新型压裂液体系研制及应用

新型压裂体系研制---乳液态缔合型压裂液
2.分子设计
※ 主要理念是于分子链中引入一定量的疏水基团，以期望于较低使用浓度下依靠其缔合作 用形成三维网络结构，从而达到自身增粘。
分子间
缔合
※ 为保持高分子链在高温下的粘度，设计于分子链中引入对温度敏感性不强的物质，如苯 环类，可称为刚性基团。
刚性侧 基支撑
4.采用反相乳液/微乳液聚合，得到30%聚合物含量乳液态产品
原液，聚合物含量30% 原液，粘度50-100mPa · s
2%水凝胶
2%水凝胶，混高密砂60%
新型压裂体系研制---乳液态缔合型压裂液
5.性能：耐温性
a
b
c 缔合型压裂液耐温曲线 （a.1%有效浓度，150℃；b.2%有效浓度，160℃；c. 6%有效浓度，230℃）
0.6%速溶瓜胶 +0.1%Na2CO3+0.45%FVCA+0.05%FVC-B，室温溶解5min 后直接交联，配制水温为6℃
速溶瓜胶压裂液可以满足冬季压裂施工的需要
新型压裂体系研制---速溶瓜胶压裂液
3、破胶性能
破胶剂 (NH4)2S2O8 EB-1 CaO2 MgO2 甘露糖酶 破胶温度/℃ 90 90 90 140 60 破胶时间/min 破胶液粘度（mPa· s） 残渣/（mg· L-1） 15 60 60 90 60 3 3 3 3 3 423 432 480 451 320
新型压裂体系研制---速溶瓜胶压裂液
2、交联性能研究
速溶瓜胶溶解24h
0.6%速溶瓜胶+0.3%HTC-160+0.15%Na2CO3
溶解条件
24h 3min 1min
初始表观粘度/ （mPa∙s） 1489 873 678
最终表观粘度/ （mPa∙s） 210 180 180
速溶瓜胶溶解3min
0.1365 0.0691
√
√ √
ห้องสมุดไป่ตู้
0.0764
0.1067 0.0473
23.752
21.860 31.548
由于速溶瓜胶水不溶物低、破胶液残渣低，所以速溶瓜胶压裂液对
地层渗透率伤害小。
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6. 具备优势
1. 溶解迅速，1min内达到最终粘度86%，可实现现场实时混配 2. 耐高温，可用于最高150℃地层 3. 水不溶物低，伤害率低 4. 破胶迅速，破胶液粘度低 5. 低滤失
缔合型压裂液滤失系数与瓜胶处于同一数量级，说明其滤失量较低。
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5.性能：可采用采油污水配制
污水样品：东辛采油厂永921站 污水情况：经过三相分离后未经过其它手段进行处理，含油7.8mg/l，悬 浮物16.7mg/l，总矿化度10474.1mg/l，碳酸氢钠水型。
3-10m3/min
3. 液量大
单井用液量可高达数千立方米
3.更小的摩阻
4. 更加方便配制 5.更好的耐温耐剪切性能
4. 层位较深
3000-4000m
5. 地温较高
120- 160℃
6.水平井段长
800-1500m
前言
目前胜利油田主要应用的压裂液体系：瓜胶交联体系和粘弹性表面活性剂 （VES）体系。 瓜胶交联 体系
破胶液未经处理，直接配制缔合型压裂液，15min 粘度达到6mPa · s
破胶液加入0.03%自由基捕捉剂后配制缔合型压裂 液，120min粘度达到60mPa · s。
原因：破胶液中残留大量自由剂，140 ℃下自由剂碰撞 攻击新加入的聚合物分子链，使其迅速断链，破胶。
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新型压裂体系研制---乳液态缔合型压裂液
5.性能：滤失性
7 6 5
初滤失量，
滤失速度，
滤失系数，
×10-3m3/m2
Qt/ml
4 3 2 1 0 0 2 √ t/ √ min 4 6
×107m/min
16
×10-6m/min0.5
9.61
缔合型 速溶瓜胶
0.53
1.7
9.33
5.6
实验条件：温度 130℃， 压差3.5MPa，测定时长35min
优点：成胶强度高，破胶容易，应用历史达40多 年，是目前主要应用的压裂液体系； 缺点：耐温性难以突破，不易现场配制，不溶物 含量多，伤害较大，要加入诸多助剂。 优点：低伤害，易返排，无需交联剂； 缺点：耐温性差，不易现场配制，滤失量大， 成本高。
粘弹性表面 活性剂
两种压裂液体系在胜利油田的应用较成熟，但是面对压裂施工呈现的
新型压裂体系研制---速溶瓜胶压裂液
1、增稠剂研究
含水 /% 10.2 10.0 10.3 9.6 11.6 12.1 10.1 10.5 9.3 10.2 0.6%溶液表 观粘度/ （mPa· s） 147 142.5 110 106.5 81 93 105 93 117 111 水不溶 物 /% 3.3 3.5 4.6 7.4 8.9 8.5 8.6 9.8 12.5 3.0-5.0
结论：利用采油污水直接配制缔合型压裂液是可行的，1.2-1.5%的聚合物 浓度可以适用于130-150℃地层。
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5.性能：破胶液重复利用
利用东辛采油厂永921站经过三相分离后的采油污水配制缔合型压裂液，后于90℃恒 温水浴下加入压裂液总质量0.03%(NH4)2S2O8120min，破胶液粘度为5mPa · s。
新型压裂体系研制---速溶瓜胶压裂液
研究提高瓜胶的溶解能力是满足压裂施工特别是水平井压裂用液量大，达 到在线配制的一个方向。
半乳糖 Mannose
甘露糖 Galactose
瓜胶分子结构
瓜胶分子晶态结构
瓜胶分子氢键结构
通过对瓜胶分子和聚集态研究发现：导致瓜胶溶胀时间长的原因主要为氢 键和类晶态结构。
名称 Jaguar415 Jaguar418 昆山HPG（一级） 昆山HPG（二级） 矿冶CMHPG Aqulon HPG 信德HPG 昆山速溶瓜胶 长庆CJ2-8 速溶瓜胶
pH值 6.5-7 6.5-7 6.5-7 7 7 7 7 6.5-7 6.5-7 6.5-7
与市售多数瓜胶增稠剂相比，速溶瓜胶产品（SRG-1和SRG-2）具
※ 考虑到地层水矿化度较高，设计高分子链同时带有一定量的阴阳离子，以通过反电解质 效应对抗地层水中离子影响。
反电解
质效应
新型压裂体系研制---乳液态缔合型压裂液
3.缔合型压裂液体系反应机理
以丙烯酰胺（AM）及其衍生物做为分子主链，其中共聚带有长链侧基和
刚性基团的功能性单体，利用反相微乳液聚合方式制备。
5.性能：伤害性
缔合型压裂液破胶液对岩心渗透率的伤害性较瓜胶略低。
新型压裂体系研制---乳液态缔合型压裂液
5.性能：破胶能力及破胶液性质
700 600 0.03%过硫酸铵 0.03%胶囊破胶剂
Viscosity (mPas)
500 400 300 200 100 0 0 50
放大400倍
显微镜下观察
乳液态缔合型压裂液：合成高分子类，外观乳液/微乳液态。按罗平亚
院士观点：水基压裂液破胶后无不溶物（残渣）或不溶物极低（测不出） 的压裂液为清洁压裂液。所以乳液态缔合型压裂液属于清洁压裂液，主
要针对于目前压裂液体系不易实时混配、不耐高温、对配制水质要求高
的缺点而研制。
前言 一、新型压裂液体系研制 二、新型压裂液体系应用 三、结论
新型压裂体系应用---速溶瓜胶压裂液
施 工 井 情 况 速 溶 瓜 胶 与 普 通 瓜 胶 溶 解 对 比
项目 井号 油藏类型 油藏埋深 (m) 油层厚度（m） 数值 义123-3HF 浊积扇 3500 9.46 项目 孔隙度（%） 渗透率( 10-3um2) 地层温度（℃） 压力系数 数值 15.1 1.1 145 1.26
有较高的溶解速率，1min溶解百分数最高达到86%，其他各项使用性能
达到目前标准要求。
新型压裂体系研制---速溶瓜胶压裂液
1、增稠剂研究
1.通过在K、Ca和Mg离子溶液和海水中的溶解实验对比发现，速溶瓜胶受
各类金属离子影响，溶解速率降低；
2.通过15s、30s和45s的溶解实验发现，速溶瓜胶的分散性较好，不需要长 时间高速搅拌就可以快速溶解。
6. 具备优势
1. 自增粘，无需加入联剂 2. 溶解迅速，可实现现场实时混配 3. 耐高温，可用于150-230℃地层 4. 无残渣，伤害率低 5. 破胶迅速，破胶液粘度低，表界面张力低，无需加入助排剂 6. 低滤失 7. 可利用各类油田污水配制 8. 有望利用压裂液破胶液进行配制
前言 一、新型压裂液体系研制 二、新型压裂液体系应用 三、结论
5、岩心伤害性能
岩 元陆2井 元坝104井 元陆6井 元坝29井
心 5# 3#
渗透率，×10-3um2 （煤油） 0.1765 0.0580
0.6%速溶瓜胶压 裂液破胶液 √ √
渗透率，×10-3um2 （煤油） 0.1279 0.0454
伤害率，% 27.535 21.626
1#
1# 5#
0.1002
0.35%速溶瓜胶+0.3%锆交联剂 +0.02%Na2CO3（120℃）
低浓度速溶瓜胶压裂液可以满足压裂施工的需要
新型压裂体系研制---速溶瓜胶压裂液
2、交联性能研究
0.6%羟丙基瓜胶 +0.1%Na2CO3+0.45%FVCA+0.05%FVC-B，室温溶解5min， 放置4h后交联，配制水温为6℃
通过速溶瓜胶不同溶胀时间下交联体 系120℃、170s-1 剪切实验发现：速溶
速溶瓜胶溶解1min
瓜胶在几分钟溶胀时间时初始表观粘
度与充分溶胀差别较大，但在高温连
续剪切120min后最终表观粘度相差不 大。
新型压裂体系研制---速溶瓜胶压裂液
2、交联性能研究
0.6%速溶瓜胶+0.45%HTC-E +0.3%HTC-S+0.2% Na2CO3
胜利油田新型压裂液体系的 研究与应用
汇报人：陈 凯 胜利油田采油院 2014.05
前言 一、新型压裂液体系研制 二、新型压裂液体系应用 三、结论
前言
当前压裂施工特点和发展趋势： 1. 加砂规模大
单井加砂量可高达数百立方米
对压裂液性能提出了更高的要求： 1.更加优异的携砂性能 2.成本低廉
2. 排量大
4、滤失性能
速溶瓜
胶溶解 时间 3min 4h
初滤失量，
×103m3/m2
滤失速度，
滤失系数，
×10-7m/min ×10-6m/min0.5 16.6 9.33 10.2 5.60
2.50 1.70
配方：0.6%速溶瓜胶+0.3%HTC-160+0.15%Na2CO3 测试温度：130℃
新型压裂体系研制---速溶瓜胶压裂液
新特点，两者在方便性，基本性能和经济性上越来越不能满足需要。针对
于此，采油工艺研究院研制了“速溶瓜胶压裂液”和“乳液态缔合型压裂 液”两种新体系。
前言
速溶瓜胶：选取质量较好的一级粉做为主料，通过化学改性大大缩减其 溶胀时间的一项技术，通常可使瓜胶在1min内溶解80%以上。主要针对
于瓜胶溶胀时间长不易在线适时混配的缺点而研制。
100 Time (min)
150
破胶液粘度 mPa· s
表面张力 mN· m-1
界面张力 mN· m-1
3
27.5
/
实验条件： 浓度: 1% 破胶温度：90℃ 粘度测定温度：25 ℃ 表界面张力测定温度：25℃
缔合型压裂液破胶液为乳状液，粒径3-10μm，破胶彻底，无不溶物；破胶 液粘度、表界面张力均低于《SY/T 5107-2005 水基压裂液性能评价方法》 规定标准，说明不必另行加入助排剂。
速溶瓜胶溶解3min 速溶瓜胶溶解1min
速溶瓜胶溶解4h
0.6%速溶瓜胶+1%KCl+0.4%HTC-S+0.5%稳定剂 +0.15%Na2CO3+0.5%HTC-E
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2、交联性能研究
0.25%速溶瓜胶+0.3%硼交联剂 +0.3%FP-2+0.1%SD-20（60℃）
新型压裂体系研制---乳液态缔合型压裂液
6. 性能---伤害性
岩 元陆2井 元坝104 井 元陆6井 元坝29 井 心 4# 4# 7# 5# 4# 渗透率，×103um2 （煤油） 0.0848 0.0682 0.2169 0.0634 0.0596 渗透率，×103um2 （煤油） 0.0704 0.0880 0.1453 0.0499 0.0514 伤害率，% 16.992 0 33.011 21.293 13.874
新型压裂体系研制---乳液态缔合型压裂液
1.缔合结构
分子以AM或者AM与其它单体共聚做为主体，同时在主链上引入少量（一般小于2% （mol/mol））的带有疏水基团的可聚合单体（疏水单体），其水溶液有一定的抗温耐 盐抗剪切能力。
HAPAM水溶液的独特流变学性质
E.Volpert. Macromolecules. 1996, 29:1452-1463