压裂液体系发展和高温压裂液体系

1、 主要内容主要内容一、压裂液新进展一、压裂液新进展（一）概述（一）概述（二）清洁压裂液（二）清洁压裂液 ( (三三) ) 低分子瓜胶压裂液低分子瓜胶压裂液二、高温压裂液研究二、高温压裂液研究三、压裂液的伤害和对策三、压裂液的伤害和对策油油 基基清清 水水植物胶植物胶合成聚合物合成聚合物泡泡 沫沫表面活性剂表面活性剂二氧化碳二氧化碳香豆胶香豆胶魔魔 芋芋瓜瓜 胶胶原粉原粉羟丙基羟丙基CMHPGCMHPG超级瓜胶超级瓜胶小分子小分子瓜胶占瓜胶占90%90%以上以上( (一一) ) 概述概述1 1、发展、发展历程历程乳化压裂液乳化压裂液2、压裂液体系的特点与适应范围、压裂液体系的特点与适应范围 油基

2、压裂液油基压裂液- -低压、偏油润湿、强水敏地层，适用温度低，摩阻高，低压、偏油润湿、强水敏地层，适用温度低，摩阻高，易燃烧不安全易燃烧不安全 水基压裂液水基压裂液- -除少数低压、油润湿、强水敏地层外，水基压裂液技除少数低压、油润湿、强水敏地层外，水基压裂液技术成熟，适用不同储层和不同规模的压裂改造，它的添加剂种类多，术成熟，适用不同储层和不同规模的压裂改造，它的添加剂种类多，货源广，选择余地大货源广，选择余地大 清洁压裂液清洁压裂液- -适合用水基压裂液的地层，特别适合注水井增注压裂适合用水基压裂液的地层，特别适合注水井增注压裂改造和薄互层控制缝高技术，适用温度低，成本高改造和薄互层控制缝

3、高技术，适用温度低，成本高 泡沫压裂液泡沫压裂液- -低压、水敏和含气地层低压、水敏和含气地层，适用温度低，成本高，受设适用温度低，成本高，受设备条件制约备条件制约 乳化压裂液乳化压裂液- -水敏、低压地层，适用温度低，摩阻高，成本高水敏、低压地层，适用温度低，摩阻高，成本高 醇基压裂液醇基压裂液- -水敏、低压和低渗透地层，适用温度低，成本高，易水敏、低压和低渗透地层，适用温度低，成本高，易燃烧不安全燃烧不安全 酸基压裂液酸基压裂液- -碳酸盐地层的酸压裂或含灰质较多的砂岩地层的解堵碳酸盐地层的酸压裂或含灰质较多的砂岩地层的解堵酸化，滤失大、摩阻高酸化，滤失大、摩阻高( (一一) ) 概述概

4、述压裂液类型压裂液类型导流能力保持率（导流能力保持率（% %）生物聚合物生物聚合物9595泡沫压裂液泡沫压裂液80-9080-90清洁压裂液清洁压裂液80-9580-95聚合物乳化液聚合物乳化液65-8565-85油基压裂液（凝胶）油基压裂液（凝胶）45-7045-70线性胶（不交联）线性胶（不交联）45-5545-55交联水基冻胶交联水基冻胶10-5010-503、不同压裂液对支撑裂缝导流能力的保持率对比、不同压裂液对支撑裂缝导流能力的保持率对比( (一一) ) 概述概述( (一一) ) 概述概述4、压裂液的发展方向、压裂液的发展方向大型压裂使用：浓缩压裂液浓缩压裂液的特点和优点( (一一)

5、 ) 概述概述主要内容主要内容一、压裂液新进展一、压裂液新进展（一）概述（一）概述（二）清洁压裂液（二）清洁压裂液 ( (三三) ) 低分子瓜胶压裂液低分子瓜胶压裂液二、高温压裂液研究二、高温压裂液研究1、清洁压裂液的研究与应用、清洁压裂液的研究与应用 l19951995年年JPT“JPT“压裂液的过去、现在与将来压裂液的过去、现在与将来”，革命，革命l19971997年年M.M.SamuelM.M.Samuel提出了提出了“无聚合物压裂液无聚合物压裂液”l19991999年工程应用：年工程应用：8080、油气藏、油气藏、21002100口井口井l20012001年年F.F.CHangF.F.

6、CHang：VESVES用于高渗层酸化转向技术用于高渗层酸化转向技术l20022002年年S.DanietS.Daniet：新型：新型VESVES，113113，水平井压裂，水平井压裂l20032003年年NorbertNorbert：VESVES用于压裂防砂用于压裂防砂lVESVES粘弹性胶束压裂液主要由长链脂肪酸衍生物季铵盐粘弹性胶束压裂液主要由长链脂肪酸衍生物季铵盐表面活性剂组成。这种表面活性剂是一种具有粘弹性的表面活性剂组成。这种表面活性剂是一种具有粘弹性的小分子小分子, ,它的分子尺寸比瓜胶分子小它的分子尺寸比瓜胶分子小50005000倍的数量级倍的数量级, ,它它包括亲水基和长链疏

7、水基包括亲水基和长链疏水基, ,分子链上有正电荷端和负电分子链上有正电荷端和负电荷端荷端 。l粘弹性胶束压裂液主要由表面活性剂和盐组成。粘弹性胶束压裂液主要由表面活性剂和盐组成。 l球型胶束可转化成蠕虫状或棒状胶束，具有相互缠绕的球型胶束可转化成蠕虫状或棒状胶束，具有相互缠绕的三维空间网状结构。三维空间网状结构。l表现出复杂的流变性，如粘弹性、剪切变稀特性、触变表现出复杂的流变性，如粘弹性、剪切变稀特性、触变性、低粘高弹等特点。性、低粘高弹等特点。粘弹性表面活性剂结构粘弹性表面活性剂结构 清洁压裂液的基本原理清洁压裂液的基本原理 （二）清洁压裂液（二）清洁压裂液聚合物压裂清洁压裂液压裂页岩砂砂

8、体体页岩2、水基压裂液与清洁压裂液造缝特性对比、水基压裂液与清洁压裂液造缝特性对比（二）清洁压裂液（二）清洁压裂液3、实例、实例NTX2100 清洁压裂液的粘温曲线（二）清洁压裂液（二）清洁压裂液低伤害低滤失易返排缝高易控制（二）清洁压裂液（二）清洁压裂液4、优点、优点5、缺点、缺点成本普遍比植物胶压裂液成本高一倍以上耐温在120以内n应用应用“分子设计分子设计”与缔合作用机理，与缔合作用机理，近年开发的全新理论的新型压裂液近年开发的全新理论的新型压裂液体系，具有体系，具有“低粘高弹、无需破胶低粘高弹、无需破胶和回收再利用和回收再利用”等特点。等特点。n2001年年Halliburton公司公

9、司Weaver等人提出：新型粘弹性压裂液技术等人提出：新型粘弹性压裂液技术n2002年年Weaver等人提出：无需等人提出：无需破胶剂的新型压裂液技术破胶剂的新型压裂液技术n2002年年G.COX等人提出：使用低等人提出：使用低分子压裂液提高单井产量分子压裂液提高单井产量n2003年年R.Hanes等人：研究可回等人：研究可回收再利用的低分子瓜尔胶压裂液收再利用的低分子瓜尔胶压裂液n2004年长庆油田和廊坊分院开始年长庆油田和廊坊分院开始研究研究（三）低分子瓜胶压裂液（三）低分子瓜胶压裂液1、基本原理、基本原理压裂液类型压裂液类型浓度浓度%粘度粘度(mPa.s) LMF新型压裂液新型压裂液0.

10、307.780.3512.0 常规胍胶压裂液常规胍胶压裂液0.3027.00.3536.0 低分子瓜胶压裂液和常规压裂液相比，粘度低。低分子瓜胶压裂液和常规压裂液相比，粘度低。温度30 剪切速率170 S-1（三）低分子瓜胶压裂液（三）低分子瓜胶压裂液2、基液性能、基液性能 3、粘温曲线、粘温曲线（三）低分子瓜胶压裂液（三）低分子瓜胶压裂液050100150200250300010203040506070时间（min)粘度（mPa.s)01020304050607080V-tT-tu短链分子、化学离子和短链分子、化学离子和pHpH值实现压裂液分子缔合与破胶，无值实现压裂液分子缔合与破胶，无需其

11、它压裂液化学破胶添加剂，需其它压裂液化学破胶添加剂，不再需要破胶剂，易返排；不再需要破胶剂，易返排；u极好的液体滤失控制，滤液渗入的深度最小，易清理；极好的液体滤失控制，滤液渗入的深度最小，易清理；u不破坏支撑剂充填层，保留很高的裂缝导流能力；不破坏支撑剂充填层，保留很高的裂缝导流能力；u液体液体配制简便，可回收再利用，降低成本，减少污染，在配制简便，可回收再利用，降低成本，减少污染，在中中低温储层低温储层具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。（三）低分子瓜胶压裂液（三）低分子瓜胶压裂液4、优点、优点5、缺点、缺点使用温度100 交联剂使用浓度高回收重复使用困难主要内容主要内容一、压裂液新进

12、展一、压裂液新进展（一）概述（一）概述（二）清洁压裂液（二）清洁压裂液 ( (三三) ) 低分子瓜胶压裂液低分子瓜胶压裂液二、高温压裂液研究二、高温压裂液研究三、压裂液的伤害和对策三、压裂液的伤害和对策高温高压地层压裂的对策高温高压地层压裂的对策酸浸泡增加吸液能力，降低破裂压力增加前置液比例降低地层温度压裂液体系实现三变 后期降低瓜胶浓度，降低摩阻，有利于破胶 （配制两种浓度的压裂液） 逐渐降低交联剂浓度，降低摩阻，有利于破胶 逐渐加大破胶剂浓度，有利于破胶返排使用加重压裂液（可达1.7g/cm3)提高压裂液的耐温性能影响压裂液稳定性的因素分析 高温环境中，影响压裂液冻胶网状结构稳高温环境中，

13、影响压裂液冻胶网状结构稳定性的两个主要因素定性的两个主要因素:聚合物主链的稳定性交联官能团的稳定性高温压裂液的研究方向u以瓜胶为基础，对瓜胶改性以瓜胶为基础，对瓜胶改性u研发高温交联剂研发高温交联剂u优化温度稳定剂优化温度稳定剂瓜胶瓜胶原粉羟丙基瓜胶羧甲基瓜胶羧甲基羟丙基瓜胶提高压裂液的耐温性能的措施1、瓜胶改性、瓜胶改性瓜胶原粉结构 CH2 O O OH H H OH OH O O H H H H OH OH CH2 O O H H H H OH CH2 OH n OCH2CHCH3 OH OCH2CHCH3 OH H OH 羟丙基瓜尔胶结构大分子瓜胶（比普通高30%）羟丙基的取代作用使羟丙

14、基的取代作用使HPGHPG在高在高温下比胍胶更稳定，提高了温下比胍胶更稳定，提高了HPGHPG的耐温性能。的耐温性能。瓜胶原粉羟丙基瓜胶羧甲基瓜胶羧甲基羟丙基瓜胶提高压裂液的耐温性能的措施1、瓜胶改性、瓜胶改性大分子瓜胶羧甲基的引入使羧甲基的引入使CMHPGCMHPG与锆与锆等金属离子发生交联，提高耐等金属离子发生交联，提高耐温性温性（比普通高30%）分子量增大，耐温性增强分子量增大，耐温性增强瓜胶技术发展年代使用浓度备 注10-15年前4.8Kg/m36-10年前3.6Kg/m32-3年前2.4Kg/m3现 在1.8Kg/m3分子量比普通瓜胶高30%压裂液交联是交联离子压裂液交联是交联离子与

15、半乳甘露聚糖分子链与半乳甘露聚糖分子链上的顺式临位羟基通过上的顺式临位羟基通过共价键的作用，形成较共价键的作用，形成较强的三维网状结构。强的三维网状结构。硼交联锆交联提高压裂液的耐温性能的措施2、交联剂、交联剂80年代年代 有机钛有机钛(锆锆)交联剂交联剂 耐温耐温150 ，具有较好的延缓交联能力，破胶困难，伤害大，具有较好的延缓交联能力，破胶困难，伤害大。90年代后年代后 有机硼交联剂有机硼交联剂 国外耐温国外耐温150 ，国内耐温，国内耐温140 ，延缓交联时间最长，延缓交联时间最长3min。 有机硼锆交联剂有机硼锆交联剂 文献报道，国内文献报道，国内2003年研制，年研制， 静态条件下耐

16、温静态条件下耐温160 ，粘度大于，粘度大于80mpa.s。 有机钛交联剂有机钛交联剂 大庆应用，耐温大庆应用，耐温170，2小时小时,粘度大于粘度大于100mpa.s，破胶较难。，破胶较难。提高压裂液的耐温性能的措施2、交联剂、交联剂提高压裂液的耐温性能的措施3、除氧剂、除氧剂高温下压裂液粘度下降是多种机理引起的，比较常见的机理是氧的存在加剧压裂液降解的速度，因此抗高温稳定剂往往和除氧有关。通过分解聚合物氧化初期形成的过氧化物，终止自由基链式反应。 氧分子的存在形态氧分子的存在形态 基态基态 激发态激发态 OO+GH HOO+G G+OO G OO OOH+GH G+ H OO H G+H

17、2O GH+O H双自由基双自由基OOOO瓜尔胶主链降解过程瓜尔胶主链降解过程双自由基双自由基OOOO是是聚聚合物降解的引发剂合物降解的引发剂提高压裂液的耐温性能的措施3、除氧剂、除氧剂 硫代硫酸钠：还原剂，是目前高分子聚合物使用最广泛的稳定剂。硫代硫酸钠：还原剂，是目前高分子聚合物使用最广泛的稳定剂。 但也有文献证明，硫代硫酸根离子在室温下不是一种有效的除氧剂但也有文献证明，硫代硫酸根离子在室温下不是一种有效的除氧剂。 亚硫酸钠：比硫代硫酸钠更有效的除氧剂，亚硫酸钠在一定浓度时，对亚硫酸钠：比硫代硫酸钠更有效的除氧剂，亚硫酸钠在一定浓度时，对氧的消耗速率很快。氧的消耗速率很快。 亚硫酸盐与氧

18、分子相互作用产生的产物或中间基团可能造成液体粘度亚硫酸盐与氧分子相互作用产生的产物或中间基团可能造成液体粘度有一定的损失。有一定的损失。 异抗坏血酸钠：能快速有效地除氧。在水溶液中，异抗坏血酸钠作用异抗坏血酸钠：能快速有效地除氧。在水溶液中，异抗坏血酸钠作用2小时后，残余氧含量小于小时后，残余氧含量小于5ppm。 异抗坏血酸根离子和氧反应生成酸，在作用异抗坏血酸根离子和氧反应生成酸，在作用2 2小时后，体系小时后，体系pHpH值从值从10 10降降到到7.57.5，使压裂液冻胶体系发生酸降解，使压裂液冻胶体系发生酸降解 。提高压裂液的耐温性能的措施4、pH值值 硼系交联剂由于需要较高pH值（高

19、温时12)。高pH不利于聚合物的稳定。因此，在不采用固体缓释技术时，硼交联的HPG最高使用到160 。进一步提高压裂液使用温度，需要更温和的PH交联范围。此时，钛、锆交联剂具有较大优势。高温压裂液研发瓜胶：羟丙基瓜胶ZB-2交联剂：有机硼锆高温交联剂DO-3温度稳定剂：优选ZB-2交联剂的理化性能n外观：棕黄色透明液体，无沉淀和悬浮物n密度：1.181.30g/cm3n溶解性：与水互溶n交联时间：15分钟n交联植物胶，粘弹性强，GGn适用地层温度范围：801600.6%HPG+0.7%ZB-2高温交联剂+0.5%DO-3温度稳定剂+高温压裂液的耐温耐剪切性能基液粘度93mPa.sPH值:11交

20、联：186S0.6%HPG+0.75%ZB-2高温交联剂+0.5%DO-3温度稳定剂+高温压裂液的耐温耐剪切性能高温压裂液破胶性能APS浓度破胶液粘度，mPa.s1.0h2.0h3.0h4.0h6.0h8.0h16h0.005/60.010/变稀90.015/变稀6根据温度场变化，追加破胶剂，可实现彻底破胶高温压裂液的滤失性能（160160，3.5MPa3.5MPa）静态滤失系数静态滤失系数10-4m/min0.5静态初滤失量静态初滤失量m3/m24.270.028主要内容主要内容一、压裂液新进展一、压裂液新进展（一）概述（一）概述（二）清洁压裂液（二）清洁压裂液 ( (三三) ) 低分子瓜胶

21、压裂液低分子瓜胶压裂液二、高温压裂液研究二、高温压裂液研究三、压裂液的伤害和对策三、压裂液的伤害和对策主要内容主要内容三、压裂液的伤害和对策三、压裂液的伤害和对策（一）降低水不溶物（一）降低水不溶物（二）降低残渣（二）降低残渣 ( (三三) ) 提高压裂液的表面活性提高压裂液的表面活性（一）降低水不溶物 稠化剂名称含水量（%）水不溶物含量（%）1%溶液粘度（30, 170S-1, mPas)香豆胶4.59.06.013.0160210田菁胶8.014.020.035.0120160瓜尔胶（巴基斯坦）9.520.0309羟丙基田菁胶6.011.07.516.0100160羟丙基瓜胶（国内加工）7

22、.012.08.015.0170280羟丙基瓜胶WG11(美国）8.24.4297措施：提高改性的工艺技术，昆山超级瓜胶低于2%1、降低瓜胶使用浓度、降低瓜胶使用浓度压裂液对裂缝的伤害主要来自稠化剂的残渣或水不溶物。压裂液对裂缝的伤害主要来自稠化剂的残渣或水不溶物。降低稠化剂的用量也就降低了残渣总量。降低稠化剂的用量也就降低了残渣总量。（二）降低残渣压裂液残渣压裂液残渣对支撑裂缝的损害对支撑裂缝的损害对岩心基质的损害对岩心基质的损害2、现场混配，压后尽快快排、现场混配，压后尽快快排 减少压裂液配液后的放置时间，施工结束后尽可能快排，减少压裂液配液后的放置时间，施工结束后尽可能快排，防止残渣之间

23、聚结。防止残渣之间聚结。（二）降低残渣（二）降低残渣3、尽量选用硼交联剂、尽量选用硼交联剂 减阻降滤破胶防支撑剂回流改善支撑剂分布可降解纤维的功能 （长10mm，直径10m）纤维对支撑剂纤维对支撑剂的稳定机理的稳定机理 4、一种既具有稳定支撑裂缝又能降低压裂液、一种既具有稳定支撑裂缝又能降低压裂液伤害的可降解聚有机酸酯纤维伤害的可降解聚有机酸酯纤维（二）降低残渣体系：2%KCl+0.2%JX-01助排剂+0.1%1227杀菌剂+0.1%NaOH+0.5%TCB-1有机硼交联剂（未加入瓜胶和破胶剂）水解后降低pH的性能测试4 4、聚有机酸酯纤维、聚有机酸酯纤维8080下降解引起下降解引起pHpH

24、值变化值变化时间可降解纤维加入比例0%0.12%0.18%0.27%1 hr12.1712.1512.1312.103 hr12.1512.0711.9811.9610 hr12.1011.8311.7011.6420 hr12.0511.1210.419.7330 hr11.9810.459.618.92100 hr11.838.745.543.72300 hr11.598.525.493.53时间（hr）可降解纤维加入比例（%）0%0.12%0.18%0.27%1 hr12.0911.6011.239.053 hr11.949.699.287.5810 hr11.829.486.285.1530 hr11.668.625.483.2450 hr11.598.415.433.25120120下降解引起下降解引起pHpH值变化值变化0.45%HPG+