第四章 压裂液.

携砂液，是一种混有支撑剂的压裂液，用于进 一步延伸地层裂缝，将支撑剂带入压裂裂缝预 定位置，填充裂缝而形成高渗透支撑裂缝带。 顶替液，用于将井筒内携砂液全部顶入地层裂 缝，避免井筒沉砂。
（一）水基压裂液 水基压裂液是以水作为分散体系，添加水 溶性聚合物和其它添加剂形成具有压裂工艺所 需的较强综合性能的工作液， 一般有两种形式：①水溶性聚合物加入活 性添加剂的水溶液被称为线性胶或稠化水压裂 液；②线性胶稠化水加入交联剂后形成的具有 一定粘弹性的交联冻胶则称为交联压裂液。 特点：水基压裂液具有安全、清洁、价廉 且性质易于控制等特点二得到广泛应用。除了 对少数水敏地层易造成伤害外，适用于大部分 油气层的压裂改造，是压裂液技术发展最快也 最全面的体系。
延迟交联压裂液 b.无机硼延迟交联压裂液 无机硼延迟交联压裂液包括包裹无机硼延迟 压裂液和过交联延迟释放高温压裂液。 包裹无机硼延迟压裂液：指对无机硼采用包裹技 术，达 到延迟交联的目的，改善了无机硼压裂液的耐高温性 能。 过交联延迟释放高温压裂液：所使用的交联剂是 以硼酸盐植物胶过交联，经脱水、烘干、粉碎制得的 固体缓溶延迟硼交联剂，这种固体颗粒交联剂在施工 时可直接加入，与植物胶及其改性产品均可形成粘度 稳定，耐高温，交联速度可控的延迟交联压裂液，其 耐温性能达到165℃以上。
（二）油基压裂液
油基压裂液是以油为溶剂或分散介质，加入各种各添 加剂形成的压裂液。 1.稠化油压裂液：将稠化剂溶于油中配置而成。 目前较通用的是铝磷酸酯与碱的反应物，这类稠化剂在 油中形成“缔和”，将油稠化。
2.油基冻胶压裂液 将有机脂肪酸醇与无机非金属氧化物五氧化二磷生成的 膦酸酯均匀混入基油中，用铝酸钠进行交联，可形成膦酸 酯铝盐的网状结构，使油成为油冻胶。 膦酸酯铝盐油基冻胶压裂液是目前性能最佳的油基压裂 液。其粘度较高，粘温性好，具有低滤失性和低摩阻。适 用于水敏、低压和油润湿地层的压裂，砂比可达30%。
（四）清洁压裂液 无聚合物压裂液又称为胶束压裂液，也称为清洁 压裂液。其主要成分是表面活性剂、无机盐和水组 成。在盐水中，表面活性剂形成高度缠结的杆状胶 束而增加流体粘度和粘弹性，实现压裂液对粘度的 要求。这种压裂液的粘度取决于胶束的性质，通过 改变胶束结构可以破坏这种压裂液，当压裂液遇到 烃液或被地层水稀释时，便发生破胶。
三、压裂液的流变性
四. 压裂液性能评价
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。
a. 粘性基液可用粘度计在一定剪 切速率下测定处在给定温度下的 粘度μ b.用稠化剂增稠的基液，剪切速率 为 170s-1 时，可用粘度计测定并绘 出给定温度下的稠化剂溶解增稠的 μ-t曲线（如图2）
③水基冻胶压裂液 水基冻胶压裂液即交联了的线性胶压裂液，与 以上两种压裂液相比，水基冻胶压裂液有更强 的粘弹性和可塑性，特点是粘度高，携砂能力 强，滤失低等，适用于大部分油水井的增产、 增注。按照不同的适用性，水基冻胶压裂液又 可分为低温交联水基压裂液、纤维素衍生物中、 高温压裂液、延迟交联压裂液和无聚合物压裂 液。
b.纤维素衍生物稠化剂主要包括羧甲基纤维素 (CMC) 、 羟乙基纤维素 (HEC) 和羧甲基羟乙基纤维素（ CMHEC) 等。其特点是水不溶物极低，但耐温性能、剪切稳定 性和降阻性能都比植物胶稠化剂要差，目前已经少应 用。但它作为一种无损害压裂液在煤层压裂改造中取 得了良好的效果。
c. 生物聚合物稠化剂主要指黄原胶，它是微生 物黄单胞菌的新陈代谢产物。其特点是用量少， 增稠性好但由于制备工艺复杂，技术要求高， 价格昂贵，目前还用得较少。 d. 合成聚合物稠化剂主要有部分水解丙烯酰胺 聚合物，其特点是降阻性能好，无残渣等优点， 缺点是耐盐性能差，剪切稳定性差，残胶吸附 堵塞，对地层造成伤害，这些问题限制了合成 聚合物稠化剂的推广应用。
④其它添加剂 压裂施工中，根据各个地层条件的不同，还需要在压裂 液中加入以下添加剂： a.粘土稳定剂：防止粘土膨胀，俗称“防膨剂”； b. 助排剂：易产生泡沫，帮助压裂施工后的液体返 排； c.杀菌剂：防止基液变质，清洁施工用水； d.pH 值调节剂：将交联环境变为碱性，有助于液体交联； e.温度稳定剂：防止地层温度升高后，粘度迅速下降； f. 降滤失剂：液体滤失影响造缝长度与裂缝闭合时间， 加入滤失剂可降低压裂液的滤失速度； g.其它表面活性剂：防止乳状液体的形成。
(1) 提高勘探含油气评价，增加可采储量
(2)油气井增产、水井增注
(3)调整层间矛盾，改善产油、吸水剖
(4)提高采收率
（１）沟通油气储集区，增加单井控制储量，连通透镜体 和裂缝带、扩大渗流 面积。
(2) 变径向流动为线性流动பைடு நூலகம்
一. 油层压裂造缝机理
油层压裂是20世纪40年代发展起来的一项改造油层 渗流特性的工艺技术，是油气井增产、注水井增注 的一项重要工艺措施。 利用液体传压的原理，在地面利用高压泵组，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。当此压力超过井底附近 地层岩石的破裂压力后，在地层中形成裂缝。继续 将带有支撑剂的液体注入缝中，使裂缝向前延伸和 填入支撑剂，这样在停泵后即可形成一条足够长， 具有一定高复和宽度的填砂裂缝，从而改善油气层 的导流能力，达到油水井增产增注的目的。
④稳定性好：压裂液应该具有热稳定性 和良好的抗剪切性，保证压裂液不因温度 升高或流速增加引起粘度大幅度降低，在 整个施工过程中提供足够的粘度以保证顺 利施工。 ⑤配伍性好：压裂液进入地层后与各种 岩石及矿物流体不应该产生不利于油气渗 滤的物理或化学反应，即不引起地层水敏 而产生颗粒沉淀。
⑥低残渣：要尽量降低压裂液中的水不 溶物含量和返排前的破胶能力，减少返排 后其对岩石孔隙和填砂裂缝的堵塞，增大 油气导流能力。 ⑦易返排：裂缝一旦闭合，压裂液返排 越快，越彻底，对油气层损害越小。 ⑧货源广，便于配置，价格便宜。
（二）油基压裂液 优点：地层配伍性好，易返排； 缺点：成本高，摩阻大，滤失量大，易发生火灾； 适用：低压，强水敏地层。
（三）泡沫压裂液 泡沫压裂液是气体分散于液体形成的分散体系，实 际上就是一种液包气乳化液。 组成：包括液相、气相和各种添加剂。液相主要为 水、稠化水、交联冻胶，气相主要是N2和CO2， 添加剂主要包括起泡剂和泡沫稳定剂。 优点：悬砂能力强，摩阻低，滤失小，易返排 缺点：耐温性差。 适用：低压，水敏和含气地层。
低温交联水基压裂液 低温交联水基压裂液主要以植物胶原粉（包括 羟乙基槐豆 粉、羟乙基皂仁粉、田菁粉等）为增稠 剂，硼砂为交联剂，按一定交联比配制而成的压裂 液。其粘温性能较差，只能用于低温井。
纤维素衍生物中、高温压裂液 纤维素衍生物压裂液主要包括羧甲基纤维素 (CMC) 压裂液和羟乙基纤维素（ HEC ）。 CMC 压裂液 包括与硫酸铬钾或硫酸铝钾交联的中、高温压裂液， CMC高温乳化压裂液等， HEC 压裂液则只适用于较低 温度的井。纤维素衍生物压裂液的特点是残渣含量 低，对地层伤害小，但剪切稳定性较差，且原料价 格越来越昂贵，逐渐被植物胶及其改性产品取代。
2.水基压裂液添加剂的种类及作用 ①稠化剂 水溶性聚合物作为稠化剂是压裂液的基本添加剂，是 以提高水的粘度，降低液体滤失、悬浮和携带支撑剂， 主要有植物胶及其衍生物、纤维素的衍生物、生物聚 合物和合成聚合物，是最主要的压裂液配置用料。
a.植物胶及其衍生物为目前应用最广泛的稠化剂，包 括胍胶及其羟丙基胍胶、田菁胶、香豆胶、魔芋胶等。 田菁胶和魔芋胶由于其水不溶物高，现在已较少应用。
裂缝形成
影响裂缝形成的因素
二. 压裂液性能及分类
使用压裂液的目的有两方面： ①提供足够的粘度，使用水力尖劈作用形成 裂缝使之延伸，井在裂缝沿程输送及铺设压裂 支撑剂； ②压裂完成后，压裂液迅速化学分解破胶到 低粘度，保证大部分压裂液返排到地面，以净 化裂缝。
压裂液性能的好坏直接影响压裂施工的成 败，因此压裂液必须具备如下性能： ①滤失小：这是造长缝、宽缝的重要 性能。压裂液的滤失性主要取决于它的粘 度，地层流体性质与压裂液的造壁性，粘 度高则滤失小。在压裂液中添加降滤失剂 能改善造壁性，大大减少滤失量。
1.水基压裂液类型和特点 ①活性水压裂液 活性水压裂液即表面活性剂的水溶液，特点是 成本低、摩阻小，缺点是粘度低，携砂能力差， 只适用于小型解堵压裂和煤层气压裂。 ②线性胶压裂液 线性胶压裂液即稠化水压裂液，由稠化剂和其 它添加剂组成，其各项性能比活性水压裂液稍 强，但也只能用于低温、浅井、低砂比的小型 压裂。
压裂液分类
根据压裂液在不同阶段的作用，可分为前置液、 携砂液和顶替液； 根据压裂液的类型，可分为水基压裂液、油基 压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂 液、清洁压裂液及酸基压裂液； 根据压裂液所适应的地层温度，可分为低温压 裂液、中温压裂液及高温压裂液。
前置液，即不含支撑剂的压裂液，其作用是破 裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝，同时还起 到一定的降温作用。
②交联剂 交联反应是金属或金属络合物交联剂将聚合物的各 种分子联接成一种结构，使原来的聚合物相对分子 质量明显增加。通过化学键或配位键与稠化剂发生 交联反应的试剂称为交联剂。 参看课本了解几种常见交联剂的使用环境及交联机 理。 ③破胶剂 使粘稠压裂液可控地降解成能从裂缝中返排出的稀 薄液体，能使冻胶压裂液破胶水化的试剂称为破胶 剂。常用的破胶剂是 酶（适用于低温水基压裂液） 氧化剂（适用于中高温的水基压裂液）
优点：不需要加入任何高分子聚合物，其粘度可满 足压裂液施工的需要，不需要加入任何化学破胶剂， 采出的原油或天然级即可作为破胶剂，在地层条件 下完全破胶，没有残留物，从根本上解决了压裂液 残留物对裂缝支撑带和储层的伤害问题。另外，还 具有优良的耐剪切性能和降粘性能。 缺点：国内研究起步较晚，且成本高于普通压裂液， 目前还没有普遍应用。 适用：较低温度（小于90℃）的油气井压裂。