无伤害压裂液
耐温耐盐低伤害压裂液聚合物稠化剂
ｄａｍａｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｄｏｓａｇｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｕｃｈ ｐｏｌｙｍｅｒ
聚合物改性，聚合物压裂液可适用于 １８０ ℃ 以上地
评价。
上，但其耐盐性较差，对储层的伤害较大。 通过对
层，且对储层伤害较小，但在聚合物压裂液中加入
大量无机盐制备加重压裂液的研究鲜有报道。 针
对塔里木库车山前区块地质特点和压裂施工要求，
需要研制一种耐温性能及携砂性能好，低伤害，耐
盐性好 （ 能通过加入无机盐 ＮａＢｒ 形成 加 重 压 裂
作者简介：张伟（１９８６—） ，男，高级工程师，２０１０ 年毕业于中国石油大学（ 北京） 石油工程专业，２０１３ 年毕业于该校油气井工程专业，获硕士学位，现从事试
油完井工具工艺方面的研究工作。
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１６０
第 ２９ 卷
特种油气藏
ＤＯＩ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １００６－６５３５ ２０２２ ０６ ０２０
耐温耐盐低伤害压裂液聚合物稠化剂
的研制及应用
张 伟，任登峰，周 进，刘 爽，王 艳，王 桥
（ 中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 ８４１０００）
摘要：塔里木库车山前区块属于超深高温高压区块，具有埋藏深、温度高、地层压力高的特点，
压裂液使用指导
压裂基本知识地层水:配伍性最好, 但悬砂性能差前提是支撑剂的密度降下来。
最小的伤害就在于使用地层水加入添加剂，对支撑剂进行改进，利用纳米技术使得它的密度很水一样，强度还要好，那么在水中就能悬浮，这样就达到无伤害的目的。
风险大水力压裂改造技术主要机理为：通过高压驱动水流挤入煤中原有的和压裂后出现的裂缝内，扩宽并伸展这些裂缝，进而在煤中产生更多的次生裂缝与裂隙，增加煤层的透气性。
且可产生有较高导流能力的通道，有效地连通井筒和储层，以促进排水降压，提高产气速度，这对低渗透煤层中开采煤层气尤为重要. 可消除钻井过程中泥浆液对煤层的伤害，这种地层伤害可急剧降低储层内部的压降速度，使排水过程变得缓慢，影响煤层气的开采。
这种技术在煤层气生产实践中也存在一些问题：由于煤层具有很强的吸附能力，吸附压裂液后会引起煤层孔隙的堵塞和基质的膨胀，从而使割理孔隙度及渗透率下降，且这种降低是不可逆的，因此，目前国内外在压裂改造技术中，开始使用大量清水来代替交联压裂液，以预防其伤害，但其造缝效果受到一定的影响；由于煤岩易破碎，因此，在压裂施工中，由于压裂液的水力冲蚀作用及与煤岩表面的剪切与磨损作用，煤岩破碎产生大量的煤粉及大小不一的煤屑，不易分散于水或水基溶液，从而极易聚集起来阻塞压裂裂缝的前缘，改变裂缝的方向，在裂缝前缘形成一个阻力屏障。
对于构造煤（soft coal），采取压裂的办法行不通，因为受压煤层的透气性会更低. 构造煤主要难点：强度弱、煤岩碎、非均质强、渗透性差清洁压裂液（ClearFRAC）清洁压裂液的工作原理：加入的表面活性剂形成的胶束，可以在特定的盐浓度下产生，获得粘度，可以在稀释获得遇见亲油相以后通过减少胶束过流面积以后去除粘度。
它一种粘弹性流体压裂液，主要成分包括长链的表面活性剂(VES)、胶束促进剂(SYN)和盐(KCl)，目前国内外广泛使用是第一代VES 压裂液，主要是阳离子型季铵盐表面活性剂，它们是CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）、Schlumberger的JB508型表面活性剂和孪生双季铵盐类表面活性剂。
煤层气行业压裂液-相当经典
02
煤层气行业压裂液的应 用
煤层气开采中的压裂液应用
压裂液在煤层气开采中起到关键作用 ，通过向煤层中注入压裂液，能够使 煤层产生裂缝，增加煤层气的渗透性 ，从而提高煤层气的产量。
压裂液的选择需要根据煤层的特点和 开采条件进行优化，以确保压裂效果 和煤层气的开采效率。
煤层气增产中的压裂液应用
高效化
随着煤层气开采技术的发展，对压裂液的效率要求越来越 高。未来压裂液的发展将更加注重高效化，以提高煤层气 开采效率。
环保化
环保要求日益严格，未来压裂液的发展将更加注重环保性 能，开发低毒、低污染、易降解的压裂液体系，以及压裂 液的循环利用技术。
个性化
不同煤层地质条件对压裂液的要求不同，未来压裂液的发 展将更加注重个性化，根据不同煤层地质条件定制适合的 压裂液体系。
和维护较为复杂。
压裂液的作用
造缝作用
压裂液在高压下将煤层 压开并形成裂缝，增加 煤层气渗透面积，提高
开采效率。
支撑作用
压裂液在裂缝中起到支 撑作用，防止裂缝闭合， 保持煤层气渗透通道的
通畅。
携砂作用
压裂液将破碎的岩石颗 粒携带至地面，保持井 筒通畅，便于后续排采
作业。
降低摩擦作用
压裂液在泵送过程中可 降低管路和泵的摩擦阻
在煤层气增产过程中，压裂液的注入能够扩大煤层裂缝，提高煤层气的渗透性， 从而增加煤层气的产量。
针对不同的增产需求，需要选择不同类型的压裂液，如低粘度、高粘度、泡沫压 裂液等，以达到最佳的增产效果。
煤层气排采中的压裂液应用
在煤层气排采过程中，压裂液的注入能够提高煤层气的解吸 速度和采收率。
压裂液在排采过程中起到调节地层压力的作用，有助于控制 煤层气的生产速度和采收率。同时，合理的排采制度也是提 高煤层气采收率的关键因素之一。
压裂液的特点与适用范围
压裂液的特点与适用范围压裂液的特点与适用范围一、水基压裂液水基压裂液是以水作为分散介质（溶剂），再添加多种添加剂配制而成的一种压裂液。
按稠化方式和稠化程度不同分为水基冻胶压裂液、线性胶压裂液和活性水压裂液。
1、水基压冻胶裂液主要由水、稠化剂、交联剂和破胶剂配制而成。
特点：粘度高，可调性好，易于控制，造缝性能好，携砂能力强；摩阻低，滤失量小，耐温、耐剪切能力好，能在指定的时间内破胶排液，配制材料货源广。
适用范围：除少数低压、油润湿，强水敏地层外，适用于大多数油气层和不同规模的压裂改造，可以完成高温、高压、深井、超深井、高砂比、大砂量等高难度压裂作业。
2、线性胶压裂液（稠化水压裂液）以稠化剂和表面活性剂配置而成的粘稠性水溶液。
特点：粘度较低，携砂性能差，降滤失性能略好，有一定造缝能力。
适用范围：主要用于压裂防砂、砾石充填、低温（小于60℃）、浅（小于1000）井的压裂改造；或用于低砂量、低砂比的煤层气或不携砂注水井压裂。
3、活性水压裂液加有表面活性剂的低粘水溶液。
特点：粘度几乎为零，滤失量大，依靠大排量可以携带较少支撑剂。
适用范围：适用于浅井低砂量、低砂比的小型解堵压裂和煤层气井压裂。
二、油基压裂液以就地原油或柴油作为分散介质与各种添加剂配制而成的压裂液称为油基压裂液。
稠化剂：磷酸酯交联剂：铝酸盐特点：粘度较高、耐温性能较好、携砂能力较强、对储集层伤害较小。
缺点：价格昂贵、施工困难、易燃。
三、泡沫压裂液泡沫压裂液是指在水力压裂过程中，以水、线性胶、水基冻胶、酸液、醇或油作为分散介质，以气体作为作为分散相（不连续相），与各种添加剂配制而成的压裂液。
按分散相类型不同，泡沫压裂液体系可以分为氮气泡沫压裂液、二氧化碳泡沫压裂液和空气泡沫压裂液。
优点：粘度高，携砂和悬砂性能好，摩阻损失小、滤失量小，液体效率高、在相同液量下裂缝穿透深度大；含水量小，密度低，气体膨胀能力强，易于压后返排，对油层污染小。
缺点：温度稳定性差，使用范围受到限制，由于井筒气―液柱的压降低，需要的施工泵压高，对于深度大于2000m以上的油气层施工难度大，设备特殊，成本较高。
油田化学——压裂液及压裂用添加剂
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
无伤害压裂液流变模式研究
无伤害压裂液流变模式研究第1章概述1.1 本论文的研究意义压裂液是压裂工艺技术的一个重要组成部分。
其主要功能是造缝并沿张开的裂缝输送支撑剂，因此液体的粘性至关重要。
然而，成功的压裂作业还要求液体具备其他的特殊性能，除在裂缝中具有要求的粘度外，还要能够破胶，作业后能够迅速返排，能够很好地控制液体滤失，泵送期间摩阻较低，同时还要经济可行。
为了更大限度的发现油气藏、保护油气层产能，提高油田产量，实现油田的宏伟目标，项目的研究开发具有更大的现实意义，为了赶超世界石油开发的先进技术水平，限制一些国家垄断，为大庆油田[2]的“稳油控水”降低原油的开采成本，项目开发具有一定的政治意义和巨大的经济效益。
1.2 压裂液添加剂的现状及展望1.2.1胶凝剂1.2.1.1国外状况国外90年代应用的胶凝剂仍以胍胶及其衍生物和纤维素[3]及其衍生物为主。
胍胶有未改性的天然胍胶、羟丙基胍胶(HPG)、羧甲基羟丙基胍胶(MHPG)、羧甲基羟乙基胍胶(MHEG)等。
纤维素有羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素及羟乙基纤维素等。
但应用最多的是胍胶类，占总用量的90%。
据统计，世界六大油田化学剂公司产品中以上两大类胶凝剂有103种产品。
(1)半乳甘露聚糖胶凝剂硼交联的胍胶凝液是一种改良组分，可用于135～148℃高温井压裂。
它的高温稳定性主要依赖于含有的MgO和氟离子。
氟离子的作用是防止MgO在高温下沉淀，来源于KF、NH4F、NH4HF2。
适用于地层温度低于160℃的油气井压裂。
胍胶或具有10万分子量的羧甲基羟丙基胍胶0.2%～1.25%、水20%～100%、pH值维持2～4.4的缓冲液、交联剂-羧酸铝和醋酸及铝螯合剂、缓交联剂等组分组成的压裂液具有足够长的缓交联时间供施工作业，并具有较好的携砂能力。
用多糖或纤维素衍生物胶凝剂配制压裂液的组分为：①含钾离子的水基液；②以半乳甘露聚糖及其改性产品或衍生物和纤维素衍生物作为胶凝剂；③交联剂；④选自碱金属氯化物及次氯酸盐的足量破胶剂；破胶剂的活化剂，一种含有铵离子或能产生铵离子的化合物。
压裂液(3)
20
图6-8 滤失系数与缝长关系曲线
曲线分析： 从1、2曲线可看出，在相同条件下，排量大，则裂缝 延伸长；
从3、4曲线可看出，在压裂液性能好的情况下，滤 失量减少比提高排量效果好。（需查原著： 3、4曲线 的压裂液性能是否相同？）
9
若干度大于0.9，则泡沫变成雾状，其悬砂能力大 大下降。
因此，施工中，控制泡沫干度是十分重要的。通 常压裂施工中，将干度控制在0.7～0.8范围内。
1.特点：泡沫压裂液密度低，粘度高，悬砂能力 较强，含水少，对地层污染小。但泡沫稳定性较差。
2.适用： 低压地层、水敏地层和气层。 存在问题：p259
10
二、压裂液的滤失性
压裂液滤失原因： 压裂液在裂缝中流动时，在缝内压力和地层压力之差
的作用下，使部分压裂液渗入地层的性质。
11
四、压裂液滤失系数
造壁性影响的滤失系数 压裂液粘度影响的滤失系数 地层流体的粘度和压缩性影响的滤失
系数
12
1.受压裂液粘度控制的滤失系数C1
假设:
压裂液为牛顿型液体且作线性层流流动； 压裂液呈活塞式侵入，即侵入段地层流体被顶替； 压裂液和地层岩石均不可压缩； 压差ΔＰv＝ＰE－Ｐs 为常数。 利用达西方程，就可导出液体的滤失速度及系数 。 注意：当压裂液的粘度大大超过地层流体的粘度时 ，压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度。
8
（4）泡沫压裂液 泡沫压裂液实际上是一种液包气乳状液，气体是内相，
液体是外相。 泡沫压裂液的基液是水，稠化水、水冻胶、酸液、醇
和油。气体有二氧化碳、空气、天然气、氮气等，起泡 剂为表面活性剂。
APCF低伤害压裂液技术
APCF低伤害压裂液技术APCF低伤害压裂液技术摘要：APCF低伤害压裂液技术是一种新型的压裂液技术，其有效地降低了压裂过程中对井壁和地层的伤害，提高了石油天然气开采效益。
本文介绍了该技术的特点、应用情况、发展趋势等内容。
关键词：APCF；低伤害；压裂液技术；开采引言随着石油天然气产量的不断增长，对于高效、安全、环保的开采技术的需求也逐渐上升。
传统的水基压裂液技术在提高石油天然气开采率的同时，会对井壁和地层产生较大的伤害，同时，其污染环境和占用用水资源的问题也不容忽视。
因此，针对这些问题，研究人员提出了一种新型的压裂液技术——APCF低伤害压裂液技术。
APCF低伤害压裂液技术的特点APCF低伤害压裂液技术是相较于传统的水基压裂液技术而言，其具有以下几个特点：首先，APCF压裂液技术是一种新型的压裂液技术，其采用了特殊的多组分无机固体颗粒混合物，同时在水基液体中加入活性化合物，从而达到了液相和固相共同作用的效果。
其次，APCF技术可降低压裂过程中对井壁和地层的伤害。
传统的水基压裂液技术在压裂过程中由于其高压力和大流量的需求，常常会对地层造成较大的伤害，而APCF技术的压力和流量要求相对较小，因此对地层的危害也相对较小。
同时在APCF技术中加入的固体颗粒混合物，能够有效地填充井壁和地层裂缝，从而增加地层稳定性，减轻对地层伤害。
第三，APCF技术在污染环境和占用用水资源方面也有明显的优势。
传统的水基压裂液技术需要大量的用水，而造成的地面环境污染也较为严重。
而APCF技术中，由于其少用水和固体颗粒的填充作用，其对环境的污染相对较小。
APCF低伤害压裂液技术的应用情况APCF低伤害压裂液技术在国内外的应用情况较为广泛。
国内的油气田开采中，多数采用传统的水基压裂液技术，但随着APCF技术不断完善和推广，其在国内也逐渐得到应用。
同时，APCF技术在国外的美国、加拿大等油气勘探开采地区也得到了广泛应用。
APCF低伤害压裂液技术的发展趋势APCF低伤害压裂液技术的发展前景是十分广阔的。
煤层低伤害氮气泡沫压裂液研究
（ 中国石 油大学石 油工程 学院， 山东青岛 ２ ６ ６ ５ ８ ０ ）
摘要 ： 随着煤层气开发规模不断扩大 ， 在煤层压裂增产过程 中压裂液滤失 量高 、 地 层伤害严重 、 返排 困难且 压裂效果
差等 问题不断 凸显 。结合煤层气储层物性 ， 研制低伤害氮气 泡沫压 裂液体系 ， 即０ ． ５ ％Ｙ Ｓ Ｊ 杀菌剂 ＋ １ ％Ｆ Ｐ 一 １复合起 泡剂 ＋ ２ ％Ｋ Ｃ １ 防膨剂＋ Ｎ ， 。对该氮气泡沫压 裂液体 系进行滤失试验 和分 散试验研究 。结果 表明 ： 该泡 沫压裂液体 系 起泡及稳泡性能 良好 ， 耐剪切能力强 ， 携砂 能力强 ； 泡沫和气液两相滤饼 的封堵 作用可 以明显降低压 裂液 的滤失量 ， 并且氮气可 以增强压裂液 的返排能力 ： 压裂液体 系中的表面活性剂可 以降低 煤粉与水相 的界面张力 ， 提高压裂 液对 煤粉 的分散能力 ： 相对于常规压裂液体 系， 氮气泡沫压裂液体 系对煤层气岩心 的伤害较小 。 关键 词 ： 煤层气 ； 氮气泡沫 ； 压裂液 ； 动态滤失 ； 低伤害
２ ０ １ ３年
第３ ７卷
中 国石 油 大 学 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ
Ｖ０ １ ． ３ ７ Ｎｏ． ５ Ｏｃ ｔ ． ２ ０标志码 ： Ａ
Ａ ｎｉ ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｆ ｏ ａ ｍ ｌｕ ｆ ｉ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｌ ｏ ｗ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄａ ｍａ ｇ ｅ
ｏｒ ｆ ＣＢＭ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎｇ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ
两种低伤害压裂液体系在苏里格气田东区的应用
表２苏东岩芯伤害数据 压裂液类型
常规体 系 低浓度体系 ＶＥ Ｓ 体系
两种技 术３ ０ 井次， 并取 得较 好的改造效果 Ｉ 关键 词１低伤害压裂液 ； 羟丙基； 粘弹性表面活性剂； 现 场应用
０ ． ０ ３ ７ ６ ０ ． ０ ０ ４ ７ ７ ６ ２ ０ ． ０ ０ ５ ３ １
６ ３ ． １ ４ ２ ． ８ １ ９ ． ３
此， 使用低伤害工艺以减 少储 层基 质渗透率和 支撑裂缝伤害 已经成 为苏 系的现场应 用进行对 比评 价。 ３ ． １ 设计参数 东 储层改造 的重要课 题１ ２ － ５ ］ 。 作为苏里格压 裂新 工艺、 新技术试 验 田， 统 （ １ ） 砂 比： 参数优 选主 要 与目的层的 储层品位 相关 ， 设计 时未 考 计 表明 ， 到２ ０ １ ２ 年底 ， 西 南井下在苏东应 用新型低伤害工艺 的措 施井次
低伤害体系排量设置都较常规体 系为高。 形成的胶束凝 胶不含 高分子， 极大 降低 基质及裂缝 壁面吸附 滞留伤害 ， （ ５ ） 小结： 三种工艺设计规模 相当， 而Ｖ Ｅ Ｓ 体 系拥有最好的泵注环 （ ２ ） 新型阴离子表面活性 剂与砂岩 表面的负电性相斥 ， 不易在砂岩表面 吸附， 很难 进入砂 岩及其填 隙物 的孔喉 ， 还 可有效防止 阳离子表面活性 境。 剂 可能造成的润 湿反转。
主力产层盒８ 平均砂比最高￣ Ｊ ２ ８ ％， 山１ 与 山２ 分别为 已达到 公司压裂 任务井数的 ７ ９ ． ２ ％， 而其 中应用较为成功 的两种新 工艺 虑液体体系的影响 ， ５ ％、 ２ ３ ％。 是超低 浓度羟 丙基瓜尔胶 压裂液 体系和阴离子粘弹 性表面 活性剂 体系 ２ （ ２ ） 前置液 比： 由于 阴离子型清洁压裂液 不含高分子 聚合物 ， 液体 （ ＶＥ ｓ ） 。
聚合醇低伤害压裂液探索研究
聚合醇低伤害压裂液探索研究X姚 亮1,2,郭 钢3,许 飞4(1.西安石油大学,陕西西安 710016;2.长庆油田第三采气厂,内蒙古乌审旗 017300;3.长庆油田油气工艺研究院,陕西西安 710018;4.长庆油田第一采气厂,陕西靖边 718500) 摘 要:水力压裂是低渗油气田油井增产、水井增注的的重要措施之一。
为了降低压裂液对储层伤害,进行水基聚合醇压裂液基础配方研究。
选择有机硼作为交联剂,通过室内实验确定了压裂液的最佳配方:聚合醇质量分数为1.8%、交联剂质量分数为0.9%、pH 值调节剂质量分数为0.16%,参照SY /T 5621—1993《钻井液测试程序》评价压裂液性能。
评价结果表明,该压裂液具有较好的流变、抗剪切和破胶性能,残渣含量低,对储层伤害小于常规压裂液。
为油气田开发增产提供了有效技术支撑。
关键词:低伤害;聚合醇;低残渣;性能评价 中图分类号:T E357.1+2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)05—0009—03 我国大部分油气藏属于低孔低渗型储层,一旦造成伤害,加大开发难度。
目前,压裂液伤害研究是减少储层伤害,提高施工成功率,改善压裂效果的“瓶颈”之一。
本文针对超低渗透的储层特点,探讨开发低伤害、聚合醇水基压裂液体系[1]。
聚合醇压裂液体系具有常规压裂液的造缝和携砂性能,并且具有破胶彻底、残渣含量低、对储层伤害小等优点。
因此,探索出低伤害聚合醇压裂液,对于油田生产实践具有重大意义。
1 低伤害压裂液主剂选择结合国内外工作液处理剂的发展趋势,聚合醇类产品是油气田工作也发展的新方向之一[2]。
由于具有多羟基结构,能很好的吸附在粘土表面,形成一种致密的半透膜,在近几年经常被用于钻井液、完井液等,使用过程发现其优良的具有降失水、防塌、润滑、增粘、成膜护壁、抑制水合物结垢等功效[3]。
又因为聚合醇类能够和某些交联剂形成冻胶,具有良好的携砂能力。
因此,低伤害压裂液选择聚合醇T D 作为主剂。
压裂液介绍
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。
超分子低伤害清洁压裂液RZSF(2)
（3）压裂液破胶液对支撑充填层的 影响
A、破胶液对比照片
瓜胶压裂液破后
清洁压裂液破胶后
（3）压裂液破胶液对支撑充填层的 影响
B、破胶后支撑剂对比照片
瓜胶压裂液破后
低伤害清洁压裂液破胶后
（3）压裂液破胶液对支撑充填层的 影响
C、低伤害清洁压裂液对支撑剂充填的伤害≤10％；如下数据
1000 900 800 700
三、系统体系
我公司的超分子低伤害清洁压裂液RZSF清洁压裂液体系构成如
下：
1．清洁压裂液稠化剂RZSF-1、RZSF-1W； 2．清洁压裂液稠化强化剂RZSF-2、RZSF-2W； 3．清洁压裂液高温温度稳定剂RZSF-3W；（地层温度>110℃使用） 4．清洁压裂液低温破胶剂RZSF-3；（地层温度<45℃使用）
%
0.05 0.04 0.03 0.01 0.01
上表对压裂液的破胶水化液的粘度的测定。可以看出在，温度80～130℃，过硫酸铵的浓 度为0.01%～0.05%时可使复合体系在4.0小时内完全破胶，破胶后溶液粘度很低，破胶后的粘 度小于3mPa·s,并且无残渣。在高温下破胶剂很快拆散了分子之间的结构，从而使复合体系能 够彻底破胶。 瓜胶压裂液破胶后由于破胶后存在不溶性悬浮物（残渣），它们聚集在一起形成云雾集合 体。相反，清洁压裂液破胶后，由于其破胶后无残渣，溶液呈清洁透明状。
RZSF超分子低伤害清洁压裂液剪切试验（70℃）
APV-70（no KCL） Eta = f (t) GP = f (t) T = f (t)
100
200
100
80 150 60 100 40 50
80
(mPas)
60
(1/s) / GP
压裂液介绍
的还原性化学品，有效降低了破胶剂活化温度。
3.压裂液添加剂- pH值调节剂
pH调节剂可控制稠化剂水合增粘速度、交联剂 所需的pH值范围和交联时间；
当pH值较低时，大多数液体迅速破胶； 当pH值较高时，压裂液的温度稳定性好，破胶 时间较长；
压裂液的pH值应控制在合理的范围。
3.压裂液添加剂-表面活性剂
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-粘土稳定剂
防止粘土膨胀、分散和运移
无机盐KCl，提高压裂液矿化度，有效压缩使粘土膨
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
自动破胶三大特性。
3.压裂液添加剂-破胶剂
使压裂液交联冻胶发生化学降解，由大分子变成小分 子，有利于压后返排，减少储层伤害。 水基交联冻胶压裂掖常用的破胶剂有酶、氧化剂（常 用过硫酸盐）和酸。 生物酶和催化氧化剂适应于21-54℃； 一般氧化剂适应于54-93℃。 低温破胶活化剂，针对过硫酸铵分解温度较高而开发
-泡沫--氮气、二氧化碳、双元
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Contrast of preparation process of two type fracturing fluids Water tank Polymer Water
Visco-elastic Surfactant
Precision Continuous Mixer
Prop-pant
High Speed Blender
表面活性剂压裂液国内现状
单位 代号 加量 %
2.5 3.5 6 4
表观粘度mPa.s
常温 160 161 146 高温
最高抗 温能力
破胶液粘 度mPa.s
4 8.9 8.3 4.2
现场应用 情况
应用 未应用 未应用 未应用
青海油田 华北油田 华北油田 北京科隆
VES-QH VES-Ⅰ VES-Ⅱ NTX－100
110（80℃） 82 ℃ 101 106 70 ℃ 120 ℃
97（60℃） 100 ℃
西南学院
大庆油田 四川大学 廊坊分院 大港油田
GPP
CTAB SCF VES－70 VES－DG
4
－ 4 5 －
125
－ 62 180 165
50（98℃）
98 ℃
5.0
1.0左右 1－7 2－6 4
未应用
应用浅井 未应用 未应用 应用
Surfactant）
ClearFrac
6000
压 裂 5000 次 4000 数
3000 2000 1000
1998/10 2000/3 1999/5
2002/9
0 1997年10月
1999年10月
2001年10月
Time
References: SPE38622、50652、59478、60322
两种类型压裂液的差别－－温粘性
恒定温度和剪切速率下的粘度变化图
140 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 剪切时间（min） 80 100 90.6 90.4 90.2 90 温 89.8 度 （ 89.6 ） 89.4 89.2 89 88.8
剪切粘度（mPas）
η [mPas] T [温度]
• 压裂液中起始瓜胶的浓度 • 滤失状况 • 破胶状况
图1 导流率 ~ 孔隙率关系
残余的瓜胶在裂缝内部的
分布状况
图2 导流率 ~ 起始瓜胶浓度
瓜胶残留对支撑剂填充层的伤害
瓜胶在地层的总的残余量
残余的瓜胶在裂缝内部
的分布状况
• 配液时的混合情况
－－鱼眼
• 滤失状况
－－容易形成定向排列
减轻传统瓜胶压裂液伤害的努力之一
Newly developed Surfactant based Fracturing Fluids
BJ Baker Hughes Trican Calfrac
AquaClearSM & ElastraFrac™ SurFRAQ™ Neutral clean Surfactant Fluid CWS-400
表面活化剂类
无伤害压裂液
张士诚 张 劲 2007年4月
内容简介
• • • • • 传统聚合物压裂液的特征 清洁压裂液的特征 无伤害压裂液 性价对比 小结
1. 传统聚合物压裂液的特征
传统瓜胶压裂液的伤害机理
除水不溶物外，半乳糖支链破胶过程被切除造成额外的残渣
瓜胶残留对支撑剂填充层的伤害 瓜胶在地层中总的残余量
Surfactant 500 400 300 200 100 0
20 30 40 50 60 70 80
Polymer
剪切粘度（cps ）
温度（℃）
为什么粘度低携砂能力反而强？
两种类型压裂液的差别－－携砂能力
序号 聚合物压裂液 中陶粒的沉降 速度（cm/s） 清洁压裂液中 陶粒的沉降 速度（2％） 1 2 3 4 5 6 7 8
减轻传统瓜胶压裂液伤害的努力之三
其它方法
• Halliburton公司 MicroPolymer Fracturing Fluids
De-polymerization
CH2OH
CH2 O
CH2OH
第一部分结语
由于高分子自身的特殊性，很难有效地将其
完全从地层和裂缝中清除。
低分子压裂液虽然降低了伤害，仍未实现零 伤害，而且成本较高。 欲利用水力压裂技术制造高导流率的人工裂 缝，必须另辟奇径－－无伤害压裂液、无伤
Middle Almond Levis
Total
Average/well
VES Proppant Volume (lb) Fluid Volume (bbl) Pad Volume (bbl) Conductivity (md/ft) Frac Length (ft) Frac Height (ft) Cumilative Production for first six months (MMscf/D) 86K 1049 354 511 369 97
减轻传统瓜胶压裂液伤害的努力之三
其它方法
• Halliburton公司 MicroPolymer Fracturing Fluids
MicroPolymer material is 25 to 30 times smaller than conventional polymers
source: Spe77746、75690
O S - + O Na O
Sodium dodecylsulfate (SDS)
+ N Br-
• 两性离子
Dodecyl betaine
• 非离子
O
O
O
O
OH
Polyoxyethylene(4) lauryl ether (Brij 30)
表面活性剂的种类及自聚集体特征
离子型表面活性剂
• 亲水端静电斥力较大，通常需要加入合适的反离子或 相反电荷类型的表面活性剂来抑制其静电斥力，促使 蠕虫状胶束的形成 • 反离子与亲水端通过库仑力相互作用，将表面活性剂 分子束缚在一起，使得胶束获得额外的稳定力
Spherical micelle
C>CMCⅡ
Wormlike micelle
C>Centangle
Inter-net construction
ah l
p=v/(ah l)
0<p<1/3
treelike micelle
1/3<p<1/2
表面活性剂的种类及自聚集体特征
• 阴离子 • 阳离子
Cetylpyridinium bromide
Guar 140K 1727 662 394 385 167
VES 106K 951 427 1096 438 80
Guar 121K 1609 714 270 435 203
VES 118K 877 164 908 204 127
Guar 217K 2084 723 697 385 245
VES 310K 2877 945
4.6
3.9
5.5
3.5
4.7
4.8
5.2
4.3
观测4小时，下落高度不明显
60°C 清洁压裂液粘度100cp@170S-1 60°C 聚合物压裂液粘度360cp@170S-1
为什么粘度低携砂能力反而强？
是否所有表面活性剂都能 用来制备清洁压裂液？
网状结构
1.
支化结构
囊泡结构
研究表明，只有依靠较长的蠕虫状胶束，才能形成较好的弹性网络， 只有这样表面活性剂才能用来制备清洁压裂液。 2. 而有些表面活性剂分子易于形成支化胶束和囊泡，而非蠕虫状胶束， 由这些小分子表面活性剂配制的溶液，通常具有较大的粘度，携砂 能力却非常差。 3. 疏水端基长度越长，其温粘性能就越好。而有些表面活性剂比如 CTAB，由于其疏水端基长度短，其温粘性能就差。
也即低粘高弹才是最好的压裂液
The first Surfactant Fracturing Fluids On Sale
Schlumberger
ClearFrac
• On Sale Since 1997, Most Early and Widely Used • Fatty acid Quaternary Ammonium（Cationic
Slowly Agitate And Hydrate Fracturing Fluid
Prop-pant
Pump Slurry DOWNHOLE
High Speed Blender Pump Slurry DOWNHOLE
清洁压裂液助剂少，配液工序较瓜胶压裂液少， 大大节约施工成本和时间。
两种类型压裂液的差别－－造缝能力
100（60℃） 70 ℃ 70（100℃） 110 ℃ 60（60℃） ＞30 70 ℃ 90 ℃
胜利油田
VES－SL
D3F-AS05
2.8-5
1.43-3
546
50(120℃)
120 ℃
1－3
应用
石油大学
75
＞30
130℃
1-7
应用
小
结
Schlumberger的清洁压裂液确实解决压 裂液对裂缝导流能力伤害； 同样地层清洁压裂液的用量是胍胶用量 的1/2,裂缝导流能力却是它的2倍； Schlumberger的清洁压裂液改变了地层 表面性质，使地层的渗透率可能受到伤 害。
所以仅仅依靠粘度来判别压裂液的性能是不可取的。
压裂液的评价标准
现行的评价标准是用G’来评价
即认为弹性越好，压裂液性能就越好 但如果弹性高，其粘度也高，则摩阻就大