《压裂液体系》PPT课件.ppt

压裂液体系 目 录 一、概述 二、 压裂液的分类 三、压裂液在不同阶段的作用 四、压裂液的性能要求 五、压裂液各类型简介 六、压裂液添加剂压裂液添加剂 七、压裂液体系优化压裂液体系优化 一、概况 水力压裂是改造油气层的有效方法，是油气水井的重 要增产增注措施。水力压裂就是利用地面压裂车组将一定 粘度的液体以足够高的压力和足够大的排量沿井筒注入油 气层，由于注入速度远远大于油气层的吸液速度，所以多 余的液体在井底憋起高压，当此压力和进入油气层的液体 使井壁上某处的岩石所受的应力超过岩石强度后，油气层 就会在此处开始破裂形成裂缝。当裂缝延伸一段时间后， 继续注入携带有支撑剂的混砂液扩展延伸裂缝，并使之充 填支撑剂。泵注完毕后，通过破胶或破乳使压裂液粘度降 低，并返排出井。由于支撑剂的支撑作用，裂缝不致闭合 或至少不完全闭合，因此即可在油气层中形成一条具有足 够长度、高度和宽度的填砂裂缝，此裂缝具有很高的渗流 能力，并且扩大了油气水的渗流面积，故油气可畅流入井 ，注入水可沿裂缝顺利进入地层，从而达到增产增注的目 的。 水力压裂的关键技术之一就是压 裂液体系。压裂液是对油气层进行压 裂改造时使用的工作液，它的主要作 用是将地面设备形成的高压传递到地 层中，使地层破裂形成裂缝并沿裂缝 输送支撑剂。 概述 二、压裂液的分类 1、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。 2、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、清洁压裂液、酸基压裂液。 3、根据压裂液所适应的地层温度，可分为低温 压裂液、中温压裂液、高温压裂液 三、压裂液在不同泵注阶段的作用 1、前置液，即不含支撑剂的压裂液，用于形成和 延伸地层裂缝，为支撑剂进入地层而建立必要 的空间，同时可以降低地层温度以保持压裂液 粘度。 2、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，充填裂缝而形成高渗透支撑裂缝带。 3、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。 四、压裂液的性能要求 压裂液性能的好坏直接影响压裂施工的成败，因此，压裂液 必须满足以下性能要求： 1、滤失少：压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘 度高则滤失少。 在压裂液中添加防滤失剂，能改善造壁性 并大大减少滤失量。 2、悬砂能力强：压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液只 要有足够高的粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂子在裂缝中 运移分布是非常有利的。 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：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； 四、压裂液的性能要求 5、配伍性：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。 6、低残渣：要尽量降低压裂液中水不溶物的 数量，以免降低岩石及填砂裂缝的渗透率。 7、易反排：施工结束后大部分注入液体反排 出井外，排液越完全，效果越好。 8、货源广：压裂液必须便于配置，使用安全， 材料来源广，价格相对低廉。价钱便宜。 五、压裂液类型简介 (一)、水基压裂液 水基压裂液是以水作为分散介质，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。一般有两种形式：一种是水溶性聚合 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。一种是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。由于水基 压裂液具有安全、清洁、价廉且性质易于控制等特点 而得到广泛的应用。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。 五、压裂液类型简介 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，由稠化剂和其他添加 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。 五、压裂液类型简介 （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。 五、压裂液类型简介 2、水基冻胶压裂液的种类及用途 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。此压裂液粘温性 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。 五、压裂液类型简介 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。 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 一定的条件下反应生成的，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 速度减慢，随着交联反应的发生，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。 有机硼压裂液包括中温有机硼压裂液和高温有机硼压裂液 ， 是目前常用的压裂液。 五、压裂液类型简介 无机硼延迟交联压裂液 无机硼延迟交联压裂液包括无机硼延迟交联压裂液和 过交联延迟释放高温压裂液。 A、包裹无机硼延迟压裂液 指对无机硼采用包裹技术，达到延迟交联的目的，改 善了无机硼压裂液的耐高温性能。 B、过交联延迟释放高温压裂液 该压裂液所使用的交联剂是以硼酸盐与植物胶过交联 ，经脱水、烘干、粉碎制得的固体缓溶延迟硼交联剂，这 种固体颗粒交联剂在施工时可直接加入，与植物胶及其改 性产品均可形成粘度稳定，耐高温，交联速度可控的延迟 交联压裂液，其耐温性能达到165以上。 五、压裂液类型简介 (二)油基压裂液 油基压裂液是以油为溶剂或分散介质，加入各种添加 剂形成的压裂液，当前较通用的是铝磷酸酯与碱的反应物 ，将有机脂肪酸醇与无机非金属氧化物五氧化二磷生成的 磷酸酯均匀混入基油中，用铝酸钠进行交联，可形成磷酸 酯铝盐的网状结构，使油成为油冻胶。铝磷酸酯盐冻胶改 善了原油的稠化，并提高了温度稳定性。 五、压裂液类型简介 (二)油基压裂液 90年代初，进一步完善了油基压裂液体系，以原油为 介质，磷酸酯为稠化剂，铝酸盐为交联剂，醋酸盐为破胶 剂，并通过两次交联过程，实现了现场施工的连续混配， 缩短了交联时间，优化用量，改变流变性能，耐温能力达 120130，实现了高砂比施工。油基压裂液特点是与地 层配伍性好，易返排；缺点是成本高，摩阻大，滤失量大 ，易发生火灾；适用于低压、强水敏地层。 五、压裂液类型简介 (三)泡沫压裂液 泡沫压裂液是气体分散于液体形成的分散体系，实际 上就是一种液包气乳化液。其特点是悬砂能力强、摩阻低 、滤失小、易返排，缺点是耐温性差。适用于低压、水敏 和含气地层。泡沫压裂液体系包括液相、气相和各种添加 剂。液相主要为水、稠化水、交联冻胶，气相主要是N2和 CO2，添加剂则主要包括起泡剂和泡沫稳定剂。 五、压裂液类型简介 (四)乳化压裂液 乳化压裂液为一种液体分散于另一种不相混溶的液体 中所形成的多相分散体系，如用表面剂稳定后的油包水或 水包油。乳化压裂液的特点是具有良好的输送性能，滤失 小，成本较油基压裂液低，缺点是耐温性能差，摩阻高， 浪费也较大。乳化压裂液系统主要包括油相、水相及各种 添加剂。水相主要为含有表面活性剂的稠化水，油相可以 是原油、柴油、煤油及凝析油等，添加剂则包括各种表面 活性剂，如十二烷基磺酸钠、油酸三乙醇胺等。 五、压裂液类型 (五)醇基压裂液 醇基压裂液是以醇做溶剂或分散介质配制的压裂液， 特点是低凝固点、低表面张力、高水溶性、高蒸汽压力和 良好的地层配伍性，缺点是成本高，易燃，难以稠化，粘 度低。适用于水敏地层。最近研究出一种能溶解于无水甲 醇，能与硼酸盐交联，能用氧化剂破胶的改性瓜胶，用这 种改性瓜胶与硼酸盐交联后的无水甲醇凝胶破胶后不仅能 溶于无水甲醇，而且能溶于含水甲醇，这样在可能含水的 井中压裂液也能完全返排。 五、压裂液类型简介 (六)清洁压裂液 无聚合物压裂液又称为胶束压裂液，也称为清洁压裂 液。其主要成分是表面活性剂，由表面活性剂的盐、无机 盐和水组成。在盐水中，表面活性剂形成高度缠结的杆状 胶束而增加流体粘度和粘弹性，实现压裂液对粘度的要求 。这种压裂液的粘度取决于胶束的性质，通过改变胶束结 构可以破坏这种压裂液，当压裂液遇到烃液或被地层水稀 释时，便发生破胶。 五、压裂液类型简介 (六)清洁压裂液 清洁压裂液的特点是不需要加入任何高分子聚合物， 其粘度可满足压裂施工的需要，不需加入任何化学破胶剂 ，采出的原油或天然气即可作为破胶剂，在地层条件下完 全破胶，没有残留物，从根本上解决了压裂液残留物对裂 缝支撑带和储层的伤害问题。该压裂液还具有优良的耐剪 切性能和降粘性能，适用于较低温度（小于90）的油气 井压裂。由于国内研究起步较晚，且成本高于普通压裂液 ，目前还没有普遍应用。 五、压裂液类型简介 表1 清洁压裂液破胶液粘度 压裂液量ml 烃加入量ml破胶液粘度mPa.s 100煤油10ml 2.52 原油10ml1.66 注：压裂液未破胶时粘度137mPa.s. 表2. 清洁压裂液降粘性能表 项 目粘度mPa.s降粘幅度 原 油1832/ 原油：压裂液（体积比）8：117802.84 原油：压裂液（体积比）4：110094.54 原油：压裂液（体积比）1：148.797.73 五、压裂液类型简介 酸基压裂液 酸基压裂液是针对复杂岩性储层的特点，研制的一种 新型乳化酸携砂压裂液。通过选取高强度陶粒和树脂涂层 石英砂,进行单层铺置和多层铺置情况下的乳化酸携砂支 撑裂缝导流能力以及酸蚀裂缝导流能力对比实验分析,证 实了新型乳化酸携砂压裂液的可行性和可靠性,为乳化酸 携砂压裂技术改造复杂岩性储层,提供了理论和实验基础 。 六、压裂液添加剂 水基压裂液的添加剂多达数十种，通过调整添加剂的用 量，可以改变水基压裂液的性质，适应不同类型的地层。 1、压裂液添加剂的种类及作用 增稠剂： 水溶性聚合物作为稠化剂(增稠剂)是压裂液的基本添加 剂，用以提高水的粘度，降低液体滤失、悬浮和携带支撑剂 ，主要有植物胶及其衍生物、纤维素的衍生物、生物聚合物 和合成聚合物，是最主要的压裂液配置用料 六、压裂液添加剂 a、植物胶及其衍生物为目前应用最广泛的稠化剂， 包括 瓜胶及其羟丙基瓜胶、田菁胶、香豆胶、魔芋胶等。田菁 胶和魔芋胶由于其水不溶物高，现在已较少应用。 b、纤维素衍生物稠化剂主要包括羧甲基纤维素（CMC）、羟 乙基纤维素（HEC）和羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）等。 其特点是水不溶物极低，但耐温性能、剪切稳定性和降阻 性能都比植物胶稠化剂要差，目前已较少应用。但它作为 一种无损害压裂液在煤层压裂改造中得到了应用，并取得 了良好的效果。 增稠剂增稠剂 六、压裂液添加剂 增稠剂增稠剂 c、生物聚合物稠化剂主要指黄原胶，它是微生物黄单 胞菌的新陈代谢产物。其特点是用量少，增稠性 好但由于制备工艺复杂，技术要求高，价格昂贵， 目前还用得较少。 d、合成聚合物稠化剂主要有部分水解丙烯酰胺聚合 物，其特点是降阻性能好、无残渣等优点，缺点 是耐盐性能差、剪切稳定性差，残胶吸附堵塞， 对地层造成伤害，这些问题限制了合成聚合物稠化 剂的推广应用。 六、压裂液添加剂 常用稠化剂的性能会由于加工和化学改性工艺的差别而 不同，一般最为关心的稠化剂性能包括: 1)增粘性能：一般以一定浓度下稠化剂水溶液在范氏粘度计 170s-1剪切速率下的粘度来表示。 2)水不溶物含量：是稠化剂溶解于水中后有效增粘成分以外不 能溶解的部分，这部分常会形成压裂液的残留物而对地层 渗透性造成伤害。 3)其水溶液能否和交联剂形成具有一定粘弹性的冻胶。此外， 稠化剂的粒度、含水量、水溶液pH值、外观也会影响到稠 化剂的性能和使用。 增稠剂增稠剂 六、压裂液添加剂 交联剂： 交联剂是通过交联离子(基团)将溶解于水中的高分子链上的活性基团 以化学链连接起来，形成三维网状结构的化学剂。聚合物水溶液因交联 作用形成水基交联冻胶压裂液。交联剂的选用由聚合物可交联的官能团 和聚合物水溶液的pH值决定。对应于常用的水基压裂液稠化剂，比较常 用的交联剂有： 1)两性金属（或非金属）含氧酸盐，如硼酸盐、铝酸盐等； 2）无机酸的两性金属盐，如硫酸铝、氯化铬、硫酸铜等； 3）无机酸酯交联剂，如有机钛等； 4）有机硼交联剂及特殊工艺合成的高温延迟交联无机硼交联剂。 六、压裂液添加剂 破胶剂 破胶剂是压裂液中的一种重要的添加剂，其 主要作用是使压裂液中的冻胶发生化学降解，由 大分子变成小分子，有利于压后返排，减少对地 层的伤害。水基压裂液常用的破胶剂是酶、氧化 剂，酶适用于低温水基压裂液，氧化剂适用于中 高温的水基压裂液。 六、压裂液添加剂 其他添加剂：压裂施工中，根据各个地层条件的不同，还 需要在压裂液中加入粘土稳定剂、pH值调节剂、温度稳定剂 、降滤失剂、杀菌剂、破乳助排剂等。 A、粘土稳定剂：防止粘土膨胀，俗称“防膨剂”；