水基压裂液增稠剂的研究进展
合成聚合物压裂液稠化剂的研究进展
合成聚合物压裂液稠化剂的研究进展李斌;彭欢;李晓龙【摘要】Hydraulic fracturing, which is the effective measures for enhanceding oil and gas well production and increasing water injection, has become one kind of the most important transformation methods foroil and gas layer. The performance of fracturing operation was directly affected by fracturing fluid. Since synthetic polymer fracturing fluid had plenty of superiority than regular Gung Gum fracturing fluid, such as better thickening ability, nice suspended sand capability, insensitive to the bacteria, gel has good stability, no residue, low to the formation damage and low cost etc., it became a hot direction of the research at home and abroad.Synthetic polymers included acrylamide with polyvinyl alcohol, etc., acrylamide class thickener research mainly concentrated in low molecular weight, acid cross-linked, hydrophobic association, and well salt resistance and shear resistance.%水力压裂已经成为一种改造油气层的重要方法，是油气井增产、注水井增注的有效措施。
丙烯酰胺类压裂液稠化剂的研究进展
文章编号：1000 − 7393(2023)04 − 0499 − 11 DOI: 10.13639/j.odpt.202303021丙烯酰胺类压裂液稠化剂的研究进展郑博玄1 周洪涛2 武晓通1 邱晓慧3 宋宗效1 孙明波11. 中国石油大学(华东)石油工程学院；2. 中国石油大学(北京)克拉玛依校区石油学院；3. 中国石油勘探开发研究院引用格式：郑博玄，周洪涛，武晓通，邱晓慧，宋宗效，孙明波. 丙烯酰胺类压裂液稠化剂的研究进展［J ］. 石油钻采工艺，2023，45（4）：499-509.摘要：人工合成聚丙烯酰胺和天然植物胶如瓜尔胶等常作为压裂液稠化剂，与瓜尔胶等天然植物胶相比，丙烯酰胺类人工合成稠化剂因其在性能、价格、清洁程度方面更具优势，而在油田压裂作业中广泛使用。
对丙烯酰胺类压裂液稠化剂进行了调研，根据聚丙烯酰胺类压裂液稠化剂参与合成的反应单体数目进行了分类(1~5种)，总结了丙烯酰胺类压裂液稠化剂的合成方法、合成条件，并对部分反应单体增效原因进行了解释，提出了在合成时缺少竞聚率测定、缺少对聚合物进行结构设计等问题，而这可能是影响其性能的关键。
该研究可为合成丙烯酰胺类压裂液稠化剂时单体选择、合成方法提供参考。
关键词：压裂液；稠化剂；丙烯酰胺；合成；单体中图分类号：TE39；TE357 文献标识码： AResearch progress on acrylamide fracturing fluid thickenersZHENG Boxuan 1, ZHOU Hongtao 2, WU Xiaotong 1, QIU Xiaohui 3, SONG Zongxiao 1, SUN Mingbo 11. School of Petroleum Engineering , China University of Petroleum (East China ), Qingdao 266580, Shandong , China ;2. School of Petroleum Engineering , Karamay Campus , China University of Petroleum (Beijing ), Karamay 834000, Xinjiang , China ;3. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development , Beijing 100081, ChinaCitation: ZHENG Boxuan, ZHOU Hongtao, WU Xiaotong, QIU Xiaohui, SONG Zongxiao, SUN Mingbo. Research progress on acrylamide fracturing fluid thickeners ［J ］. Oil Drilling & Production Technology, 2023, 45(4): 499-509.Abstract: Artificially synthesized polyacrylamides and natural plant gums such as guar gum are often used as fracturing fluid thickeners. Compared with natural plant gums such as guar gum, artificially synthesized polyacrylamides have distinct advantages in terms of performance, cost, and environmental cleanliness, as a result, they are widely used in hydraulic fracturing operations in oilfields. The acrylamide fracturing fluid thickeners were investigated, and then classified according to the number of reaction monomers involved in the synthesis of polyacrylamide fracturing fluid thickeners (ranging from 1 to 5). The synthesis methods and conditions for the acrylamide fracturing fluid thickeners were summarized, and the reasons for the synergy of some reaction monomers were explained. Furthermore, certain issues, such as the lack of reactivity ratio measurement and the absence of structural design of the polymers, in the synthesis process wore proposed, which may be critical factors affecting their performance. This research can serve as a reference for selecting monomers and synthesis methods when synthesizing acrylamide fracturing fluid thickeners.Key words: fracturing fluid; thickener; acrylamide; synthesis; monomer第一作者: 郑博玄(1999-)，在读硕士研究生，研究方向为油田化学。
高矿化度水基压裂液研究进展
Ｈａｒｒｉｓ等哺１研究了采用２％ＫＣｌ溶液和海
水两种溶剂分别配制的硼交联冻胶在４０ Ｓ～、温度 ７６．７℃、羟丙基瓜尔胶加量Ｏ．３６％下的黏度。结果 发现，与２％ＫＣｌ溶液配制的冻胶体系相比，由于海 水的矿化度更高，冻胶的黏度较低，但是仍能达到
９００
ｍＰａ・ｓ，连续剪切２ｈ后黏度维持在７００ ｍＰａ・ｓ以
合物压裂液体系，取得了较好的效果。水溶性两性
聚合物是分子链上含有正负两种电荷基团的水溶
性高分子，与仅含有一种电荷的水溶性阴离子型或 阳离子型聚合物相比，它们的性能最为独特乜“。在 体系中加入了可与两性聚合物产生协同效应的表 面活性剂，结构会得到进一步强化。该体系具有如 下特性：①在盐水中的黏度不但不降低反而升高， 呈现出十分明显的反聚电解质效应；②具有剪切稀
预处理就是在配制压裂液之前通过向水源中
第３２卷第４期
何乐，王世彬，郭建春等：高矿化度水基压裂液技术研究进展
６２３
溶胀、增黏性能都有显著提升。在ＨＰＧ加量０．４％、 １５。Ｃ下，ＨＰＧ能在５ ｍｉｎ内基本溶胀，基液黏度能达 到４３．５ ｍＰａ・Ｓ，同时硼交联冻胶的抗剪切性能也有
水配制压裂液，该体系所采用产出水的钙、镁离子
的产出水提出了羧甲基羟丙基瓜尔胶（ｃａｒｂｏｘｙ．
ｍｅｔｈｙｌ ｈｙｄｒｏｘｙｐｒｏｐｙｌ ｇｕａｒ，ＣＭＨＰＧ）＋锆交联剂＋过
硫酸盐破胶剂的酸性压裂液体系。在温度５３．３℃、
剪切速率３７．７ ｓ～、ｃＭｍ＇Ｇ加量０．３６％、ｐＨ为５．７时， 锆交联ＣＭＨＰＧ体系的流变性能最优，黏度最高达 到２５００ ｍＰａ・ｓ，基本接近于淡水配制的压裂液的性
浓度分别达到２９２２２ ｍｇ／Ｌ和４３４７ ｍｇ／Ｌ，矿化度高
达２６７５８８ ｍｇ／Ｌ。由于较高的钙、镁离子含量，产出 水在ｐＨ为８左右就会生成大量无机垢，因此通过添 加磷酸盐型阻垢剂防止结垢。在温度６０‘＝Ｃ、剪切速
压裂液添加剂的作用及现场应用(长庆化工)综述
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。
压裂液增稠剂的合成及性能研究
Vol 41/No 22/Westleather
含量过高常导致聚合物相对分子质量的降低与压裂液成本增加 [３] ꎬ
优化后 ＡＳ２ 比例为 ２５％ ꎮ
２. １. ２ ＡＡＮＡ 加量变化对聚合物性能的影响
控制反应体系中单体总 浓 度 为 ２５％ ꎬ ＡＡＮＡ 在 总 单 体 中 的 加
于烧杯中ꎬ 调节好搅拌杆的高度ꎬ 然后将转速调节为 ４００ 转ꎮ
(２) 称取 ４ 克干粉 ( 配置浓度为 １％ 的聚合物溶液) ꎬ 将干粉缓
慢均匀的撒入换调器中ꎬ 加完后开始计时ꎮ
(３) 定时测量溶液
１. ２. ３ 溶解性测试
方法同 １. ２. ２ꎬ 用以下公式来计算溶解速率:
２ｍｉｎ 的黏度
溶解速率 ＝
中图分类号: Ｏ６３１. ３ 文献标志码: Ａ 文章编号: １６７１ － １６０２ (２０１９) ２２ － ００５８ － ０３
引言
我国是一个能源消耗大国ꎬ 能源是国家经济发展的重要保障ꎮ
随着油气勘探开发的不断深入ꎬ 低渗、 超低渗储层、 致密油气储层
所占比重加大ꎬ 储层的物性越来越差ꎬ 对水力压裂液提出更高的要
求 [１] ꎮ 而目前普通的聚丙烯酰胺聚合物存在耐温性能差、 耐盐性能
差、 耐剪切性能差等缺点 [２] ꎮ 针对这一问题ꎬ 我们通过对聚合物改
性ꎬ 并对其配方进行一定的优化ꎬ 得到性能良好的聚合物ꎮ
１ 实验部分
１. １ 材料与仪器
１. １. １ 主要试剂
ＡＭ: 分析纯ꎬ 安耐吉科技有限公司ꎻ
ＡＡＮＡ: 分析纯ꎬ 安耐吉科技有限公司ꎻ
入换调器中ꎬ 待充分溶解ꎬ 静置 ２ 小时ꎮ 使用哈克 ＲＳ６０００ 流变仪进
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。
研究低摩阻水基冻胶压裂液体系
研究低摩阻水基冻胶压裂液体系摘要：本文对于延迟交联压裂液体系进行了系统研究，着重介绍了压裂液的机理、延迟交联压裂液的室内试验、室外试验以及延迟交联压裂液的综合性能评价，提出了典型配方和主要参数，分析了现场应用情况。
关键词：压裂液；室内试验；现场试验；经济效益一、前言在压裂施工过程中，作为其血液的压裂液的性能尤为关键，交联剂的好坏决定施工的成败和施工过程中摩阻的大小，提高效率、降低摩阻、减少伤害是中深井所用压裂液的发展方向。
延迟交联体系有利于交联剂的分散，以产生更高的粘度，并改善压裂液的温度稳定性，其在管路中的低粘度可形成低的泵送摩阻，与普通交联体系相比具有以下优点：1、采用同等量的胶液，在裂缝中能达到更高的粘度。
2、降低摩阻以更有效地利用泵压。
3、交联液具有较好的支撑剂传输性能。
4、交联液具有较好的温度稳定性。
5、交联液的单位聚合物经济效益好。
二、国内外发展现状90年代初，国内的一些油田如胜利、大庆、辽河及石油勘探开发研究院万庄分院相继开发出了延缓交联水基冻胶压裂液，并成功地进行了现场应用，取得较好的成果。
三、机理研究影响压裂液延迟交联特性的因素较多，主要有交联剂类型及浓度、稠化剂类型及浓度、溶液pH值。
常用的无机硼（如硼酸盐）交联剂的交联作用就属于快反应，瞬时交联（小于20s）；有机硼交联剂是压裂液添加剂的最新发展成果，具有延迟交联、耐高温和易破胶等特点。
该有机硼交联压裂液研制特点是在交联剂中加入多元醇和低分子醇，使硼酸根离子在碱催化下与以共价键的形式充分络合，形成一分子较大的络合物，使硼离子活性变弱，在压裂施工过程中遇到聚合物大分子以配位共价键的形式结合，形成网状大分子—冻胶的速度变慢，使延迟交联时间增长，克服了有机钛、锆交联压裂液交联时间以温度活化的不足，可根据压裂施工对压裂液延迟交联时间的要求；另外，调节压裂液pH值，其延迟交联时间又加长，具有更广泛的适用性。
不同植物胶因其结构差异，对延迟交联时间也有一定影响。
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。
耐高温海水基植物胶压裂液性能研究
耐高温海水基植物胶压裂液性能研究王所良;陈迎花;许伟星【摘要】针对海上油田低渗透油藏平台化压裂作业的生产要求,以我国某海域海水为研究对象,优选了离子络合剂,研究建立了耐高温的海水基植物胶压裂液体系.该植物胶稠化剂在添加络合剂的海水中溶胀速率快,压裂液配伍性好,在130℃、170s-1连续剪切 60min,压裂液黏度大于100mPa·s,静态滤失系数为1.49×10-4m/min1/2,残渣含量为490.0mg/L,破胶液表面张力 24.6mN/m,平均岩心渗透率损害率为 22.38％,各项性能均优于行业标准要求.【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》【年(卷),期】2018(015)011【总页数】4页(P56-59)【关键词】海水基压裂液;植物胶压裂液;络合剂;植物胶稠化剂;低渗透油藏;海上油田【作者】王所良;陈迎花;许伟星【作者单位】中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安 710018;中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安 710018;中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安 710018【正文语种】中文【中图分类】TE357.12随着陆上油田开发由常规储层转向低渗、超低渗、页岩油气等非常规资源，并且在新理论、新技术不断驱动下，已取得了显著的开发效果。
海上油气田中低渗透储层的开发逐渐引起了人们的重视，并且在国外诸多油田实现了经济开发，因此针对国内海上油田低渗透储层的水力压裂增产技术具有良好的开发前景。
海上油田的开发由于受到平台条件、作业环境、经济性开发的限制，加之目前大规模压裂、体积压裂等新工艺技术在陆上油田的成功应用，对海上压裂作业流程、工艺以及压裂液体系提出了更高的要求[1]。
针对海上低渗透油藏压裂技术发展的需求，直接采用海水配液的高温海水基压裂液体系可以有效提高施工效率且经济效益明显，已成为目前研究的技术热点与难点。
低浓度胍胶压裂液体系的研究与应用
低浓度胍胶压裂液体系的研究与应用压裂是实现低渗油气藏开发的有效技术手段，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施。
随着油气田各类储层的开发，致密低渗、特低渗储层的增产和求产技术对压裂工艺技术提出越来越高的要求，其性质优劣决定压裂施工的成功与否和效果好坏，压裂液作为压裂的血液，其性能对压裂过程至关重要，因此，基于降低储层伤害，提高油气产量，耐高温、低伤害、低成本压裂液体系成为研究的重要方向。
标签：低浓度;胍胶压裂液体系;应用羟丙基胍胶作为水基压裂液的增稠剂，由于具有增稠能力强、抗剪切性好、热稳定性好、控制滤失能力强等特点而被广泛用于油气井压裂。
但该体系存在破胶后残渣残留在储层中，产生孔喉堵塞，也可能残留在裂缝中，降低裂缝导流能力，对储层造成伤害。
如果压裂液体系不当，残渣过高将对储层造成损害，严重时导致油气井减产。
因此，在降低成本、保护储层、提升产油气率的大背景下，低浓度羟丙基胍胶体系具有重大研究意义。
1压裂助剂研究1.1山西组岩石矿物组成及分布储层岩石组成的分析对于开发合适体系压裂液降低储层伤害至关重要，因此采用了X衍射对山西组储层岩石进行测试，其组成及分布。
经研究发现以石英和黏土矿物为主，其中石英最大含量达到99%，黏土含量最大42.5%。
研究区黏土矿物类型多样，伊蒙混层矿物山西组平均达到了31.2%，23.4%样品内伊蒙混层矿物相对含量超过20%，是造成研究区储层水敏性的主要矿物类型，因此压裂液体系需要添加黏土稳定剂类物质进行预防水敏性造成的储层伤害。
1.2储层孔隙度、渗透率研究孔隙度、渗透率对于油气开采效果具有重要的影响，针对山西组储层孔隙度及渗透率进行统计研究，实验数据。
孔隙度主要分布在4.0%——10.0%，这一区段的样品数可占76.59%，平均孔隙度 6.4%，样品孔隙度大于10%分布频率为7.54%;渗透率主要分布在0.01×10-3μm2——0.5×10-3μm2，该分布区段的样品数占89.26%，平均为0.2×10-3μm2，大于0.5×10-3μm2的样品分布频率占到6.64%，属低孔、低渗致密型储集层，因此对于压裂液体系需要注意低孔、低渗储层的预防保护及压裂结束后返排效果的提升，一方面可以降低压裂液体系的残渣减轻对孔隙度的伤害，另一方面需要通过助剂添加降低表界面张力降低水锁效应，降低储层中黏土类物质的敏感性减小储层伤害。
水基压裂液体系的制备及性能
水基压裂液体系的制备及性能高 敏，江建林（中国石化 石油化工科学研究院，北京 100083）［摘要］优选了一种以改性纤维素-聚丙烯酰胺为复合型稠化剂、有机锆化合物RPCL 为交联剂的压裂液体系，考察了压裂液体系的破胶性能，研究了不同种类pH 调节剂和黏土稳定剂对该压裂液体系的影响，并评价了压裂液体系的综合性能。
实验结果表明，该压裂液体系水不溶物含量仅为2.0%（w ），低于胍胶体系的4.6%（w ）；耐温耐剪切性能优良，在90 ℃、170 s -1条件下剪切1 h 后体系剩余黏度大于50 mPa ·s ；交联形成的冻胶在65 ℃下可实现彻底破胶，破胶液黏度低于5 mPa ·s ，残渣质量浓度低于600 mg/L ，综合性能优异。
［关键词］压裂液；纤维素；聚丙烯酰胺；冻胶［文章编号］1000-8144（2020）12-1188-06 ［中图分类号］TE 357.12 ［文献标志码］APreparation and properties of a water -based fracturing fluid systemGao Min ，Jiang Jianlin（Sinopec Research Institute of Petroleum Processing ，Beijing 100083，China ）［Abstract ］A fracturing fluid system with modified cellulose/polyacrylamide as thickener and RPCL as cross-linker was developed through formulation screening test ，and the gel breaking behavior of the system was investigated accordingly. The effects of different pH regulators and clay stabilizers on the system were studied through the characterization of the temperature and shear resistance of fracturing fluid gels. The comprehensive performance of the fracturing fluid was evaluated. The results show that the water insoluble content of the system is only 2.0%(w )，lower than that of guar gum system(4.6%(w )). The residual viscosity after shearing for 1 h at 90 ℃ and 170 s -1 is more than 50 mPa ·s. The gel formed by cross linking can be broken completely at 65 ℃，with viscosity of the breaking solution less than 5 mPa ·s and the concentration of the residue lower than 600 mg/L. The comprehensive performance is excellent.［Keywords ］fracturing fluid ；cellulose ；polyacrylamide ；gelDOI ：10.3969/j.issn.1000-8144.2020.12.006［收稿日期］2020-06-22；［修改稿日期］2020-09-04。
压裂液中增稠剂的研究
压裂液中增稠剂的研究赵喜政;周思雅;姜宇【摘要】石油压裂液的主要添加剂是增稠剂,在压裂工艺中起着重要作用.目前国内外压裂液的应用大多为胍胶及其衍生物,因此对增稠剂品种的增加与改进有利于压裂液的完善和应用.本文以魔芋粉作实验原料,对其增稠能力进行考察,探讨了各种因素对增稠能力的影响,并在此工作上对其进行改性,实现了较好的试验结果.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(042)009【总页数】3页(P108-110)【关键词】魔芋粉;增稠剂;压裂;改性【作者】赵喜政;周思雅;姜宇【作者单位】贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003;贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003;贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003【正文语种】中文【中图分类】TE357.12我国在增稠剂的开发及应用方面所存在的问题较多［1］，首先大部分国产植物胶存在水不溶物含量较高、增稠能力不强和抗温性不理想等问题，很多已遭到淘汰或较少应用，真正能和胍胶衍生物性能接近的为数很少，如田菁胶的缺点就是其不溶残渣含量较高。
其次在开发新型聚合物增稠剂方面已取得很多研究成果，有不少开发的新产品具有良好的应用前景，但能实现工业化生产并满足压裂现场作业要求的种类较少，性能不够达标。
另外，随着石油开采技术的不断发展和开采难度的增加，人们对压裂液提出了更新更高的要求。
因此，寻求新的原料，对其开发并进行改性是实现增加增稠剂品种和完善压裂性能的重要途径之一。
1 实验1.1 原料实验原料为贵州铜仁所产的魔芋粉，是一种较为丰富的可再生天然高分子资源多糖，具有优良的增稠性、成膜性和持水性等特点，其主要成分是葡甘露聚糖 (Konjac-gluco mannan，KGM)。
图1 表明，3319.3 cm-1处为多聚糖的υO-H峰;2936.15 cm-1，处为亚甲基的吸收峰;915.49 cm-1处表示为多糖结构的β-构型;852.84 cm-1吸收峰为多糖残基的红外振动;1 155.82 cm-1为δC-O振动，以上数据表明该增稠剂为大分子聚糖结构。
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水基压裂液增稠剂的研究进展李超颖1,王英东2,曾庆雪1(1.东北石油大学化学化工学院;2.中国石油大庆石化分公司,黑龙江大庆 163711) 摘 要:本文综述了水基压裂液增稠剂的研究进展。
低伤害、耐高温的改性胍胶研究广泛。
除香豆胶、魔芋胶的改性物外,新型低损害苦苈胶综合性能优于羟丙基胍胶。
疏水缔型聚合物,与传统聚丙烯酰胺类比较,热稳定性更好、抗剪切性能更强,具有广阔的应用前景。
关键词:压裂液;增稠剂;植物胶;疏水缔合型聚合物 中图分类号:T E357.1+2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2011)05—0008—03 增稠剂是水基压裂液中的主要添加剂,其性能好坏对压裂液综合性能、压裂施工效果都有着重要影响。
尤其面临高温、低渗、碱敏储层的开发,寻求增稠能力更强、对地层伤害更小、高温稳定性更好的增稠剂成为国内外学者研究的方向。
目前使用的水基压裂液增稠剂种类繁多,可分为天然聚合物、人工合成聚合物两大类,本文分别就其研究进展进行评述。
1 天然聚合物1.1 植物胶衍生物植物胶衍生物增稠能力强、易交联成冻胶、性能稳定,是国内外压裂作业主要使用的增稠剂。
由于受分子精细结构、加工工艺、加工设备的影响,植物胶品种不同,性能有差异。
1.1.1 胍胶胍胶原粉取自瓜尔豆内胚乳,直接使用具有不能快速溶胀和水合,溶解速度慢,水不溶物含量高,粘度不易控制,易被微生物分解而不能长期保存等缺点。
而各种改性胍胶可改善胍胶原粉不足,但增稠能力均有所下降。
目前,在广泛应用的改性胍胶:羟丙基胍胶(HP G)、羧甲基胍胶(CM G)、羧甲基羟丙基胍胶(CM HPG)、阳离子胍胶等基础上,适应当前要求的其他改性物出现。
1.1.1.1 低分子量胍胶胍胶的低分子量化,是为了降低常规胍胶压裂液的造壁性和破胶后分子量依然很大的破胶液对低渗储层细小喉道的伤害。
程巍等[1,2]研究了硼交联低分子量胍胶凝胶体系的流变性,具有良好的粘弹性和剪切变稀性。
J. Weaver等[3]提出的低分子量胍胶压裂液体系无需内部破胶剂,优良的支撑剂传输性能和低滤失性能,适合高砂比作业。
胍胶降解后分子量降低,为常规胍胶的1/20-1/10,水不溶物降低,同样条件下压裂液破胶液分子量也降低,减少了对地层的伤害。
但基液浓度下降,只有10mP a・s左右(常规压裂液现场应用的基液粘度一般在36m Pa・s以上),不适合高温作业。
使用硼交联后,形成致密的聚合物网络结构,因为聚合物的短链和高紧密聚合物网络形成的交联液具有更好的粘性和弹性,液体链的体积也较小,粘弹性较高,提高了压裂液的携砂性能。
1.1.1.2 酸性交联胍胶大多数植物胶压裂液都是在碱性条件下交联,为了保留植物胶稠化剂的优势并使其适应对碱敏性地层的压裂改造、进行酸性压裂和CO2泡沫压裂,需研制酸性条件下交联的植物胶压裂液,其中一个方向是研制可酸性交联的稠化剂。
郭吉清等[4]研究表明,改性胍胶M GG水不溶物含量及1%基液粘度优于特级羟丙基胍胶,与一种金属化合物可在pH值2.5～5.5范围内交联而形成稳定冻胶体系,其冻胶可用过硫酸铵破胶,破胶残渣质量浓度可降至180mg/L。
王博涛等[5]将羧甲基酸性交联冻胶压裂液应用于安塞油田长(10)储层,施工平稳,增产效果明显。
周际春等[6,7]向普通胍胶分子中引入亲水基团钠羧甲基和羟丙基,研制出酸性条件下交联的新型压裂液增稠荆GXG。
该增稠剂溶解和增黏性能都很好,破胶后残渣含量少,破胶液黏度低,有利于压裂液的破胶返排。
由该增稠剂作为基液的压裂液有很好的流变性、破胶性,对储层伤害小。
胍胶改性后,除了本身具有适合碱性交联的羟基外,还具有酸性交联的官能团,而常规硼砂交联pH>9,因此,除了在稠化剂方面进行改性外,还需研制与其配伍的酸性交联剂。
1.1.1.3 高温改性胍胶压裂施工趋于深井或超深井,而现有高温压裂液一般只满足150℃以下作业,因此需要研制适合180℃以上的超高温压裂液,其中一个方向是研制具有抗高温分子结构的稠化剂。
辛军等[8]研制了超高温改性胍胶(CHPG)稠化剂,与有机硼锆交联后,198℃下显示出优异的抗温抗剪切性能。
张应安等[9]研制了新型羧甲基胍胶压裂液,有耐高温(180℃)、低浓度、低残渣、低伤害、低摩阻的特点,压裂施工获得很好的增产效果。
疏水改性胍胶[10,11]具有疏水缔合物特殊的流变性:超过临8内蒙古石油化工 2011年第5期 收稿日期:2011-01-15作者简介:李超颖(1986-),女,在读硕士研究生,东北石油大学化学工艺专业。
界缔合浓度后,表观粘度迅速增加,且稳定性增加。
国内外对疏水缔合物的研究很多,但将胍胶疏水改性以适应高温储层的研究很少,一般都是集中在人工合成疏水缔合物。
与合成聚合物相比,胍胶的水不溶物不可避免,但目前以胍胶压裂液为中心的室内研究压裂施工都很成熟,因此对胍胶疏水改性可以作为提高高温稳定性的一个方向。
1.1.2 香豆胶香豆胶是重要的国产植物胶,其不溶物含量比未改性胍胶原粉低,和国产羟丙基胍胶接近,水溶液稳定性和减阻性能良好,其综合性能虽不如胍胶,但基本上已接近改性胍胶。
以往对香豆胶的研究集中在香豆胶原粉的粘弹性、流变性、与锆配伍应用于超深井。
近年来,出现了香豆胶的改性物,羧甲基香豆胶、羟丙基香豆胶、阳离子香豆胶、疏水改性香豆胶和低聚香豆胶。
改性后,水不溶物都较香豆原胶不同程度降低,其中羟丙基香豆胶/有机锆冻胶黏度高,在150℃和160℃下,热剪切稳定性好,滤失小,抗盐抗钙性能好[12]。
与香豆原胶相比,可用于温度更高的井组。
1.1.3 魔芋胶魔芋胶具有较强的增粘能力和良好的流变特性,抗盐抗钙性好,分子量大,为120万左右。
其固有水不溶物含量虽高,但KGM的甘键在酸或特定的酶作用下短裂,聚糖分子发生降解,残渣少,中低温条件下表现出了良好的综合性能[13]。
为提高魔芋胶的抗温性能,将魔芋胶与2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸的接枝共聚改性,产品的稳定性、抗温性能有了较大的改善[14]。
为了适应碱敏地层,基于黄原胶(XG)和魔芋胶(KG)在水溶液中形成嵌合结构体的原理,研制了非化学交联型XG/KG冻胶压裂液。
该体系压裂液可用于碱敏、天然裂缝发育储层的压裂[15]。
1.1.4 苦苈胶苦苈胶是近年来研究的新型植物胶品种。
它与胍胶原粉相比增粘能力更强,耐温耐盐性能更好,酸性条件下比碱性条件下基液粘度大[16,17]。
刘合等[18]研究了苦苈胶类压裂液,核磁共振谱图表明,其结构中半乳糖含量比羟丙基胍胶高,其重均分子量仅为胍胶的1/4,水溶性更好。
室内破胶性能好,残渣少,降滤失性能好,对地层伤害小。
压裂施工效果比羟丙基胍胶压裂液提高133%,且成本更低,是可推广的新型低损害植物胶。
除以上植物胶外,还有其它类型在研究、应用,如田菁胶、沙蒿胶等,大都是适应不苛刻地层、降低成本的选择。
从比例来看,目前胍胶类稠化剂仍然占有很大比重,对国产植物胶的研究较少。
胍胶类稠化剂发展时间长,已形成了完备的体系,但国产植物胶如香豆胶、苦苈胶与胍胶原粉相比,在增稠能力、水不溶物含量、耐温耐盐性等方面差距不大,它们的改性物也具有潜在的优势,有希望作为进口胍胶的替代品。
1.2 其他类型除了植物胶类增稠剂,还有纤维素衍生物、变性淀粉、微生物多糖等天然聚合物增稠剂,它们大多因高温稳定性不好、不耐剪切、不易交联等不能适应当前对增稠剂的要求,但在食品工业、钻井液等方面有所应用。
随着改性方法和生物合成方法的迅速发展,它们的复合改性物在压裂液方面也将有广阔的应用前景。
2 人工合成聚合物2.1 低分子量聚合物管保山等[19]研发了以低分子量合成聚合物P Y21(含有酰胺基团)为稠化剂的交联冻胶压裂液,压裂效果良好。
蒋羿黎等[20]合成由短链分子聚合和交联的新型无破胶剂压裂液。
它滤失量低,90℃下携砂能力较好,无残渣、易返排、使用方便,可再生重复使用。
以低含量的低分子量人工合成聚合物为增稠剂的水基冻胶压裂液,在裂缝壁面上形成滤饼的趋势较小,破胶后残渣含量较瓜尔胶压裂液大大减少。
这种压裂液使用黏度低、携砂性能好、材料费用低、易破胶返排,适用于低压、低渗储层,已成为目前国内外压裂液体系研究的主要方向之一。
2.2 酸性交联聚合物张汝生等[21]合成聚合物稠化剂FA-200不含水不溶物,水溶液呈中性,能在酸性条件下交联,形成的压裂液体系特别适用于碱敏性地层和CO2泡沫压裂。
二氧化碳泡沫压裂液主要使用羟丙基瓜尔胶和羧甲基羟丙基瓜尔胶为稠化剂,在酸性交联剂作用下形成冻胶,材料费偏高,研制成本偏低的可酸性交联合成聚合物,降低施工成本的方向。
2.3 疏水缔合型聚合物国内外研究比较多的人工合成聚合物增稠剂主要是丙烯酰胺类,比较有代表性的是聚丙烯酰胺类,它在改善增粘性方面已有一定进展,但抗剪切性一直不理想。
疏水缔合型聚合物能在分子间产生具有一定强度但又可逆的物理缔合,形成三维网状结构,这一特性能够很好地解决以往丙烯酰胺类聚合物的抗剪切性差的问题。
周成峪等[22,23]利用丙烯酰胺、疏水单体N-烷基丙烯酰胺和N-乙烯吡咯环酮合成了一种疏水缔合物压裂液增稠剂AN N。
用ANN和其他添加剂配制出了高温抗剪切聚合物压裂液。
通过对该聚合物压裂液的性能进行评价,结果表明,该聚合物压裂液是非牛顿流体,具有较好的流变性、抗高温性和抗剪切性,并具有优良的黏土稳定性能和低残渣的特点。
肖丹凤等[24]将疏水缔合物增稠剂应用在大庆低渗储层,增产效果良好。
何东等[25]以疏水缔合聚合物AP-P3为增稠剂,以胡尖山区块的地层水为溶剂,以及其他原料为配方的适合于胡尖山油田的对地层低伤害的压裂液体系,经现场试验证明:该压裂液体系对胡尖山油田提高采收率是有益的。
吴伟等[26]合成了含有一个亲水段和一个疏水段的嵌段聚合物压裂液增稠剂,该嵌段聚合物压裂液耐温达到170℃,且耐剪切、破胶彻底,满足油田现场施工需要。
目前,疏水缔合型聚合物已在提高油田采收率方面应用广泛,但用作压裂液增稠剂的研究、应用较少,其特殊的结构可以很好地解决压裂液的热稳定性和抗剪切性问题,是人工合成聚合物发展的一个重要研究方向。
另外,疏水缔合聚合物与VES的协9 2011年第5期 李超颖等 水基压裂液增稠剂的研究进展同作用可以增强清洁压裂液胶束结构的稳定性、降低施工成本,也能避免清洁压裂液与地层产出物不配伍产生乳状液,降低储层伤害。
3 展望目前,受油气储层的制约,不论是天然聚合物类还是合成聚合物类增稠剂都以提高增稠能力、低水不溶物含量、能够适应酸性交联、提高高温稳定性和抗剪切性能为发展方向。
虽然室内研究、现场施工效果良好,但大规模压裂作业仍很少。
因此,对增稠剂引入抗温、抗剪切、对地层伤害小、可酸性交联的基团进行改性或使具有这些功能的单体聚合是今后研究的方向。