第7章讲义+压裂液化学和支撑剂
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1.聚乳化液由67%的碳氢化合物作内相， 33%的稠化盐水作外相；
2.根据Roodhart(1986)的的研究，聚乳化 液对地层的伤害小，可快速清洗；
3.不足在于摩擦压力较高，液体的费用较 高；
4.不宜用于高温井；
7.6 添加剂
由于压裂液的多物质性，作业完成 后，要使用各种添加剂来实现破胶，控 制液体滤失，降低地层伤害，以实现油 井的最优产能。
1.以即泵即混的方式添加胶凝物； 2.审慎的控制溶液的组分；
7.4 酸基液
酸压的效果取决于酸蚀裂缝的长度。 酸蚀裂缝的长度取决于酸液用量、酸反
应速度、酸液滤失量。 而影响酸有效裂缝穿透的主要原因是酸
液滤失量过多。
7.4.1控制酸液滤失的材料和技术
控制酸液滤失的材料和技术
酸液滤失添加剂控制滤失 多级前置液控制酸液滤失 胶凝酸控制酸液滤失
图3 羟丙基胍胶重复单元结构
羟丙基的取代作用使HPG在高温下比胍 胶更稳定，故HPG更适用于高温井（大 于150ºC）
羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)也是一种胍 胶衍生物。这种“双重衍生”的胍胶既 含有HPG的羟丙基官能团，也含有羧酸 取代基。
纤维素衍生物也用于压裂液中。如羟乙 基纤维素(HEC)(见下图)或羟丙基纤维素 (HPC)。
交联剂取而代之即可显著增加聚合物的 有效相对分子质量，还可增加溶液的粘 度。（见下图）
图1 温度和不同交联剂类型对胍胶溶液的影响
胍胶—是最初用于稠化压裂液的聚合物 之一。它是一种有甘露糖和半乳糖组成 的长链高分子聚合物。其分子结构如下 图所示：
图2 胍胶的结构
在生产胍胶粉的过程中，利用丙烯氧化 物可得到胍胶的衍生物，即羟丙基胍胶 （HPG）。如下图：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
胶凝酸控制酸液滤失
胶凝酸的常用稠化剂有：黄原胶生 物聚合物、各种丙烯酰胺共聚物和通过 胶束缔合而稠化的酸液的某些表面活性 剂。
各种稠化剂的优点和局限性：
➢ 温度大于50ºC时，胍胶和纤维素基稠化 剂缺乏稳定性；
➢ 黄原胶生物聚合物可在温度高达90ºC时 使用；
➢ 更高温度下，使用丙烯酰胺共聚物；
➢ 表面活性剂用作稠化剂时在剪切作用下 相当稳定。同时产生的废酸的粘度低。 其缺点在于会是胶束缔合得到破坏，温 度的应用范围有限。
7.4.2控制酸反应速度的材料和技术
在低温自中温度的井中，延缓酸反应速 度不是关键问题；
温度高于120ºC时，延缓酸反应速度是作 业成功的关键；
最常用的方法是在酸蚀前泵入一种粘性 的非反映前置液。
第7章+压裂液化学和支撑剂
精品jing
易水寒江雪敬奉
7.1 引言
压裂液主要功能--造缝、输送支撑剂。 还得有要求的粘度、能迅速返排，能较
好控制液体滤失、泵送摩阻低，同时还 要经济可行。 本章论述常用压裂液和添加剂的化学性 质。
7.2 水基液
水基液特点—价廉、性良、易于控制。 水溶聚合物粘度受温度的影响较大。用
图6 粘弹性表面活性稠化剂的分子和结构式
VES的作用机理是：
1.将其加入水中时，它会缔合成胶束结构。（见 下图）
2.水相环境盐度适宜，胶束成杆状。
3.水相环境有足够的盐度，胶束缔合，运动受阻， 使液体既有粘性又有弹性。
图7 胶束缔合物
VES的分裂机制—与烃类接触和由水成 液体稀释。
VES的优点—洗井后无残渣、对地层伤 害小、渗透率增加较明显、无需添加泡 沫剂。
1.低于52%，没有流动阻力。 2.在52%~95%之间，泡沫长变成薄雾， 气体为连续相。 3.大于52%，高气体浓度使气泡表面接触。
若要进一步提高气泡的稳定性，可用： 1.聚合物稠化液相； 2.胍胶、HPG及黄原胶； 3.交联聚合物中的水相；
7.5.2 乳化液
它是两种不融和相的分散体系。 它是高度粘稠溶液，具有良好的传输性。 常用的乳化剂压裂液为聚乳化液。
7.6.1 交联剂
很多金属离子都可以用来交联水溶 性聚合物。硼酸盐、钛、锆及铝化合物 都是常用的交联剂。 交联机理：
硼酸盐化合物和过渡金属复合物， 通过半乳糖边链上的顺式-OH对胍胶和 HPG反应生成复合物，如下图（a）所示。 当分子重叠时，如下图（a）所示的复合 物便与其它的聚合物反应生成下图（b） 所示的交联网。
机理—增加缝宽、冷却裂缝表面。
7.5 多相液
7.5.1 泡沫液
应用泡沫的优点： 能加速支撑裂缝中液体的回收率； 在水敏地层中泡沫液的效果明显； 泡沫产生的假塑性液体在低渗地层中能
够很好控制液体滤失。
评价泡沫性能用泡沫质量：
泡沫质量 泡 气沫 体体 体*1积 积 00
对于不同的泡沫质量：
图4 羟乙基纤维素重复单元结构
黄胞胶是一种生物高聚物，它具有幂律 流体特征。而HPG溶液则具有牛顿流体 的特征。其结构见下图：
图5 黄胞胶重复单元结构
不完全水解丙烯酰胺聚合物可用作降阻 剂。
这些聚合物可在低浓度下使用---小于 10lbm/1000gal。
用粘弹性表面活性剂（VES）（如下图） 与之配制可改善聚合物在高温环境的功 能。
多级前置液控制酸液滤失
用胶凝前置液造缝，然后交替泵入 酸液和聚合物前置液。以便让其进入并 封填由此前泵入酸液和聚合物前置液。
双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤 失
Nierrode和Kruk(1973)研究表明一种 以油作为内相、以胶凝酸作为外相的酸 外相乳化液具有良好的控制酸液滤失性 能。
Scherubel和Crowe(1978)及 Ford(1981)也指出泡沫酸控制液体滤失 性能极佳。
7.3 油基液
发展历程： 20世纪60年代—羧酸铝盐； 20世纪70年代—铝磷酸酯盐； 如今--铝磷酸酯化学剂；
铝磷酸酯聚合物稠化油的机理—“缔合 机理”，如下图所示：
图8 铝磷酸酯聚合物链的假想结构
对于铝磷酯凝胶： 改变铝化合物和磷酸酯的用量—可
控制其粘度；
增加聚合物用量—可提高其粘度； 但相应会使粘度过高，难以吸出。解决 方法有2种：
酸处理前使用粘性前置液 双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤失
酸液滤失添加剂控制滤失 由于性能和费用局限，未广泛使用。
酸处理前使用粘性前置液
前置液造缝，同时形成滤饼作为酸 液滤失的防护层；
但Nierrode和Kruk(1973)、 Coulter(1976)的研究表明，由前置液形 成的滤饼很快便被由酸液滤失产生的溶 蚀孔洞所穿透。
2.根据Roodhart(1986)的的研究，聚乳化 液对地层的伤害小，可快速清洗；
3.不足在于摩擦压力较高，液体的费用较 高；
4.不宜用于高温井；
7.6 添加剂
由于压裂液的多物质性，作业完成 后，要使用各种添加剂来实现破胶，控 制液体滤失，降低地层伤害，以实现油 井的最优产能。
1.以即泵即混的方式添加胶凝物； 2.审慎的控制溶液的组分；
7.4 酸基液
酸压的效果取决于酸蚀裂缝的长度。 酸蚀裂缝的长度取决于酸液用量、酸反
应速度、酸液滤失量。 而影响酸有效裂缝穿透的主要原因是酸
液滤失量过多。
7.4.1控制酸液滤失的材料和技术
控制酸液滤失的材料和技术
酸液滤失添加剂控制滤失 多级前置液控制酸液滤失 胶凝酸控制酸液滤失
图3 羟丙基胍胶重复单元结构
羟丙基的取代作用使HPG在高温下比胍 胶更稳定，故HPG更适用于高温井（大 于150ºC）
羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)也是一种胍 胶衍生物。这种“双重衍生”的胍胶既 含有HPG的羟丙基官能团，也含有羧酸 取代基。
纤维素衍生物也用于压裂液中。如羟乙 基纤维素(HEC)(见下图)或羟丙基纤维素 (HPC)。
交联剂取而代之即可显著增加聚合物的 有效相对分子质量，还可增加溶液的粘 度。（见下图）
图1 温度和不同交联剂类型对胍胶溶液的影响
胍胶—是最初用于稠化压裂液的聚合物 之一。它是一种有甘露糖和半乳糖组成 的长链高分子聚合物。其分子结构如下 图所示：
图2 胍胶的结构
在生产胍胶粉的过程中，利用丙烯氧化 物可得到胍胶的衍生物，即羟丙基胍胶 （HPG）。如下图：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
胶凝酸控制酸液滤失
胶凝酸的常用稠化剂有：黄原胶生 物聚合物、各种丙烯酰胺共聚物和通过 胶束缔合而稠化的酸液的某些表面活性 剂。
各种稠化剂的优点和局限性：
➢ 温度大于50ºC时，胍胶和纤维素基稠化 剂缺乏稳定性；
➢ 黄原胶生物聚合物可在温度高达90ºC时 使用；
➢ 更高温度下，使用丙烯酰胺共聚物；
➢ 表面活性剂用作稠化剂时在剪切作用下 相当稳定。同时产生的废酸的粘度低。 其缺点在于会是胶束缔合得到破坏，温 度的应用范围有限。
7.4.2控制酸反应速度的材料和技术
在低温自中温度的井中，延缓酸反应速 度不是关键问题；
温度高于120ºC时，延缓酸反应速度是作 业成功的关键；
最常用的方法是在酸蚀前泵入一种粘性 的非反映前置液。
第7章+压裂液化学和支撑剂
精品jing
易水寒江雪敬奉
7.1 引言
压裂液主要功能--造缝、输送支撑剂。 还得有要求的粘度、能迅速返排，能较
好控制液体滤失、泵送摩阻低，同时还 要经济可行。 本章论述常用压裂液和添加剂的化学性 质。
7.2 水基液
水基液特点—价廉、性良、易于控制。 水溶聚合物粘度受温度的影响较大。用
图6 粘弹性表面活性稠化剂的分子和结构式
VES的作用机理是：
1.将其加入水中时，它会缔合成胶束结构。（见 下图）
2.水相环境盐度适宜，胶束成杆状。
3.水相环境有足够的盐度，胶束缔合，运动受阻， 使液体既有粘性又有弹性。
图7 胶束缔合物
VES的分裂机制—与烃类接触和由水成 液体稀释。
VES的优点—洗井后无残渣、对地层伤 害小、渗透率增加较明显、无需添加泡 沫剂。
1.低于52%，没有流动阻力。 2.在52%~95%之间，泡沫长变成薄雾， 气体为连续相。 3.大于52%，高气体浓度使气泡表面接触。
若要进一步提高气泡的稳定性，可用： 1.聚合物稠化液相； 2.胍胶、HPG及黄原胶； 3.交联聚合物中的水相；
7.5.2 乳化液
它是两种不融和相的分散体系。 它是高度粘稠溶液，具有良好的传输性。 常用的乳化剂压裂液为聚乳化液。
7.6.1 交联剂
很多金属离子都可以用来交联水溶 性聚合物。硼酸盐、钛、锆及铝化合物 都是常用的交联剂。 交联机理：
硼酸盐化合物和过渡金属复合物， 通过半乳糖边链上的顺式-OH对胍胶和 HPG反应生成复合物，如下图（a）所示。 当分子重叠时，如下图（a）所示的复合 物便与其它的聚合物反应生成下图（b） 所示的交联网。
机理—增加缝宽、冷却裂缝表面。
7.5 多相液
7.5.1 泡沫液
应用泡沫的优点： 能加速支撑裂缝中液体的回收率； 在水敏地层中泡沫液的效果明显； 泡沫产生的假塑性液体在低渗地层中能
够很好控制液体滤失。
评价泡沫性能用泡沫质量：
泡沫质量 泡 气沫 体体 体*1积 积 00
对于不同的泡沫质量：
图4 羟乙基纤维素重复单元结构
黄胞胶是一种生物高聚物，它具有幂律 流体特征。而HPG溶液则具有牛顿流体 的特征。其结构见下图：
图5 黄胞胶重复单元结构
不完全水解丙烯酰胺聚合物可用作降阻 剂。
这些聚合物可在低浓度下使用---小于 10lbm/1000gal。
用粘弹性表面活性剂（VES）（如下图） 与之配制可改善聚合物在高温环境的功 能。
多级前置液控制酸液滤失
用胶凝前置液造缝，然后交替泵入 酸液和聚合物前置液。以便让其进入并 封填由此前泵入酸液和聚合物前置液。
双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤 失
Nierrode和Kruk(1973)研究表明一种 以油作为内相、以胶凝酸作为外相的酸 外相乳化液具有良好的控制酸液滤失性 能。
Scherubel和Crowe(1978)及 Ford(1981)也指出泡沫酸控制液体滤失 性能极佳。
7.3 油基液
发展历程： 20世纪60年代—羧酸铝盐； 20世纪70年代—铝磷酸酯盐； 如今--铝磷酸酯化学剂；
铝磷酸酯聚合物稠化油的机理—“缔合 机理”，如下图所示：
图8 铝磷酸酯聚合物链的假想结构
对于铝磷酯凝胶： 改变铝化合物和磷酸酯的用量—可
控制其粘度；
增加聚合物用量—可提高其粘度； 但相应会使粘度过高，难以吸出。解决 方法有2种：
酸处理前使用粘性前置液 双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤失
酸液滤失添加剂控制滤失 由于性能和费用局限，未广泛使用。
酸处理前使用粘性前置液
前置液造缝，同时形成滤饼作为酸 液滤失的防护层；
但Nierrode和Kruk(1973)、 Coulter(1976)的研究表明，由前置液形 成的滤饼很快便被由酸液滤失产生的溶 蚀孔洞所穿透。