新型压裂液概述

黄原胶(XT)
甲叉基聚丙烯酰 胺(MPAM)
0.4～0.7 0.5～0.8
0.5～0.8
0.4～0.6
0.4～0.6 0.05～
0.1 0.4～0.6
50～130
120～ 160
85～125
200～ 300
100～ 200
100～ 300
150～ 300
Fan35 旋 转
粘度 计 在
25℃， 100r/
氧化破胶剂
适用于 pH=3 ～ 14。普通氧化破胶剂适用温度 54～93℃；延迟活化氧化破胶剂适用温度 83～ 116℃，常用氧化破胶剂是过硫酸盐。 有机弱酸 很少用作水基压裂液的破胶剂,适用温度大于93 ℃。
水冻胶压裂液添加剂
▲其它助剂
降滤剂：降低压裂液在施工过程中的液体滤失量 防膨剂：防止粘土水化膨胀和分散运移 杀菌剂：杀灭高分子水溶液中的细菌，保证基液不变质 助排剂：降低破胶后液体表面张力，利于返排 pＨ值调节剂：使压裂液具有一定的pH值缓冲能力 稳定剂：用来提高压裂液的耐温能力
1
1
6
设备严重老化，满足不了油田内部压 裂需要，目前在陕北施工
1
1
6
设备老化，不能适应高压大排量需要
1
1
6
设备老化，不能适应高压大排量需要
1
2
8
主力车组
低压CO2泵车2台 20m3 CO2储运罐车6台
1
1
6
引进以来，进行了6口井的CO2吞吐施 工，未投入压裂施工 逐渐投入现场
常用压裂液体系
水基冻胶压裂液 清洁压裂液 二氧化碳泡沫压裂液 胶凝酸酸压体系
交联剂名称
硼砂 C-200 C-150 C-150h 固体交联剂 OB-99 ZB-03
交联范围 pH
8-11 9.0-11.0 9.0-11.0 9.0-12.5 9.0-13.0 8.0-10.0 8.0-10.0
适用井温 ℃
≤90 ≤110 ≤120 ≤130 ≥130 90～135 ≥135
0 0
Eta(t)[mPas] 二次交联 温度
20
40
60
时间（min)
120
100
80
60
40
20
0
80
100
➢低分子量压裂液体系：新型压裂液体系，具有较大的发展前景。
优点： ➢ 分子量17-30万，比常规压裂液分子量降低至少210（243 万），易形成很好的交联流体； ➢ 液体滤失控制好； ➢ 滤饼，对裂缝表面损害较小； ➢ 施工中不再使用破胶剂，返排率高、对地层的伤害大幅 度降低； ➢ 液体回收重复利用，减少对环境的污染、也节约成本。
压裂液是个总称，注入井内的压裂液在不同的阶 段有各自的任务。
对压裂液的性能要求
1.滤失量低; 2.悬浮性能好; 3.摩阻损失小; 4.对地层渗透率损害小（配伍性好、低残渣、易返排）; 5.性能稳定（热稳定性、剪切稳定性）； 6.成本低。
对压裂液的性能要求
❖压裂液
预前置液 前置液 携砂液 顶替液
对地层降温冷却和预处
•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
侧基去除，主链向纤维素的螺旋结构 转化，引起聚合物水溶性降低，产生 次生残渣
胍胶残渣对导流能力的伤害
图1 导流率 ~ 孔隙率关系
图2 导流率 ~ 起始胍胶浓度
胍胶残渣对导流能力的伤害
✓残余的胍胶在 裂缝内部的分 布状况
• 压裂液滤失
－－容易形 成定向排列
随着人们对常规聚合物压裂液伤害特征认识的不
压裂液的关键
压裂液粘度控制是获得最佳压裂效果的最重要前提条 件之一。
压裂液的粘度控制大体分为泵送入井、造缝和排液三 个阶段。由于不同阶段的粘度控制直接影响到最终的压裂 效果，因而不同阶段对压裂液粘度特性的要求也就不同。
压裂液的关键
相应阶段的压裂液粘度控制应满足以下要求： △泵送阶段的压裂液初始粘度控制在满足悬砂和低摩阻的适中 水平； △造缝阶段的压裂液粘度尽可能达到最大造缝能力的高水平； △排液阶段的水化液粘度降到最低水平。从而获得最佳的压裂 效果。
压裂液类型 水基压裂液 油基压裂液 醇基压裂液 泡沫压裂液 乳状压裂液 酸基压裂液
常见压裂液类型及特性
主要特性
耐温性好，摩阻小，携砂能力强， 成本低，操作安全
配伍性好，摩阻大，携砂能力差， 成本较高，操作不安全
伤害小，易返排，耐温性差， 携砂能力差，操作不安全
易返排，对油层污染小， 携砂能力差，耐温性差
mi n 下测 定。
水冻胶压裂液添加剂
▲ 交联剂
两性金属（非金属）含氧酸盐 —硼酸盐、铝酸盐、锑酸盐和钛酸盐等 弱酸强 碱盐
无机盐类两性金属盐 —如硫酸铝、氯化铬、硫酸铜、氯化锆等强酸 弱碱盐
无机酸脂 —如硼酸酯、钛酸酯、锆酸酯
醛类 —甲醛、乙醛、乙二醛等
水冻胶压裂液添加剂
▲破胶剂
பைடு நூலகம்
生物酶
适用温度21 ～ 54℃,pH值范围pH=3 ～ 8,最佳 pH=5
交联时间 min
0.5以内 1
2～5 2～5
2～6 2～8
三、压裂液研究进展
•传统聚合物压裂液的伤害特征
按压裂液作用位置分
地层基质伤害 支撑裂缝伤害
按流体性质分
液体伤害 固体伤害 压裂液滤饼和浓缩胶
•压裂液对储层的伤害
• 压裂液在地层中滞留产生液堵 • 地层粘土矿物水化膨胀和分散运移产生的
伤害 • 压裂液与原油乳化造成的地层伤害 • 润湿性发生反转造成的伤害 • 压裂液残渣对地层造成的损害 • 压裂液对地层的冷却效应造成地层伤害 • 压裂液滤饼和浓缩对地层的伤害
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。
通过向瓜胶分子上引入带电基团，利用带电基团之间 的静电斥力，可以使原有的瓜胶收缩线团变成扩张线团， 从而降低形成交联网络所需要的瓜胶用量。
胍胶羧甲基化 -COOH BJ公司 VISTAR型低浓度胍胶压裂液
BJ公司 VISTAR型低浓度胍胶压裂液
该类型胍胶用量可以减少30-50%。
收 缩 线 团
C*=1.96 kg/m3
新型压裂液概述
目录
一、压裂及压裂液基础知识 二、中原油田压裂发展史 三、压裂液研究进展 四、新型压裂液体系
一、压裂及压裂液基础知识
压裂的内涵与发展方向
压裂工艺
压裂液
储 层 特 征
低伤害压裂工艺
压裂
压后
气 价
工艺
管理
压裂液
压后管理
压裂液及其作用
压裂液是压裂改造油气层过程中的全部工作液。 它起着传递压力、形成地层裂缝和沿着张开的裂缝输 送支撑剂的作用。
理传，递以压减力少，后使续地主层工破作裂， 液产对生地裂层缝的以伤备害后。面一的般携 为砂活液性进水入。。在温度较高
的将地支层撑，剂带它入还裂可缝以中进并一 步将起砂到子降分温布在作预用定。的一位般 为置高上粘。冻同胶时。可使裂缝延
伸将和携继砂续液冷送却到地预层定。的它位 在置压。裂一液般中为的活份性量水最。大。 一般为交联冻胶。
常用压裂液体系
清洁压裂液
2004年在中原油田试验应用，因高温下使用 成本高，无法进行大规规模推广应用。
二氧化碳 泡沫压裂液
2002年随二氧化碳机组引进，在文23气田试 验三口井，因工艺和货源问题，未能推广。
胶凝酸酸压体系 2006年随普光气田开发引进，普光2、双庙
1井取得成功，使普光气田未来投产的主要
措施。
水基冻胶压裂液常用化学剂
成胶剂
羟丙基胍胶 （山东大王、三力化工等）
交联剂
C-200有机硼 C-150有机硼锆复合交联剂 C-150H有机硼锆复合交联剂 固体高温硼交联剂 OB-99系列有机硼交联剂 ZB-03高温有机硼锆复合交联剂
破胶剂
过硫酸铵 胶囊破胶剂 支撑裂缝处理剂
常用交联剂性能指标
扩 张 线 团
C*=0.61 kg/m3
(二)低分子胍胶压裂液
低分子胍胶是在酶或者光催化下，严格控制实验条件，把 常规胍胶降解成分子量仅1/10～1/20的产物。
目的是在地面上、在实验室内将在地下无法控制的破胶 过程提前、严格控制的完成。
特点：它的交联和破胶靠压裂液体系自身pH值的改变而 完成， pH值高的时候可以交联呈冻胶状， pH值低的时候自 动破胶。因此施工工艺相对简单，可回收再利用。
常用压裂液体系
水基冻胶压裂液
1985年，引进甲叉基聚丙烯酰胺压裂液，因抗温性差，摩阻高， 配制复杂，在1994年淘汰。 1990年，使用羟丙基田菁(HT-21)胶压裂液，以有机钛/锆或硼 酸盐做交联剂，耐温可达150℃。因质量不稳定、货源等因素， 该压裂液在90年代中期被淘汰。 1993年，使用羟丙基胍胶压裂液，以有机硼、有机锆、固体硼 等为交联剂，耐温可达170℃ 。目前该压裂液体系在大面积使 用。
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）
常用的水基压裂液稠化剂及粘度性能
增稠剂 类型
名称 胍胶(G)
使用浓 度 /%
粘度
/mP a•s
0.3～0.6 80～230
测量 条 件
植物胶 及
其衍生 物
纤维素 衍生 物
生物聚 多糖
合成聚 合物
羟丙基胍胶(HPG)
田菁胶(T)
羟丙基田菁胶 (HPT)
羟乙基纤维素 (HEC)
羧甲基羟乙基纤 维素(CMHEC)
➢超低分子量
MicroPolymer material is 25 to 30 times smaller than conventional polymers
source: Spe77746、75690
➢交联示意图
➢粘温性能
表观粘度（mPa.s) 温度( oC)
1000 800 600 400 200
水
线型压裂液
活性水压裂液 稠化水压裂液
基 压 裂 液 交联压裂液
因为剪切敏感、温度稳定性差只适 用于低温、浅井、低砂量和低砂比 的小型解堵性压裂。
水冻胶压裂液
解决了线型压裂液进行高温深井压 裂施工引起的剪切敏感、温度稳定 性差等许多问题。
水冻胶压裂液组成
水＋稠化剂（成胶剂） ＋添加剂1 水＋添加剂2＋交联剂 交联液
断深入，发展新型低伤害、甚至无伤害的压裂液体系
已经逐渐变成了现实。
低浓度胍胶压裂液 低分子胍胶压裂液（可重复使用） 疏水缔合聚合物压裂液 清洁压裂液 无伤害压裂液
四、新型压裂液体系
(一)低浓度胍胶压裂液
如何降低瓜胶在地层中的残留，最直接的方法就是降 低瓜胶的用量。既要保证压裂液粘度，又要降低胍胶用量。 怎么实现？
• 压裂液的不断滤失和裂缝闭合，导致交联聚合物在 支撑裂缝内的浓度越来越高（即浓缩）。
• 支撑剂铺置浓度对压裂液浓缩因子有较大影响，随 着铺砂浓度降低，压裂液浓缩因子提高，此时不可 能用常规破胶剂用量实现高浓缩压裂液的彻底破胶， 形成大量残胶而严重影响支撑裂缝导流能力。
常规胍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
伤害小，但摩阻很大， 携砂能力差，耐温性差
可提高裂缝导流能力， 对设备腐蚀性强，操作不安全
应用对象 砂岩或灰岩地层
水敏性地层 低压，水敏性地层 低压，水敏性地层 水敏、致密型地层
碳酸盐地层
压裂液的发展历程
目前，国外广泛使用的压裂液体系包括前四类； 20世纪50年代以油基压裂液为主； 50年代末60年代初，随着胍尔胶稠化剂的问世，水基压裂液不 断地发展与完善，水力压裂在油田的应用日渐广泛，增产效果也更 加显著。 1969年首次使用交联胍胶压裂液； 进入70年代，由于胍尔胶稠化剂化学改性的成功，以及交联剂 体系的完善，水基压裂液迅速发展，在压裂液类型中占主导地位。 目前，水基压裂液在生产中的应用依然广泛，占70%以上。