第四章压裂液
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❖ 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，
❖ 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。
(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
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。
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。
第四章 压裂液
化工（石油化工）10-3班 (2012秋)
基本概念
油层水力压裂(Hydraulic Fracturing)，简称为油层压裂 或压裂，是—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。 它是利用地 面高压泵组，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。此压力超过井底附 近地层应力及岩石 的抗张强度后，在地层中形成裂缝。继 续将带有 支撑剂的液体注入缝中，使缝向前延伸，并填以 支撑剂。这样在停泵后即可形成一条足够长，具有 一定高 度和宽度的填砂裂缝，从而改善油气层的 导流能力。
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：
延迟交联压裂液
延迟交联压裂液包括有机硼交联压裂液和无机硼延 迟交联压裂液。
a.有机硼交联压裂液
有机硼交联剂是由植物胶中的有机配位体与硼酸盐 在一定条件下反应生成的，在pH值较高的条件下， 配位体与硼酸盐结合较牢固，离解出的硼酸离子较 少，使得交联反应的发生，硼酸离子的消耗，硼酸 离子进一步离解，冻胶逐步形成，达到延迟交联的 目的。
③摩阻低：在设备功率一定的条件下，压 裂液在管道中的摩阻越小则造缝的功率越 大。
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。
❖ 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，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。
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。
②悬砂能力强：压裂液的悬砂能力主要取 决于其粘度。压裂液只要有较高的粘度， 砂子即可容易悬浮于其中，这对砂子在缝 中的分布是非常有利的。但粘度不能太高， 如果粘度过高，则可使产生的裂缝高度大， 不利于宽面长的裂缝生成。一般认为压裂 液的粘度为50-150mPa·s较合适。
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。
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。
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。
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。
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；
❖ 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，
❖ 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。
(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
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。
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。
第四章 压裂液
化工（石油化工）10-3班 (2012秋)
基本概念
油层水力压裂(Hydraulic Fracturing)，简称为油层压裂 或压裂，是—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。 它是利用地 面高压泵组，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。此压力超过井底附 近地层应力及岩石 的抗张强度后，在地层中形成裂缝。继 续将带有 支撑剂的液体注入缝中，使缝向前延伸，并填以 支撑剂。这样在停泵后即可形成一条足够长，具有 一定高 度和宽度的填砂裂缝，从而改善油气层的 导流能力。
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：
延迟交联压裂液
延迟交联压裂液包括有机硼交联压裂液和无机硼延 迟交联压裂液。
a.有机硼交联压裂液
有机硼交联剂是由植物胶中的有机配位体与硼酸盐 在一定条件下反应生成的，在pH值较高的条件下， 配位体与硼酸盐结合较牢固，离解出的硼酸离子较 少，使得交联反应的发生，硼酸离子的消耗，硼酸 离子进一步离解，冻胶逐步形成，达到延迟交联的 目的。
③摩阻低：在设备功率一定的条件下，压 裂液在管道中的摩阻越小则造缝的功率越 大。
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。
❖ 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，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。
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。
②悬砂能力强：压裂液的悬砂能力主要取 决于其粘度。压裂液只要有较高的粘度， 砂子即可容易悬浮于其中，这对砂子在缝 中的分布是非常有利的。但粘度不能太高， 如果粘度过高，则可使产生的裂缝高度大， 不利于宽面长的裂缝生成。一般认为压裂 液的粘度为50-150mPa·s较合适。
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。
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。
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。
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。
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；