油田化学 第8章 压裂液及压裂用添加剂（讲义）

1、1第八章第八章压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂前前 言言 （1）什么是压裂？）什么是压裂？ 压裂就是用压力将地层压开，形成裂缝并用支压裂就是用压力将地层压开，形成裂缝并用支撑剂将它支撑起来，以减小流体流动阻力的增产、撑剂将它支撑起来，以减小流体流动阻力的增产、增注措施。增注措施。 （2）压裂的地位）压裂的地位 是低渗透油藏、碳酸盐油藏主要的是低渗透油藏、碳酸盐油藏主要的增产、增注措增产、增注措施。施。前前 言言 压裂液选择压裂液选择 酸化工艺酸化工艺3、本节内容、本节内容压裂添加剂压裂添加剂压裂技术压裂技术一、压裂液一、压裂液 l粘度高粘度高l摩阻低摩阻低l滤失量少滤失量少l对地层无伤

2、害对地层无伤害l配制简便配制简便l材料来源广材料来源广l成本低成本低压裂液的定义：压裂液的定义：压裂液是压裂过程中所用的液体。压裂液是压裂过程中所用的液体。对压裂液要求：对压裂液要求：压裂液的分类压裂液的分类稠化油基压裂液稠化油基压裂液油基冻胶压裂液油基冻胶压裂液水基压裂液：水基压裂液：稠化水压裂液稠化水压裂液水基冻胶压裂液水基冻胶压裂液水基泡沫压裂液水基泡沫压裂液水包油压裂液水包油压裂液稠化水包油压裂液稠化水包油压裂液油基压裂液：油基压裂液：水为溶剂或水为溶剂或分散介质分散介质油为溶剂或油为溶剂或分散介质分散介质适宜压裂水敏地层适宜压裂水敏地层1 1、水基压裂液、水基压裂液稠化水压裂液是将稠

3、化剂溶于水中配成。稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。（1 1）稠化水压裂液）稠化水压裂液常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。合成高分子合成高分子生物高分子生物高分子改性天然高分子改性天然高分子部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺羧甲基纤维素、瓜尔胶羧甲基纤维素、瓜尔胶黄胞胶黄胞胶1 1、水基压裂液、水基压裂液稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。（1 1）稠化水压裂液）稠化水压裂液l 常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。l 配稠化水压裂液时，可利用协同效应。配稠化水压裂液时，可利用协同效应。（2 2）水

4、基冻胶压裂液）水基冻胶压裂液成胶剂即水溶性聚合物。成胶剂即水溶性聚合物。交联剂则决定于聚合物中可交联的基团和交联交联剂则决定于聚合物中可交联的基团和交联条件。条件。破胶剂主要用过氧化物，通过氧化降解破胶。破胶剂主要用过氧化物，通过氧化降解破胶。 水基冻胶压裂液主要由水、成胶剂、交水基冻胶压裂液主要由水、成胶剂、交联剂和破胶剂配成。联剂和破胶剂配成。1 1、水基压裂液、水基压裂液聚丙烯酰胺的醛冻胶聚丙烯酰胺的醛冻胶（甲醛）（甲醛）pH46pH46部分水解聚丙烯酰胺的锆冻胶部分水解聚丙烯酰胺的锆冻胶（锆的多核羟桥络离子）（锆的多核羟桥络离子）部分水解聚丙烯酰胺的铬冻胶部分水解聚丙烯酰胺的铬冻胶pH

5、46pH46 硼酸对硼酸对GMGM的交联反应的交联反应 （3 3）水包油压裂液）水包油压裂液与稠化水相比水包油乳状液有更好的粘温关系与稠化水相比水包油乳状液有更好的粘温关系1 1、水基压裂液、水基压裂液水包油压裂液主要由水、油和乳化剂配成。水包油压裂液主要由水、油和乳化剂配成。水：淡水、盐水、稠化剂水：淡水、盐水、稠化剂油：原油、馏分油油：原油、馏分油乳化剂：离子型、非离子型、两性表面活性剂乳化剂：离子型、非离子型、两性表面活性剂l 配制：配制：l 特点：特点：1 1、水基压裂液、水基压裂液（3 3）水包油压裂液）水包油压裂液与稠化水相比水包油乳状液有更好的粘温关系；与稠化水相比水包油乳状液有

6、更好的粘温关系；特特点点有很好的降阻性能有很好的降阻性能；依据乳化剂不同，能自动破乳排液。依据乳化剂不同，能自动破乳排液。（阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂）（阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂）能用在比较高的温度（能用在比较高的温度（ 160 160 ）下；）下；（4 4）水基泡沫压裂液）水基泡沫压裂液水基泡沫压裂液是指以水作分散介质，以气水基泡沫压裂液是指以水作分散介质，以气作分散相的压裂液。作分散相的压裂液。1 1、水基压裂液、水基压裂液低粘度（但悬砂能力强）；低粘度（但悬砂能力强）；低摩阻低摩阻；低滤失量；低滤失量；低含水量；低含水量；压裂后易于排出；压裂后易于排出；对地层污染少。对

7、地层污染少。特特点点2 2、油基压裂液、油基压裂液（1 1）稠化油压裂液）稠化油压裂液 将稠化剂溶于油中配成。将稠化剂溶于油中配成。脂肪酸皂脂肪酸皂常用的稠化剂常用的稠化剂磷酸酯磷酸酯油溶性聚合物油溶性聚合物脂肪酸皂脂肪酸皂 超过一定浓度以后，脂肪酸皂可在油中形成结构，超过一定浓度以后，脂肪酸皂可在油中形成结构，产生结构粘度，将油稠化。产生结构粘度，将油稠化。稠化机理稠化机理脂肪酸皂脂肪酸皂脂肪酸皂脂肪酸皂 使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、氯化铝）活化。氯化铝）活化。 磷酸酯磷酸酯 使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、使用时磷酸酯溶于油中，用

8、铝盐（如硝酸铝、氯化铝）活化。氯化铝）活化。 磷酸酯磷酸酯（c c）油溶性聚合物油溶性聚合物 在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生结构粘在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生结构粘度，将油稠化。度，将油稠化。2 2、油基压裂液、油基压裂液（1 1）稠化油压裂液）稠化油压裂液油溶性聚合物油溶性聚合物 在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生结构粘度，将油稠化。结构粘度，将油稠化。（2 2）油基冻胶压裂液）油基冻胶压裂液 当油中稠化剂的浓度足够大时，稠化油压裂液就转当油中稠化剂的浓度足够大时，稠化油压裂液就转化为油基冻胶压裂液。化为油基冻胶压裂液。 油基冻胶比

9、稠化油有更高的粘度，有更好的携砂能油基冻胶比稠化油有更高的粘度，有更好的携砂能力，能用于压裂更深的地层。力，能用于压裂更深的地层。2 2、油基压裂液、油基压裂液（3 3）油包水压裂液）油包水压裂液2 2、油基压裂液、油基压裂液油包水压裂液主要由油、水和乳化剂组成。油包水压裂液主要由油、水和乳化剂组成。l优点优点l缺点：缺点：粘度高、悬砂能力强、滤失量低、对油层伤害小。粘度高、悬砂能力强、滤失量低、对油层伤害小。流动摩阻很高。流动摩阻很高。（3 3）油包水压裂液）油包水压裂液 油包酸压裂液不仅可减轻酸对管线的腐蚀，油包酸压裂液不仅可减轻酸对管线的腐蚀，在乳状液破坏后，还可给出酸液，将压裂产生在乳

10、状液破坏后，还可给出酸液，将压裂产生的裂缝溶蚀加宽，提高压裂效果。的裂缝溶蚀加宽，提高压裂效果。2 2、油基压裂液、油基压裂液油包酸压裂液油包酸压裂液（4 4）油基泡沫压裂液）油基泡沫压裂液 油：原油、柴油或煤油油：原油、柴油或煤油 气体：二氧化碳和氮气体：二氧化碳和氮起泡剂：含氟的聚合物起泡剂：含氟的聚合物2 2、油基压裂液、油基压裂液油基泡沫压裂液主要由油、气和起泡剂组成。油基泡沫压裂液主要由油、气和起泡剂组成。二、压裂用添加剂二、压裂用添加剂防乳化剂防乳化剂粘土稳定剂粘土稳定剂助排剂助排剂润湿反转剂润湿反转剂支撑剂支撑剂破坏剂破坏剂减阻剂减阻剂降滤失剂降滤失剂1 1、支撑剂、支撑剂 支撑

11、剂是指用压裂液带入裂缝，在压力释放支撑剂是指用压裂液带入裂缝，在压力释放后用以支撑裂缝的物质。后用以支撑裂缝的物质。密度低、强度高、化学稳定性好、便宜易得。密度低、强度高、化学稳定性好、便宜易得。（2 2）支撑剂的要求）支撑剂的要求（1 1）定义）定义1 1、支撑剂、支撑剂(3)(3)常用支撑剂常用支撑剂高强度的支撑剂高强度的支撑剂天然支撑剂天然支撑剂低密度的支撑剂低密度的支撑剂化学稳定性好的支撑剂化学稳定性好的支撑剂石英砂石英砂烧结陶粒烧结陶粒微孔烧结陶粒、核桃壳微孔烧结陶粒、核桃壳酚醛树脂覆盖的砂粒酚醛树脂覆盖的砂粒2 2、破坏剂、破坏剂 在指定时间内能将压裂液的粘度减到足够在指定时间内能

12、将压裂液的粘度减到足够低的化学剂。由于破坏后的压裂液易从地层排低的化学剂。由于破坏后的压裂液易从地层排出，因此可减小压裂液对地层的污染。出，因此可减小压裂液对地层的污染。 （2 2）常用的破坏剂：）常用的破坏剂：过氧化物过氧化物酶酶潜在酸潜在酸潜在螯合剂潜在螯合剂（1 1）定义：）定义：压裂液中使用的破坏剂主要是破胶剂。压裂液中使用的破坏剂主要是破胶剂。过氧化物是含有过氧基（过氧化物是含有过氧基（- -O-O-O-O-）的化合物。的化合物。过氧化物是通过聚合物氧化降解，破坏冻胶结构。过氧化物是通过聚合物氧化降解，破坏冻胶结构。 过氧化物过氧化物破坏剂破坏剂胶囊胶囊破坏机理破坏机理酶类酶类破坏剂

13、破坏剂 对聚糖水解降解起催化作用，破坏冻胶结构。对聚糖水解降解起催化作用，破坏冻胶结构。使用条件使用条件 酶只能用于温度低于酶只能用于温度低于6565和和pHpH值在值在3.53.58 8范范的条件下。的条件下。定义定义 潜在酸是在一定条件下能转变为酸的物质。潜在酸是在一定条件下能转变为酸的物质。 通过改变条件（通过改变条件（pHpH值），使冻胶交联结构破坏值），使冻胶交联结构破坏而起作用。而起作用。潜在酸类潜在酸类破坏剂破坏剂破坏机理破坏机理(1)(1)定义定义(2)(2)破坏机理破坏机理 潜在螯合剂是在一定条件下能转潜在螯合剂是在一定条件下能转变为可螯合交联剂的物质。变为可螯合交联剂的物质

14、。 低于低于60、60和高于和高于60的条件的条件下水解产生草酸或丙二酸，螯合作为交下水解产生草酸或丙二酸，螯合作为交联剂的金属离子，破坏冻胶的交联结构。联剂的金属离子，破坏冻胶的交联结构。 潜在螯合剂潜在螯合剂破坏剂破坏剂竞争络合的机理竞争络合的机理3 3 、减阻剂、减阻剂 压裂液减阻剂是指在紊流状态下能减小压裂压裂液减阻剂是指在紊流状态下能减小压裂液流动阻力的化学剂。液流动阻力的化学剂。（1 1）定义：）定义：聚合物可同时是稠化剂和减阻剂。聚合物可同时是稠化剂和减阻剂。在高质量浓度使用时，它是稠化剂；在高质量浓度使用时，它是稠化剂；在低质量浓度使用时，它是减阻剂。在低质量浓度使用时，它是减阻剂。水基压裂液用水减阻剂水基压裂液用水减阻剂油基冻胶减阻剂油基冻胶减阻剂4 4、降滤失剂、降滤失剂 能减少压裂液从裂缝中向地层漏失的化学剂。能减少压裂液从裂缝中向地层漏失的化学剂。（1 1）定义：）定义：