粘弹性表面活性剂压裂液新技术进展
黏弹性表面活性剂压裂液室内研究
蒋莉 ， ： 等 黏弹性表面活性剂 压裂 液室内研 究
・ ９・
黏 弹 性 表 面 活 性 剂 压 裂 液 室 内研 究
蒋 莉 郑 晶晶 边 永梅 ， ，
（． １胜利 石 油管 理局 钻井 工程 技术公 司 ， 山东 东 营 ２ 中国石 油大 学 （ 东 ）石 油工程 学 院 ， ． 华 山东 青 岛 ２７ ６ ５０４； ２６５ ） ６５ ５
层伤 害小 ， 而备受关 注 ， 己经 成 为压 裂液 研究 的热 点 问题 ， 是解决 该类气 田压裂 伤害 问题 的有 效 手段 。 黏弹性表 面 活性剂 （ Ｅ ） Ｖ Ｓ 压裂 液或 无 聚合 物压
裂液 （ ｒｅ ｏ ｍｅ ｆ ｃｕｉｇｆ ｉｓ 国外 是 在 上个 Ｆｅ —ｐ ｌ ｒ ｒ ｔｒ ｕｄ ） ｙ ａ ｎ ｌ
ｃ ａ ｇ ｒｃｉａｌ ｔ２ ｈ ｎ ｅ ｐａ ｔ ｌ ａ ０—４ ℃ ，ｒｉｅ ｔ ａｓｎ ｅ ｅａｕ ｅａ ０ —６ ℃ ａ ｄ ｄ ｐ ｄ ｄ ｗ ｔ ＞６ ｃ ｙ ０ ａｓ ｄｗｉ ｒｉｉｇｔｍｐ ｒｔｒ ｔ ｈ ４ ０ ｎ ｒ ｅ ｏ ｎａ ｏ ０
ｏ ；ｔ ｅ ａ ｄ ｔ ｎ ｏ Ｈ４ １ｗ ｕ ｄ ｉ ｃ ｅ ｓ ｅ ｖｓ ｏ ｉ ｆｔｅ ｓ ｓｅ ，ｗ ｉ １ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｔ ｅ ｏ ｐ ｓ ｅ Ｃ ｈ ｄ ｉ ｏ ｆＮ ｏ ｌ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｉｃ ｓｔ ｏ ｙ ｔｍ ｉ Ｃ ｈ ｙ ｈ ｈ ｌ ＫＣ ｒ ｓ ｎ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｈ ｔ ｒ ｓ ｌ；ｔ ｅ ｅ ｗ ｓｎ ｅ ｉ ｕ ｒ ｄ ｃ ｄ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｗ ｓ ｂ ｏ ｅ ｏ ｎ ｗｉ ｌ ｈ ｄ ｏ ａｂ ｎ ｔ ａｉ ｇ ｅ ｕ ｔ ｈ ｒ ａ ｏ ｒ ｓｄ ｅ ｐ ｏ ｕ ｅ ｅ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｒ ｋ ｎ ｄ ｗ ｔ ｍｕ ｔ ｙ ｒ ｃ ｒ ｏ ｒ ｔ ｈ ｉ ｅ ｎ ａ ｅ ｔｓ ｃ ｓｋ ｒ ｓ ｎ ｎ ｉｓ １ ｇ ｎ ｕ ｈ ａ ｅ ｏ ｅ ｅ ａ ｄ ｄ ｅ ｅ ．
新型压裂液概述
•压裂液固相堵塞
来源
—基液或成胶物质的不溶物 —降滤剂或支撑剂中的微粒 —压裂液对地层岩石浸泡而脱落下来的微粒 —化学反应沉淀物等固相颗粒。
作用
—形成滤饼后阻止滤液侵入地层更远处，提高了压裂液效率，减 少了对地层的伤害；
—它又要堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道，增强了乳化液的界面膜 厚度而难破胶。
•压裂液浓缩
二、中原油田压裂技术现状
现有装备
机组型号
史蒂文森 压裂机组 哈里伯顿
-1000 哈里伯顿
-1400 哈里伯顿
-2000 史蒂文森CO2 泡沫压裂设备
哈里伯顿 -2500
投产 时间
1985 1985 1990 2002 2002 2008
主要设备情况
备注
仪表车 混砂车 主压车 （台） （台） （台）
成胶液
水冻胶压裂液添加剂
▲稠化剂
植物胶及衍生物 — 胍胶（羟丙基胍胶） — 田箐、香豆胶、魔芋胶等
纤维素衍生物 — 羧甲基纤维素钠盐（CMC） — 羟乙基纤维素（HEC） — 羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）
生物聚多糖 — 黄原胶
工业合成聚合物 — 聚丙烯酰胺（PAM） — 部分水解聚丙酰胺（PHPAM） — 甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）
水基压裂液
水基压裂液的发展经历了活性水压裂液、稠化水压裂液、水基冻胶 压裂液三个阶段。
(1)活性水压裂液:是表面活性剂的稀的水溶液。 (2)稠化水压裂液：是以稠化剂及表面活性剂配制的粘稠水溶液，即 增稠了的活性水压裂液。 (3)水冻胶压裂液：是用交联剂将溶于水的增稠剂高分子进行不完 全交联，使具有线性结构的高分子水溶液变成线型和网状体型结构混存 的高分子水冻胶。其中亦添加了表面活性剂。它实际上就是交联了的稠 化水压裂液。
压裂液技术现状与发展趋势
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。
May 23, 2013
二、压裂液常用体系及发展方向
（5）清洁压裂液-粘弹性表面活性剂
▲加入表面活性剂，在水中形成棒状胶束结构
McBain小胶团（C≺CMC）
May 23, 2013
二、压裂液常用体系及发展方向
压裂液按化学性状分类
-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2008-5-27 -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
May 23, 2013
一、压裂液综述
不同压裂液对支撑裂缝导流能力保持率对比
压裂液类型
生物聚合物 清洁压裂液 泡沫压裂液 聚合物乳化液 油基压裂液（凝胶） 线性胶（不交联） 交联水基冻胶
导流能力保持率（%）
95
2008-5-27
92～94 80～90 65～85 45～70 45～55 10～50
May 23, 2013
二、压裂液常用体系及发展方向
发展方向：低残渣、低伤害、低成本、配置简单、可操作性强
美国不同压裂液类型发展趋势对比
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 60 70 年代 80 90 100
2008-5-27 油基压裂液 水基压裂液 泡沫压裂液 清洁压裂液
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”。
粘弹性表面活性剂合成及其作为稠化剂的酸性清洁压裂液性能研究
粘弹性表面活性剂合成及其作为稠化剂的酸性清洁压裂液性能研究粘弹性表面活性剂合成及其作为稠化剂的酸性清洁压裂液性能研究引言：压裂液是在油气开采中常用的一种技术，能够提高油气井的产量。
然而，传统的压裂液中使用的稠化剂存在一些问题，如溶解度差、性能不稳定等。
粘弹性表面活性剂是一种新兴稠化剂，具有较好的溶解性和稳定性。
本研究旨在合成一种粘弹性表面活性剂，并评估其作为酸性清洁压裂液稠化剂的性能。
材料与方法：1. 合成粘弹性表面活性剂选择适当的原料和工艺条件，通过合成路线合成粘弹性表面活性剂。
采用液相聚合法，将单体A和单体B与溶剂溶解，控制温度和反应时间，进行聚合反应。
得到的产物经过分离、洗涤和干燥，得到粘弹性表面活性剂。
2. 酸性清洁压裂液制备将粘弹性表面活性剂与水按一定比例混合并搅拌，加入适量的酸性物质进行中和反应。
通过改变粘弹性表面活性剂的浓度、中和反应的时间和温度，制备不同性能的酸性清洁压裂液。
3. 性能测试使用流变仪测试制备的酸性清洁压裂液的粘度、弹性和稳定性。
通过改变温度、pH值等条件，评估其性能。
结果与讨论：通过合成路线和实验条件，成功合成了一种粘弹性表面活性剂。
通过对酸性清洁压裂液的制备，得到了不同性能的压裂液样品。
在流变仪测试中，发现压裂液的粘度、弹性和稳定性与粘弹性表面活性剂的浓度、中和反应的时间和温度有关。
当粘弹性表面活性剂的浓度较高、中和反应的时间适中、温度较低时，压裂液的粘度和弹性较好，稳定性较高。
此外，改变温度和pH 值可调控压裂液的性能。
结论：本研究成功合成了一种粘弹性表面活性剂，并制备了酸性清洁压裂液。
测试结果表明，粘弹性表面活性剂作为稠化剂，能够有效提高压裂液的粘度、弹性和稳定性。
本研究为粘弹性表面活性剂在油气开采中的应用提供了一定的理论和实验基础。
然而，本研究还存在一些问题需要进一步研究，如粘弹性表面活性剂的合成工艺的优化、压裂液性能的稳定性等，这些将是进一步深入研究的方向通过本研究成功合成了一种粘弹性表面活性剂，并成功制备了具有不同性能的酸性清洁压裂液。
压裂液国内外研究现状
1. 压裂液国内外发展概况压裂技术是我国油气田开发必不可少的重要措施之一，它在增加产量和储量动用方面起到了重要的作用。
压裂的目的主要是形成具有一定几何形状的高导流能力裂缝，改善油气通道,从而增加油气产量。
而压裂液在压裂中起着非常重要的作用,压裂液体系的性能是关乎整个压裂施工作业成败及压裂效果的关键点之一,性能好的压裂液不但能够保障压裂施工的顺利进行，而且能够保护储层，获得理想的增产效果［1］。
压裂液通常是由各种化学添加剂按一定比例配制成具有良好粘弹性的冻胶状物质，主要分为水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、清洁压裂液［2］。
1947年，水力压裂首次在现场成功应用的初期，主要使用以原油、成品油所配成的油基压裂液,原因是水基压裂液会对水敏地层造成损害.五十年代，出现了控制水敏地层损害的方法以后，水基压裂液才被应用在压裂作业中，但油基压裂液仍为主要的压裂液。
到六、七十年代，增稠剂瓜胶及其衍生物的出现，使水基压裂液迅速发展并占据主要地位.到了八十年代,由于致密气藏开采和部分低压油井压后返排困难等问题，出现了泡沫压裂液。
到九十年代及以后，为了解决常规压裂液在返排过程中由于破胶不彻底对油藏渗透率造成很大伤害的问题，又开发研制了粘弹性表面活性剂压裂液，即清洁压裂液。
1.1 水基压裂液水基压裂液是以水作溶剂或分散介质，向其中加入稠化剂、添加剂配制而成的，主要采用三种水溶性聚合物作为稠化剂，即植物胶（瓜胶、田菁、香豆、魔芋等)、纤维素衍生物及合成聚合物.这几种高分子聚合物在水中溶胀成溶胶，交联后形成粘度极高的冻胶。
具有低摩阻、稳定性好、携砂能力强、低损害、施工简单、货源广、廉价等特点。
通常，水基压裂液按加入稠化剂种类大致可分为三种类型：天然植物胶压裂液、纤维素压裂液以及合成聚合物压裂液。
1.1.1 天然植物胶压裂液国内外最先研究和应用的是天然植物胶压裂液,因而这类压裂液使用最多，其中瓜胶及其改性产品为典型代表[3］。
双子表面活性剂类清洁压裂液的研究进展
2018年第37卷第8期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3155·化 工 进展双子表面活性剂类清洁压裂液的研究进展郭辉，庄玉伟，褚艳红，曹健，赵根锁，张国宝（河南省科学院高新技术研究中心，河南 郑州 450002）摘要：压裂技术是提高低渗透油气藏生产能力和油气井采收率的重要手段，而压裂液是影响压裂效果的关键因素。
相较于水基植物胶压裂液和以单链表面活性剂为稠化剂的传统清洁压裂液，双子表面活性剂类清洁压裂液在耐温、携砂和保护油气层等使用性能上更具优势，是新一代清洁压裂液发展重点。
本文综述了双子表面活性剂类清洁压裂液制备、性能及应用的研究进展，分析比较了阳离子双子表面活性剂类清洁压裂液、阴离子双子表面活性剂类清洁压裂液、两性双子表面活性剂类清洁压裂液等的优缺点，讨论了双子表面活性剂类清洁压裂液在油田领域的应用现状：阳离子双子表面活性剂类清洁压裂液的制备方法成熟，耐温性能较好，可以应用于中高温油田，但是其生产成本较高；阴离子双子表面活性剂类清洁压裂液能有效减少表面活性剂在地层的吸附损失，降低储层渗透率伤害，但是其合成条件苛刻，耐温性不高，适用于中低温油田；两性双子表面活性剂类清洁压裂溶液的耐温性好，但是其制备过程繁琐、成本高，难以大规模推广应用。
对双子表面活性剂类清洁压裂液的研究前景进行了展望：发展低成本的合成方法及耐高温双子表面活性剂类清洁压裂液的制备及应用。
关键词：双子表面活性剂；清洁压裂液；油田；制备；性能中图分类号：TE357 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）08–3155–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1979Research progress in gemini surfactant clean fracturing fluidsGUO Hui , ZHUANG Yuwei , CHU Yanhong , CAO Jian , ZHAO Gensuo , ZHANG Guobao（High New Technology Research Center of Henan Academy of Sciences, Zhengzhou 450002, Henan, China ）Abstract: Fracturing technology is very important for improving the production capacity of the lowpermeability reservoir, and the recovery of oil and gas wells. The fracturing fluids are the key factors to affect the fracturing effect ．Gemini surfactant clean fracturing fluids have become the key items in the development of new generation clean fracturing fluids, for its excellent utilization property compared with the water base plant fracturing fluid and traditional clean fracturing fluids with single-tailed surfactant as viscosifier. The recent advances in the preparation, performance and application of gemini surfactant clean fracturing fluids were reviewed in this paper. Different gemini surfactant clean fracturing fluids, including cationic gemini surfactant clean fracturing fluids, anionic gemini surfactant clean fracturing fluids, zwitterionic gemini surfactant clean fracturing fluids are compared, and the applications of gemini surfactant clean fracturing fluids in oilfield are also discussed. Cationic gemini surfactant clean fracturing fluids could be applied in medium-high temperature oilfields with the advantage of mature preparation methods and good anti-temperature property, the disadvantage of cationic gemini surfactant clean fracturing fluids is high cost. Anionic gemini surfactant clean fracturing fluids has the advantage of lower damage to reservoir permeability and stratum adsorption amount of surfactant, the disadvantage of anionic gemini surfactant clean fracturing fluids is harsh reaction 。
清洁压裂液——减少油层污染的新技术
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４・ ８
广州 化工
２１年 ３ ０ １ ９卷第 １ ２期
子。一般使用最多 的反 离子是 无机或 有机盐 类 ， 这些 离子 对提 高该 表面活性剂溶液的粘度是必要的 。其二表 面活性剂 在溶液 中的浓度也必须大 于 Ｃ ＭＣ（ 临界胶 柬浓 度 ） 。 ， 面活性 即 ， 因此 表
定条件 即特殊 的表面活性剂和一 定浓度 的反 相离子 ， 因此 ， 裂 压 液组成一般 为： １ 一种浓 度的无 机或有机 盐水溶 液（ （） 俗称激 活 剂）（） ；２ 至少有一种特殊性 的表面活性剂 （ 俗称增稠剂 ） （ ） ；３ 一 定量 的疏水性 的有机 醇以稳定 和增加液体粘 度。其 中增稠 剂为 核心部分 ， 虽然增稠 剂生产 的种 类繁多 ， 是归纳 起来 ， 但 国内外
部 分 水 不 溶 物 （０ ～ ｏ ） 未 彻 降 解 的 聚 合 物 残 留 在 地 层 裂 ２％ ６％ 和 缝 中， 响了地层 流体 的渗流 ， 影 降低 了压裂改 造效果 。人们
裂效果 ， 故人们习惯 称之 为清 洁压裂 液。常规胍胶 压 裂液 的返 排率一般为 ３ ％ ～ ０ ， ５ ４ ％ 而清 洁压 裂液则几 乎完全返排 ， 在一些 岩心渗透率实验 中也证 实了清洁压裂液对岩心 渗透率 的恢 复率
状或蚯蚓状胶束结构 。要形成具有 一定 粘度 的胶束 必须具 备两 个基本条件 ： 其一 具有 一定 特殊性 的能够 形成蚯 蚓状胶 束 的表
面 活 性 剂 ， 了抵 消 这 种 排 斥 力 ， 常 在 体 系 中 引 入 一 种 反 离 为 通
作者简 介： 高月泉（ ９ ０一） 男 ， １７ ， 工程师 ， 事采油增产技术研发工作 。Ｅ—ｍ ｉ：ｏｇｏ８ ６ ．ｏ 从 ａｌ ｔｕａ８ ＠１３ ｃｎ
关于新型压裂液进展的研究与分析
关于新型压裂液进展的研究与分析【摘要】压裂液是压裂技术的重要组成部分，是决定压裂成败的关键，随着时代的发展，压裂液体系也经历了聚合物压裂液，聚合物交联压裂液，泡沫压裂液和粘弹性表面活性剂压裂液四个发展阶段的变革.而高效，低伤害，低成本，是压裂液技术发展的方向，也是当下研究压裂液的首要问题，本文结合目前国内外对当下压裂液体系的发展情况以及现在压裂液存在的问题。
针对这些问题出现了一种新型压裂液体系粘弹性表面活性剂（VES）基压裂液（又称清洁压裂液），通过对国外清洁压裂液和聚合物压裂液体系的性能对比研究发现；清洁的压裂液具备高效能，低伤害，低成本的优势，迎合了压裂液未来发展的潮流，也是未来新型压裂液发展的方向。
【关键词】压裂液压裂液的发展与现状清洁压裂液性能方向1 压裂液的概述压裂液是压裂技术的重要组成部分，压裂主要用于油气藏增产，增注，因此压裂技术在油气勘探中得到迅速发展和广泛的应用。
我国的压裂液体系也经历了聚合物压裂液，聚合物交联压裂液，泡沫压裂液和粘弹性表面活性剂压裂液四个阶段的发展，压裂液也在逐步完善化，水基压裂液是目前国内外最普遍用的压裂液。
目前随着国外加大对油气田的开采力度，对压裂液的要求也越来越高，无（低）伤害的压裂液已在国外油气田中广泛应用。
2 国内压裂液的发展与现状自1947年压裂液首次用于油田增产之后压裂液也随之发生巨大的演变。
初期人们利用原油成品油配置油基压裂液，避免了使用水基压裂液对水敏地层造成伤害，五十年代后，随着研究出对水敏地层伤害的控制方法之后，水基压裂液才被推广与应用，但是仍以油基压裂液为主导，六十年代后随着胍尓胶增稠剂被研制成功，标志着压裂技术进入了现代压裂化学的新起点。
七十年代后成功的把胍尓胶化学改性尓获得了其他多种衍生物的产品完善了相应的交联体系，随之水基压裂液也逐步被认可，在实践中也被广泛的采用，替代了油基压裂液占据了主导地位，到八十年代时，伴随着致密气藏的开采和部分低压油井返排困难等问题的出现一部分的水基压裂液逐渐被泡沫压裂液所取代到了九十年代以后压裂液技术的体系日益成熟水力压裂液，油基压裂液，乳化压裂液和醇基压裂液等都被广泛应用于油气田的开采中，但是水基压裂液其自身具备成本低，配方方便等优点因而被广泛的推广，目前国内使用最普遍的压裂液是水基压裂液，它的使用量约占总量的70%，但是水基压裂液也有一定的缺陷，水基压裂液不能够完全的破胶，而破胶后残渣留在了缝隙中，从而使支撑剂充填层的渗透率严重降低，最终导致影响产层，大大降低了压裂液的使用效果和功效。
压裂液的研究进展调研报告
压裂液的研究进展调研报告压裂已经广泛应用于增产当中, 压裂液的性能在作业中起到至关重要的作用。
压裂液存在着破胶难，污染环境，污染储层，抗温抗盐性能差的问题。
为此，在研究大量文献的基础上,回顾了压裂液技术的发展和现状,总结了适合不同地层条件的国内外压裂液新技术,以及现阶段存在的问题,展望了未来的发展方向。
研究结果表明，目前仍是以聚合物增黏剂为主的水基体系，并且研究出了抗高温清洁压裂液，微束聚合物压裂液，无聚合物压裂液以及新型原油基压裂液等等。
水基压裂液残液五步处理法，在现场应用效果明显，残渣，破胶性能，相容性，水锁伤害是储层伤害的主要原因。
压裂液将主要朝着地层伤害小，抗温抗盐，地层适应性强，环境友好的方向发展。
压裂液的类型：水基压裂液、油基压裂液、酸基压裂液、泡沫压裂液。
压裂液自从1947年首次用于裂缝增产以来经历了巨大的演变。
早期的压裂液是向汽油中添加足以压开和延伸裂缝的黏性流体;后来,随着井深的增加和井温的升高,对压裂液的黏度提出了更高的要求,开始采用瓜胶及其衍生物基压裂液。
为了在高温储层中达到足够的黏度和提高其高温稳定性,研究出了高温油基压裂液。
最初使用的压裂液是炼制油和原油，由于最初担心压裂液和含有非酸性水液的油气储层接触，可能产生不利影响，后来实验已经证明，用适当的添加剂（粘土控制物质，表面活性剂等），使用水基液能处理大部分油气储层，在一个已知储层的压裂液处理中，最好是通过实验室地层岩心实验（或者一贯的现场结果）来确定水基压裂液的可用性。
水基压裂液体系及技术包括：非交联型黄原胶/魔芋胶水基冻胶压裂液技术、PAC阳离子聚合物压裂液体系、有机硼交联水基压裂液技术、哈利伯顿微束聚合物压裂液体系、高黏度水基压裂液、无聚合物压裂液体系、低凝胶硼酸压裂液、无固相压裂液、无破胶剂压裂液技术压裂液。
油基压裂液体系及技术：低渗、低压、水敏性油气藏储量占每年探明储量的1/3 而且有继续上升的趋势，有效合理地开发这部分油气藏对稳定增加油气产量意义重大。
粘弹性表面活性压裂液在低渗油藏中的应用
粘弹性表面活性压裂液在低渗油藏中的应用粘弹性表面活性(VES)压裂液的使用改变了人们对压裂处理期间压裂液和支撑剂作用的看法。
新VES压裂液的主要优点是，不用聚合物即可得到导流能力较高的支撑剂充填层，且无聚合物伤害。
对于压裂液来说，最重要的是保持原状地层渗透率和控制漏失量。
尽管常规的和新一代交联冻胶可以很好地控制漏失量，但它们会对保持支撑剂充填层的渗透率产生不利影响。
利用VES压裂液的其他优点包括：限制裂缝增长高度，增加有效裂缝长度。
对于多数低渗透地层，水力压裂的目的是产生长的高导流的裂缝。
硼酸盐或金属交联瓜尔压裂液的固有粘度高，会导致裂缝高度增长，而限制了裂缝长度增长。
VES压裂液靠流体的弹性与结构(不是粘度)传送支撑剂，因此VES压裂液可以在较低的粘度下有效地传送支撑剂。
同时，VES压裂液可以得到更好的裂缝几何形态，使高度降低，长度增加。
压力瞬变分析和示踪剂研究表明，这种无伤害低粘度压裂液即使使用很少的压裂液和支撑剂，也能有效地增加裂缝的长度。
使用VES的另一个优点是降低了摩擦压力。
因此，当通过挠性管进行压裂处理时最好使用VES压裂液。
VES压裂液还有其他一些用途，如消除滤饼、挠性管洗井等。
在无法用常规压裂液系统的情况下，可以使用VES技术。
现场试验结果表明，与常规聚合物压裂液系统相比，VES压裂液具有如下优点：(1) 由于有非常高的流体效率(85%左右)并完全(100%)保留了支撑剂充填层的传导率，这种无伤害的粘弹性表明活性剂压裂液可以产生更长的裂缝；(2) 用极少量的支撑剂即可实现与聚合物压裂液相似的支撑剂充填；(3) 由于添加剂系统很简单，很容易进行质量控制，甚至可以用海水胶化VES压裂液；(4) 用低粘度流体可以有效地传送支撑剂，使裂缝高度增长降至最低；(5) 由于摩擦压力低，以较小的水马力即可泵送VES压裂液，并获得较高的泵速；(6) 当泵送VES压裂液时，可以用挠性管有选择地处理不同的层段；(7) 用VES压裂液可节省大量钻机时间，快速完成井的清洗作业，使井尽快投产，提高产量。
清洁压裂液的研究与应用进展
清洁压裂液的研究与应用进展摘要：基于传统聚合物压裂液上提出的黏弹性表面活性剂（VES）压裂液（又名清洁压裂液）中可形成球形胶束，进而演变成具有高黏弹性的空间网状结构，从而实现对支撑剂的有效携带。
清洁压裂液无残余物，不会堵塞地层裂缝，返排性能强，提高了裂缝的导流能力，降低了对地层的损害和污染，增产效果显著。
本文首先综述了清洁压裂液的概况及其三种基本机理，其次对国内外的研究现状进行了简述，最后从目前的发展状况出发提出了几点清洁压裂液的发展趋势。
关键词：清洁压裂液；黏弹性表面活性剂；机理；发展现状水力压裂技术作为提高油气层产率的有效办法，在油气井增产、水井增注、提高低渗透率方面发挥了巨大的作用。
新型清洁压裂液具有残渣少、耐高温、黏度高、返排性好，同时又具有破胶迅速携砂能力强、降滤失性能优等特点。
在压裂作业时能够在目的储层形成一条具有优良导流能力的缝隙，油气储层的渗透性得到很大的提升，不仅可以有效地提高油气井的采收率，还减少了流体在地层裂缝中的渗透阻力和对油气储层的岩心伤害，达到了油井增产和注水增注的目的，从而受到人们的广泛关注，展现出良好的应用前景。
1 清洁压裂液的作用机理成胶机理黏弹性表面活性剂分子中含有亲水基和疏水基，分子链上有正负电荷。
在纯水中，亲水基伸入水相，长链疏水端远离，形成长链疏水基包裹的低黏度球形胶束。
加入盐或反离子表面活性剂等对胶束和水之间的电荷进行屏蔽，占有空间变小，胶束间通过范德华力和弱化学键的作用互相缠绕，转变为柔性棒状胶束。
随着浓度不断增加，在疏水基作用下胶束之间自动进行纠缠，形成空间网络结构。
抗剪切机理胍胶压裂液等抗剪切能力弱，分子链一旦断开，永久丧失黏度。
清洁压裂液的形成机理不同，其黏弹性来自于胶束相互纠缠形成的空间网络结构，抗剪切能力强，黏度保持稳定，高度剪切后能够恢复。
破胶机理盐溶液中清洁压裂液的流动性很低，而在含碳氢化合物和其他疏水物质的溶液中却很高。
上述物质与胶束接触后，棒状胶束在变化的带电环境中膨胀破裂成球状胶束，空间网络结构解体，黏弹性剧烈下降，同清水一般与产出液一起被返排回地面，在裂缝内部和井壁等处无残渣。
压裂液体系研究的进展与展望
求 ，发展 了聚合物 交联 ” ’ 与延迟破胶 技术 。 足压裂 工程的需 要 来满
交联聚合物所片 到的聚合物除了聚合物压裂液 中所 采用的聚合物外 ， ｛
还有合成聚合物 ，合成聚合物有聚丙烯酰胺 、 丙烯 酸钠 、聚丙烯酸 ， 聚 酯 、聚乙烯基胺 、 乙烯醇 、 聚 聚乙烯吡咯烷酮 、聚乙烯 吗啉 、丙烯 酰 胺与乙烯基苯 甲基磺酸盐或乙烯基 苯磺酸盐 共聚物等。
Ｈ Ｃ ＣＭＨＥ 应 用最 多 Ｅ和 Ｃ ２ 聚 合 物 交 联 压 裂 液
１ ９ 年 ，随着粘弹性表 面活性 剂技 术的发腱 ，压裂液的研制和开 ９７ 发取 得 了 突破 性 进 聪 。 Ｓ ｈｕ ｅｇ ｔ 荐了 一 种 粘弹 性 流 体 用 于 ｃ ｌｍｂ ｒｅ推 ‘ Ｇ ｏ ａ ｎ 的 修井 作 业 ，即所 没 计的 压裂 液 使用 粘 弹性 表 面 活性 剂 ｉ ｎａ ｖ （Ｅ） Ｖ Ｓ而不 用聚合物 Ｖ Ｓ Ｅ 压裂液粘 度低 ，但能 有效地输送 支撑 剂 ． 原 因在 于Ｖ Ｓ Ｅ 压裂液携带 支撑 剂是依靠流体的塑性和结构而不是流体 的粘 度 ，矧时能降低摩阻 力 ．该压裂液配制简单 ．主要州ＶＥ 在盐 水 Ｓ ｝ 配， Ｊ 溶解性 能 良好 ，不需要交联剂 、 破胶剂和其它化学添』 剂 ， 』 ｕ 无地层 伤害并 能使 充填层保持 良好的导流能 力，凶此也叫清洁型压 裂
植物胶具有增粘 、 降阻 、 热降解等特点 ，人们对其冻胶性 能的研 究较多 。冻胶体系组成有植物胶 、交联剂和破胶 剂等 ． 交联 剂包括有 ． 机硼或硼酸盐 、有机锆 、有机硼锆等 ．破胶剂为过疏酸铵 。采用硼 交 ． 联 的植 物胶压裂液对剪切敏感性较 小 ，且具有价廉 、清洁 、 毒 、 无 粘 弹性好 等优点 有机硼 交联植物 胶压裂 液具有 明显延迟 交联 、高弹 性 、剪切恢 复能力 、悬浮圊相颗粒 能力和低滤失特性 。有机锆 交联的 羟丙基 香豆胶 冻胶具有耐热 剪切的应 用性 能。有机硼锆交联羟丙基瓜 尔胶 ，交联时 约 １０ ， ８ ｓ 耐温高于 １０ ６ｏ Ｃ。
VES_SL粘弹性表面活性剂压裂液的研究及现场应用
VES -SL 粘弹性表面活性剂压裂液的研究及现场应用李爱山1,2,杨 彪2,马利成2,鞠玉芹2,黄 波2(1.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061;2.中国石化股份胜利油田分公司采油工艺研究院,山东东营257000)摘要:为了降低压裂改造过程中压裂液对油藏和支撑裂缝的伤害,开发研制了VES -SL 粘弹性表面活性剂压裂液,并利用RCV6300毛细管流变仪等试验仪器,对该压裂液的性能进行了研究。
室内评价结果表明,VES -SL 粘弹性表面活性剂压裂液在100℃和170s -1的条件下,经过1h 的剪切,其粘度在130m Pa s 以上;在120℃和170s -1的条件下,经过1h 的剪切,其粘度达50m Pa s 以上;随剪切时间的延长,该压裂液粘度变化很小;随温度的降低,该压裂液粘度具有很好的恢复性。
试验结果表明,该压裂液粘度高且成本低,对地层的伤害要比H PG 压裂液低50%左右。
现场试验证实,VES -SL 粘弹性表面活性剂压裂液的摩阻相当于清水摩阻的25%～30%,比HPG 压裂液的摩阻低1M P a /1000m ,2口压裂井共增产原油5600t 。
使用该压裂液进行压裂施工,可以有效地降低压裂液对油藏和支撑裂缝的伤害,同时提高油井的增产效果。
关键词:压裂液;粘度;地层伤害;裂缝导流能力;现场试验中图分类号:TE357.12文献标识码:A 文章编号:1009-9603(2006)06-0097-04 在低渗透油藏的改造过程中,为了降低压裂液对油藏和支撑裂缝的伤害,开发了种类繁多的压裂液体系[1]。
其中,由于粘弹性表面活性剂压裂液体系对油藏和支撑裂缝伤害小且易返排,而成为压裂液领域的研究重点。
粘弹性表面活性剂压裂液不含高分子聚合物,其增稠性能是由特殊的表面活性剂分子来实现的,这些具有特定结构的表面活性剂分子[2]溶解到水中后,能够形成一种类似于高分子线团结构的胶束,从而使得水溶液具有较高的粘度,因此可以作为压裂液使用。
粘弹性表面活性剂基压裂液的研究与分析
收稿日期:2008-04-29作者简介:陈 微(1983-),女,黑龙江省五大连池市人,在读硕士研究生。
联系人:王宝辉,电话:(0459)6503498,E 2mail :wangbaohui60@ 。
文章编号:1004-9533(2009)04-0361-05粘弹性表面活性剂基压裂液的研究与分析陈 微1,王宝辉1,张秋实2,吴红军1,刘 威1,刘佳刚1(1.大庆石油学院化学化工学院,黑龙江大庆163318;2.大庆石油学院石油工程学院,黑龙江大庆163318)摘要:粘弹性表面活性剂基压裂液(VES 压裂液)作为环保压裂液在国内外油田的应用已经取得良好的效果,对储层无污染,且能提高充填层导流能力。
论述了粘弹性表面活性剂基压裂液的体系组成、主要特点和压裂机理。
该压裂液及剪切稳定性、零伤害性、自动破胶性和低滤失性于一体,在油田具有广阔的应用前景。
特别是纳米技术的应用,进一步优化了VES 压裂液体系,使该压裂液也适应于干气气藏。
介绍了VES 压裂液在国内外的研究进展,提出了其应用的优越性和存在的不足。
关键词:压裂液;粘弹性表面活性剂基压裂液;压裂机理;纳米技术中图分类号:TE35711+2 文献标识码:AAdvance in Viscoelastic Surfactant 2B ased Fracturing FluidCHE N Wei 1,W ANG Bao 2hui 1,ZH ANG Qiu 2shi 2,W U H ong 2jun 1,LI U Wei 1,LI U Jia 2gang1(1.C ollege of Chem istry and Chem ical Enginering ,Daqing Petroleum Institute ,Daqing 163318,Heilongjiang Province ,China ;2.C ollege of Petroleum Engineering ,Daqing Petroleum Institute ,Daqing 163318,Heilongjiang Province ,China )Abstract :Viscoelastic surfactant 2based fracturing fluid (VES fracturing fluid )has already achieved well effect as environmental fracturing fluid in the oil field at home and abroad.VES fracturing fluid is no harm to the reserv oir and can enhance the conductivity of filling layer.This article reviews the com position ,fracturing mechanism ,main features ,shortcomings and applications of the VES fracturing fluid.In particular ,the application of nano technology im proves the VES fracturing fluid systems and makes the VES fracturing fluid adapt to dry gas reserv oirs.K ey w ords :fracturing fluid ;viscoelastic surfactant 2based fracturing fluid ;fracturing mechanism ;nano technology 压裂是油气井增产,注水井增注的一项重要技术措施。
浅议粘弹性表面活性剂研究进展及运用_卢涛
科协论坛・2007年第4期（下）・１３２・１.性表面活性剂溶液的形成过程及内部微观结构
在一定的表面活性剂溶液体系中，当浓度很低时，表面活性剂呈单分子状态（此时溶液称单体溶液而且溶液粘度很低，表现为牛顿流体；随着溶液浓度的不断增大，当表面活性剂的浓度等于临界胶束浓度（cmc ）时，在溶液中自动组装形成球状形胶束；随着浓度继续增大，球形胶束开始向蠕虫状（worm →like ）胶束转变，当浓度进一步增大蠕虫状胶束快速生成、增长并形成线型柔性长棒状（Flexible Rod →like ）胶束，柔性长棒状胶束相互缠绕、粘附甚至融合；最后形成某种超分子三维空间网状结构，在表面活性剂溶液体系中，表面活性剂由"单分子→球型→类球型→长棒状→蠕虫状→层状→三维空间网络结构"形成。
２.粘弹性表面活性剂的宏观性质
2.1、粘弹性表面活性剂的力学性质
粘弹性表面活性剂溶液在瞬间加上一个保持恒定应力
()并随时间的发展而不断发展，并趋向恒定的应变速度(与粘性流体类似)。
但在应力除去后,应变逐渐减小并部分恢复留下永久变形，即溶液在蠕变时发生粘性流动，称之为粘弹性液体。
也就是说粘弹性溶液既有粘性也有弹性，其形变包括发粘性形变和弹性形变，弹性形变的特点之一是变形时能储藏能量(E )，而应力除去后，能量又释放出来使形变消失。
而粘性形变则在应力除去后应变保持不变。
2.2、粘弹性表面活性剂的流变特性
粘弹性表面活性剂溶液体系的零剪切粘度（
和复合
粘度。
粘弹性表面活性剂技术在酸化中的应用_叶艳
粘弹性表面活性剂技术在酸化中的应用叶艳1吴敏2陈馥1胡星琪1(1.西南石油学院化学化工系 2.中国石油西南油气田分公司天然气研究院)摘要粘弹性表面活性剂(VES)技术在压裂液中已成功应用多井次,并取得良好效果。
介绍了一种应用粘弹性表面活性剂的新型转向酸液技术,主要用于碳酸盐岩非均质地层的酸化。
该体系因其独特的流变性且无聚合物、无固相,因而施工后在地层无滞留物,返排彻底,对地层的伤害小。
其适用井温可达100e左右,是一种理想的新型酸液体系。
主题词粘弹性表面活性剂酸化转向胶束自成胶酸化是油气田增产的主要措施。
多年的室内研究和现场施工表明,酸液的滤失控制是酸化施工的关键之一。
为有效控制酸液滤失,延缓酸岩反应速度,达到均匀布酸的目的,目前已形成的酸液体系主要有:胶凝酸、乳化酸、活性酸、泡沫酸、控滤失酸等。
其中由Schlumberger DOWE LL公司研制的控滤失酸液体系比常规胶凝酸降滤失系数提高50%左右[1],但由于该体系使用了合成的聚合物,在现场使用中仍存在聚合物残余物在地层中滞留造成一定程度的地层损害,以及返排困难等问题。
自上世纪90年代以来,国外已成功地将粘弹性表面活性剂(简称VES)技术用于压裂液[2]。
粘弹性是一种能在很多胶体体系尤其是许多表面活性剂溶液中观察到的现象。
通过简单地使溶液产生涡旋后观察捕集在样品中的空气泡的弹性碰撞,很容易发现溶液的粘弹性。
在这些溶液中形成的聚集体可用电子双折射、流动双折射、核磁共振、流变性、动力学和中子散射实验等进行表征。
这些研究结表明,在一定的浓度范围内,这些溶液与缠结状的聚合物体系具有相同的动力学性质[3]。
能配出粘弹性溶液的许多表面活性剂都是一些具有吡啶钅翁或三甲基铵盐端基的阳离子表面活性剂以及长链脂肪酸的季铵盐类阳离子表面活性剂,典型的例子有十六烷基吡啶水杨酸和十六烷基三甲基铵水杨酸盐。
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,其胶束主要呈蚯蚓状或柔性长圆棒状,相互之间高度缠结形成可逆的三维空间网状结构,表现出独特而优良的流变性、粘弹性、剪切稀释性等[4]。
阴离子型VES压裂液的研究进展和应用展望
阴离子型VES压裂液的研究进展和应用展望目前的VES压裂液大多使用阳离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂的生物降解能力较差，对生物具有一定的毒性，不符合环保标准，在环境敏感地区和海洋中是禁止排放的。
因此，为了降低对地层的吸附性，更好的保护储层，为使压裂后油气增产效果显著，需要开发更加环保、更加高效的阴离子型VES压裂液。
标签：阴离子；VES压裂液；油气；研究阴离子型VES压裂液配制简单，溶解性能良好，对地层无伤害并能使充填层保持良好的导流能力，排液能力强，压裂液残渣几乎为零，几乎不改变油层的润湿性并且能够有效的稳定粘土，使压裂过程中的表皮效应和油层污染接近于零。
该压裂液不含聚合物，不需要破胶剂，现场配液简单，能有效控制缝高，施工摩阻只有水的25%～40%，液体效率达85%，远高于胍胶压裂液的52%。
在渗透率小于5×10-3μm2的低渗透储层中滤失量小，对储层伤害小，压裂后油气增产效果明显比胍胶压裂液好。
1 国内阴离子型VES压裂液的研究进展目前针对阴离子型VES溶液研究相对较少。
张劲、李林地等以代号D3F-AS05的阴离子型黏弹性表面活性剂（VES）为基础，通过组分用量筛选，制备了阴离子型VES压裂液，配方是：3.2%D3F-AS05 +0.1%防垢剂EDTA+5.5%反离子供体/防膨剂KCl+0.4%KOH。
经过大量的室内实验，对D3F-AS05清洁压裂液进行了室内性能评价。
由图1可以看出，研制的D3F-AS05清洁压裂液的粘度随温度的升高而降低，逐渐趋于平缓。
当温度下降后，其粘度可在5 s左右恢复初始值，粘度在温度影响下具有可逆性，逆变过程几乎是瞬间的。
由此看出，D3F-AS05清潔压裂液具有良好的热稳定性。
由图2可以看出，D3F-AS05清洁压裂液的粘度随剪切速率的加快而降低，逐渐趋于平缓。
当剪切速率下降后，其粘度可在3s左右恢复到初始值，其粘度在剪切力影响下具有可逆性，逆变过程基本是瞬间完成的。
压裂技术现状及发展趋势
压裂技术(jìshù)现状及发展趋势(长城(Chángchéng)钻探工程技术(jìshù)公司(ɡōnɡsī)) 在近年(jìn nián)油气探明储量中，低渗透储量所占比例上升速度在逐年加大。
低渗透油气藏渗透率、孔隙度低，非均质性强，绝大多数油气井必须实施压裂增产措施后方见产能，压裂增产技术在低渗透油气藏开辟中的作用日益明显。
1、压裂技术发展历程自1947年美国Kansas的Houghton油田成功进行世界第一口井压裂试验以来，经过60多年的发展，压裂技术从工艺、压裂材料到压裂设备都得到快速的发展，已成为提高单井产量及改善油气田开辟效果的重要手段。
压裂从开始的单井小型压裂发展到目前的区块体积压裂，其发展经历了以下五个阶段[1]：（1）1947年-1970年：单井小型压裂。
压裂设备大多为水泥车，压裂施工规模比较小，压裂以解除近井周围污染为主，在玉门等油田取得了较好的效果。
（2）1970年-1990年：中型压裂。
通过引进千型压裂车组，压裂施工规模得到提高，形成长缝增大了储层改造体积，提高了低渗透油层的导流能力，这期间压裂技术推动了大港等油田的开辟。
（3）1990年-1999年：整体压裂。
压裂技术开始以油藏整体为单元，在低渗透油气藏形成为了整体压裂技术，支撑剂和压裂液得到规模化应用，大幅度提高储层的导流能力，整体压裂技术在长庆等油田开辟中发挥了巨大作用。
（4）1999年-2005年：开辟压裂。
考虑井距、井排与裂缝长度的关系，形成最优开辟井网，从油藏系统出发，应用开辟压裂技术进一步提高区块整体改造体积，在大庆、长庆等油田开始推广应用。
（5）2005年-今：广义的体积压裂。
从过去的限流法压裂到现在的直井细分层压裂、水平井分段压裂，增大储层改造体积，提高了低渗透油气藏的开发效果。
2、压裂技术(jìshù)发展现状经过五个阶段的发展，压裂技术(jìshù)日益完善，形成为了三维压裂设计软件和压裂井动态预测(yùcè)模型，研制(yánzhì)出环保(huánbǎo)的清洁压裂液体系和低密度支撑剂体系，配备高性能、大功率的压裂车组，使压裂技术成为低渗透油气藏开辟的重要手段之一。
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文章编号:1674-5086(2009)02-0125-05粘弹性表面活性剂压裂液新技术进展*王均,何兴贵,周小平,王萍,关兴华(中国石化石油工程西南公司井下作业分公司研究所,四川德阳618400)摘 要:将粘弹性表面活性剂压裂液研究进展分为四个部分:粘弹性表面活性剂压裂液成胶破胶机理研究与认识、粘弹性表面活性剂研制与优选、粘弹性表面活性剂压裂液性能评价与研究、改性疏水(缔合)聚合物与粘弹性表面活性剂复合压裂液。
通常粘弹性表面活性剂压裂液不含聚合物,只有几种添加剂,在含盐介质中自动成胶而不需要交联剂,遇地层产出油气和水会自动破胶而不需要破胶剂;该体系配液方便,操作性强,可有效控制缝高,施工摩阻小,在低渗透储层中滤失量小,储层伤害小,压后油气增产效果显著,特别适合渗透率小于5 10-3 m2的油气层压裂,在高渗透层中渗透率又比胍胶压裂液大而有利于采用端部脱砂压裂工艺。
加强改性疏水(缔合)聚合物制备与应用研究以降低粘弹性表面活性剂压裂液成本是粘弹性表面活性剂压裂液研究的重要方向。
关键词:压裂液;粘弹性表面活性剂;改性疏水(缔合)聚合物;研究;进展;应用中图分类号:TE357.11 文献标识码:A DO I:10.3863/.j i ssn.1674-5086.2009.02.032粘弹性表面活性剂压裂液VES(V isco-E lasitic Surfactant)由低分子长链脂肪酸衍生物季铵盐阳离子表面活性剂、盐溶液、激活剂和稳定剂几种添加剂组成[1-2]。
其中,表面活性剂相当于常规压裂液中胍胶增稠剂,其分子质量比胍胶小5000倍[3],分子结构中含有亲水基和长链疏水基,在水中疏水基被周围亲水基包裹形成球状胶束,在盐介质中,引进的阴离子能平衡表面活性剂阳离子间的电荷斥力,形成蠕虫状或柔性棒状胶束,当粘弹性表面活性剂达到临界浓度时,蠕虫状或柔性棒状胶束相互缠绕而形成高粘弹性的空间网状胶束结构,能有效携带支撑剂和造缝[1-4];遇地层中的油气和水后,网状胶束结构中的亲油基和亲水基使油气和水增溶而崩解成低黏度球状胶束,实现粘弹性表面活性剂压裂液的自动破胶以利于残液的返排[1-4];粘弹性表面活性剂压裂液流动摩阻小,只有清水摩阻的25%~ 40%[5]和常规压裂液摩阻的33%[6],且具有控缝高而造长缝的作用[6-7];表面活性剂压裂液不含聚合物,破胶后没有胍胶压裂液那样在地层中残留60%以上的固体残渣而导致油气层的严重伤害[8-9];表面活性剂压裂液滤失量小,压裂液效率高,伤害性小,特别适合渗透率<5 10-3 m2的低渗透油气层的压裂改造[5-10];表面活性剂压裂液有效携砂黏度为25mPa s,比胍胶压裂液在同等条件下最小携砂黏度>50mPa s小一倍[5],不需要交联剂及破胶剂,配方组成简单,现场可操作性强,在国内外获得了广泛应用,早在2000年,国外采用表面活性剂压裂液施工就达2400井次[11]。
川西致密砂岩气藏渗透率远低于5 10-3 m2,表面活性剂压裂液具有广泛的应用前景,因此,综述粘弹性表面活性剂压裂液在国内外的研究进展和应用现状具有十分重要的意义。
1 VES研究进展纵观国内外粘弹性表面活性剂压裂液研究历程,粘弹性表面活性剂压裂液研究始于1997年,在10年时间内取得了长足进展,主要表现在四个方面:一是粘弹性表面活性剂压裂液成胶破胶机理的研究与认识;二是粘弹性表面活性剂的优选与制备;三是粘弹性表面活性剂压裂液性能的实验评价与研究;四是发展了改性疏水(缔合)聚合物与粘弹性表面活性剂复合压裂液。
1.1 VES成胶破胶机理研究与认识根据粘弹性表面活性剂压裂液流经盐水和煤油浸泡岩芯的流动实验研究,在经盐溶液浸泡岩芯的进口端有大量的表面活性剂残留,其残留量比岩芯第31卷 第2期 西南石油大学学报(自然科学版) V o.l31 N o.2 2009年 4月 Journa l o f South w est P etroleu m U n i versity(Sc i ence&T echno logy Editi on) A pr. 2009*收稿日期:2008-01-31作者简介:王均(1962-),男(汉族),四川威远人,工程师,主要从事石油工程地质和酸化压裂等井下工艺技术研究及管理。
出口端大10倍,说明粘弹性表面活性剂压裂液在盐介质中形成了高粘性的胶束结构,使其流动性变差,容易在岩芯进口端聚集;但粘弹性表面活性剂压裂液流经煤油浸泡岩芯的流动速度和流量明显高于流经盐溶液浸泡岩芯的流动速度和流量,表明粘弹性表面活性剂压裂液在煤油介质中能自动破胶,体系黏度小,在岩芯中的渗流性能良好,因此在煤油浸泡岩芯的入口端没有表面活性剂的聚集和残留[12]。
粘弹性表面活性剂在盐介质中形成高粘弹性胶束结构的特点会影响其流动性,因此,为了延缓粘弹性表面活性剂压裂液网状胶束结构的形成时间而以利于压裂施工中的泵送,可采用两种方法:一是利用尿素作氢键阻断剂,阻止反离子之间的氢键作用,降低体系黏度,并通过加温使尿素分解,促使氢键恢复以满足高粘造缝的要求;二是通过控制反离子的释放速度来延缓胶束结构的形成[13]。
综合国内外学者的研究与认识,粘弹性表面活性剂压裂液成胶破胶机理如图1所示[14]。
图1 粘弹性表面活性剂压裂液成胶破胶机理示意图F i g.1G el and break m echanis m chart of v is co-elastics urfactant fracturi ng fl ui ds粘弹性表面活性剂分子中含有分子结构不同的两个基团,一个是亲水基,另一个是长链疏水基,在纯水介质中,疏水基被水相排斥,亲水基伸展进入周围的水相,形成将长链疏水基包裹的低黏度球形胶束;在盐介质中,反离子(如水杨酸根、卤素离子等)屏蔽表面活性剂胶束与水界面的电荷,并与表面活性剂分子强烈缔合,使球形胶束演变成柔性棒状或蠕虫状胶束;当表面活性剂浓度达到临界浓度时,柔性棒状或蠕虫状胶束相互缠结,形成类似胍胶聚合物交联冻胶体的高粘弹性空间网状结构而实现支撑剂的携带和造缝;遇到地层产出的油气和水时,表面活性剂分子中的亲油基和亲水基使油气和水在胶束体中增溶,使网状胶束结构发生膨胀而崩解成低黏度的球形胶束,实现粘弹性表面活性剂压裂液的自动破胶。
1.2 VES的制备在2002 2007年,通过实验制备的粘弹性表面活性剂达10种之多:包括长链脂肪酸衍生物甜菜碱表面活性剂压裂液[15]、SCF[16]、VES-80[17]、VES-70[18]、FRC-1[18]、VES-1[19]、VES- 和VES- [20]、EA-22[21]、VES-SL[5]。
这些粘弹性表面活性剂压裂液中有的适用温度较低,需要在实验研究基础上采用6种方法来提高粘弹性表面活性剂压裂液的耐温抗剪切性以满足高温深井压裂施工的需要:(1)提高粘弹性表面活性剂浓度,由1.5%提高到6.0%,可将耐温性能从60 提高到90 [6];(2)在非离子型表面活性剂中加入交联剂,可将适用温度提高到100 [5];(3)在阳离子表面活性剂中加入适量阴离子表面活性剂,可以将适用温度提高到120 [14,22];(4)在高分子表面活性剂中加入胶束促进剂,可以将适用温度提高到140 [10];(5)采用两性表面活性剂卵磷脂与非水溶性有机醇类(2-乙基己醇、正癸醇、环己醇及其混合物)和低分子醇类(甲醇、乙醇、丙醇、丁醇及其混合物)复配体系,可将适用温度提高到150 [22];(6)采用阴离子表面活性剂(烷基磺酸盐、苯磺酸盐或烷基苯磺酸盐)与非离子表面活性剂(乙二醇环氧乙烷、苯酚环氧己烷、直链醇环氧乙烷)和亲水性表面活性剂(二羧酸酯、磷酸酯、二甲苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠)及非水溶性有机醇(苯甲醇、2 -甲基乙醇、癸醇或2-癸醇及其混合物)复合体系,也可以将适用温度提高到150 [22]。
1.3 VES性能实验研究与评价根据粘弹性表面活性剂压裂液流变性实验研究,在93 以前,VES粘弹性表面活性剂压裂液黏度随温度升高而增加,之后,黏度随温度升高而下降;在115 和120 及170s-1剪切条件下,粘弹性表面活性剂压裂液黏度分别在25.0mPa s[4,12]和25.0~37.5mPa s[22]以上,满足粘弹性表面活性剂压裂液最低携砂黏度 25.0mPa s的要求。
实验研究还表明,粘弹性表面活性剂压裂液流变指数在96 以下时,随温度升高而增加,在96 以上时,随温度升高而减小;稠度系数则相反,在96 以下时,随温度升高而减小,在96 以上时,随温度升高而增大[12],表明粘弹性表面活性剂压裂液粘温流变性良好,携砂和造缝能力强。
根据粘弹性表面活性剂压裂液滤失性、伤害性、126西南石油大学学报(自然科学版) 2009年携砂性、破胶性和摩阻等性能的实验研究,粘弹性表面活性剂压裂液成胶后的高粘弹性特点,使其很难通过渗透率小于5 10-3 m2的油气层滤失而进入岩石孔隙和喉道,其滤失量小,且滤失不形成滤饼,对岩石的防膨率可达87%[23],岩芯渗透率可恢复达90%~96%[5,8],支撑裂缝导流能力保持率达90% ~95%以上[6-8],远高于胍胶压裂液的裂缝导流能力保持率40%~45%[8],因此伤害性明显比胍胶压裂液小,对煤油浸泡岩芯的伤害率只有3.84%[5]。
但对高渗透率储层而言,粘弹性表面活性剂压裂液滤失速度又比胍胶压裂液大,有利于端部脱砂工艺的应用[21]。
在现场以3m3/m i n的排量施工,VES粘弹性表面活性剂压裂液摩阻梯度为0.01M Pa/m,只相当于清水摩阻的23.4%或28%~38%[5,7-8]。
在100 和170s-1剪切条件下,粘弹性表面活性剂压裂液黏度保持在80mPa s以上,支撑剂沉降速度小达0.005~0.006c m/s,远小于支撑剂最大允许沉降速度0.08c m/s[5],可见粘弹性表面活性剂压裂液携砂和造缝性能良好。
在煤油介质中经30m in自然破胶后,残液黏度为2.82m Pa s,表明VES粘弹性表面活性剂压裂液自动破胶效果良好[4]。
1.4 发展了改性疏水(缔合)聚合物与表面活性剂复合压裂液早在20世纪90年代初中期,国外就有人研究改性疏水(缔合)聚合物对溶液或表面活性剂性能的影响[24-25]。
改性疏水(缔合)聚合物与粘弹性表面活性剂的协同作用可以增强粘弹性表面活性剂压裂液胶束结构的稳定性,且引入改性疏水(缔合)聚合物后,不仅可以降低粘弹性表面活性剂的用量,还能进一步降低粘弹性表面活性剂压裂液在高渗透储层中的滤失量,增强粘弹性表面活性剂压裂液造缝能力,也能克服VES与地层产出物不配伍而产生较大伤害性的乳状液等弊端,进而降低储层伤害[25-26]。