡剂 温度稳定剂 转向剂 降滤剂 交联剂
三、压裂液添加剂
2.压裂液添加剂应用的基本要求
破乳剂，与原油之间配伍性好，有效破除油
液乳化。
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。
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。
3.压裂液添加剂-简述
添加剂类型 杀菌剂 破胶剂 pH调节剂 粘土稳定剂 转向剂 降滤失剂 降阻剂 功能 杀死细菌 控制 pH 使液体转向 降低摩阻 代表产品 1227、甲醛 氢氧化钠, 醋酸 粉砂, 硼酸 丙烯酰胺共聚物 乙酸、柠檬酸、EDTA, NTA
降低液体粘度 酸, 氧化剂, 胶囊破胶剂 防止粘土膨胀 KCl, NH4Cl, KCl 替代物 4 提高液体效率 柴油, 颗粒, 细砂
铁离子稳定剂 防止铁沉淀
表面活性剂
温度稳定剂
降低表面张力 氟碳, 非离子表面活性剂 保持液体粘度 甲醇, 硫代硫酸钠
4.压裂液添加剂质检
（1）采油、采气工程方案要求： ①加强压裂液体系质量和技术监督管理，保证添加剂 质量稳定合格，性能符合标准要求； ②加大压裂液体系中增稠剂、各种添加剂的随机抽检 力度，进行定期不定期抽样； ③ （每个产建区）每季度送样至油田公司指定部门质 检一次。
油基压裂液 水基压裂液 泡沫压裂液 清洁压裂液
美国不同压裂液类型发展趋势对比
所占比例（%）
三、压裂液添加剂
1.构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括
稠化剂 杀菌剂 破胶剂 pH值调节剂 表面活性剂 粘土稳定剂
发泡剂 温度稳定剂 转向剂 降滤剂 交联剂
三、压裂液添加剂
2.压裂液添加剂应用的基本要求
破乳剂，与原油之间配伍性好，有效破除油
液乳化。
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。
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。
压裂液介绍
4.压裂液添加剂的质检 压裂液添加剂的质检 （2）抽样 ）
分化工库和现场应用两种取样方式， 分化工库和现场应用两种取样方式， 采用多点平均取样方式， 采用多点平均取样方式，取样范围须包括 整个药品存放空间。 整个药品存放空间。将所取的试样装入清 干燥的取样瓶中，并粘贴标签， 洁、干燥的取样瓶中，并粘贴标签，标签 中标明：产品名称、代号、批号、 中标明：产品名称、代号、批号、取样日 取样人。 期、取样人。
3.压裂液添加剂 杀菌剂 压裂液添加剂-杀菌剂 压裂液添加剂
所有的水含有细菌； 所有的水含有细菌； 水基液必须加有杀菌剂； 水基液必须加有杀菌剂； 杀菌剂能控制厌氧菌或喜氧菌繁殖； 杀菌剂能控制厌氧菌或喜氧菌繁殖； 细菌侵袭有机聚合物，损坏其链和降低粘度。 细菌侵袭有机聚合物，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。 导致粘度下降，影响交联、携砂。
常用稠化剂性能
稠化剂 香豆胶 田菁胶 胍尔胶（巴基斯坦） 羟丙基田菁胶 羟丙基胍尔胶（国内） 羟丙基胍尔胶（美国） 含水量 （%） 4.5-9.0 8.0-14.0 9.5 6.0-11.0 7.0-12.0 8.2 水不溶物 含量(%) 6.0-13.0 20.0-35.0 20.0 7.5-16.0 8.0-15.0 4.4 1%溶液粘度
二、压裂液概述
（2）油基压裂液体系 ）
适用于低压、偏油润湿、强水敏的储层。 适用于低压、偏油润湿、强水敏的储层。
（3）乳化压裂液体系 ）
适用于水敏、低压地层。 适用于水敏、低压地层。
（4）泡沫压裂液体系 ）
适应于低压、水敏性储层，特别是气藏。 适应于低压、水敏性储层，特别是气藏。
二、压裂液概述
100 90 80
石油工业油井压裂液的高效配方优化
石油工业油井压裂液的高效配方优化在石油工业中，压裂液在油井开采过程中起着至关重要的作用。
它能够突破岩层并使原油流出。
然而，传统的压裂液配方存在效率低、环境污染以及安全隐患等问题。
为了提高石油工业中油井压裂液的效率和安全性，优化配方成为一个关键的研究方向。
一、压裂液的组成与作用压裂液通常由水、粘土、防窜剂、增稠剂、助剂等组成。
其主要作用是突破岩层、保持裂缝的稳定性以及减少地层与压裂液之间的阻力。
在设计压裂液配方时，需要充分考虑岩石性质、储层特征、井孔环境等因素。
二、压裂液配方的优化需求传统的压裂液配方存在一些问题，如粘度过高导致流动性差、抗破裂性差、容易导致地层堵塞等。
因此，需要对压裂液的配方进行优化，以解决这些问题并提高生产效率。
三、压裂液配方优化的方法1. 研究岩石特性：通过对不同岩石的实验研究，了解其物理和化学特性，并根据实验结果优化压裂液的组分。
2. 优化粘土组分：粘土作为压裂液的一部分，起到增加粘度和稳定裂缝的作用。
优化粘土选择和添加量，可以提高压裂液的性能。
3. 添加助剂：添加一些助剂可以改善压裂液的性能。
例如，添加改性剂可以增加压裂液的黏度，改善液体与岩石表面之间的作用力，从而提高裂缝的稳定性。
4. 优化防窜剂：防窜剂的作用是减少压裂液和地层水之间的渗透，防止地层涌水。
通过选择合适的防窜剂，并在一定范围内优化添加量，可以提高压裂液的效果。
5. 使用环保材料：在压裂液的配方中使用环保材料可以减少对地下水和环境的污染。
四、压裂液配方优化案例研究近年来，石油工业在压裂液配方优化方面取得了一些突破性的进展。
例如，研究人员通过添加纳米颗粒等新材料，成功提高了压裂液的黏度和裂缝稳定性。
同时，选择合适的粘土和助剂，优化了压裂液的组成，提高了开采效率。
此外，使用环保防窜剂和改良剂，减少了对地下水和环境的污染。
五、未来发展方向随着技术的不断进步，压裂液配方优化仍有很大的发展空间。
未来的研究方向包括：探索更高效的增稠剂和助剂，改良压裂液的性能；采用新的材料和技术，减少对环境的影响；结合人工智能和大数据分析，进行更加精准的配方优化和预测。
油田化学：第八章 压裂液及压裂用添加剂
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
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。
1.过氧化物破坏剂
过氧化物是含有过氧基（-O-O-）的化合物。 过氧化物是通过聚合物氧化降解，破坏冻胶结构。
胶囊
2.酶类破坏剂
破坏机理 对聚糖水解降解起催化作用，破坏冻胶结构。
使用条件 酶只能用于温度低于65℃和pH值在3.5～8范
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。
的条件下。
3.潜在酸 定义
潜在酸是在一定条件下能转变为酸的物质。
破坏机理
通过改变条件（pH值），使冻胶交联结构破坏 而起作用。
4.潜在螯合剂
(1)定义
潜在螯合剂是在一定条件下能转 变为可螯合交联剂的物质。
(2)破坏机理
低于60℃、60℃和高于60℃的条件 下水解产生草酸或丙二酸，螯合作为交 联剂的金属离子，破坏冻胶的交联结构。
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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。
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
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
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
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：
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
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
部分水解聚丙烯酰胺的铬冻胶
pH4~6
硼酸对GM的交联反应
3.粘弹性表面活性剂压裂液
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。
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
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
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
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。
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。
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
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。
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?
（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。
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
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
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
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：
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
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
部分水解聚丙烯酰胺的铬冻胶
pH4~6
硼酸对GM的交联反应
3.粘弹性表面活性剂压裂液
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。
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
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
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
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。
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。
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
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。
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?