水力压裂力学-5

1、 压裂液基本原理和评价技术 前置液前置液携砂液携砂液支撑剂支撑剂 支撑裂缝支撑裂缝动态裂缝动态裂缝压裂酸化施工流程示意图压裂酸化施工流程示意图岩岩石石流体流体顶替液顶替液n工艺设计n压裂（酸化）流体n支撑剂 压裂场景图片压裂场景图片 压裂场景图片压裂场景图片n立式和卧式配立式和卧式配液罐液罐 压裂场景图片压裂场景图片n液罐车和混砂车液罐车和混砂车 压裂场景图片压裂场景图片n压裂泵车和施压裂泵车和施工压力曲线工压力曲线 压裂场景图片压裂场景图片支撑剂罐车支撑剂罐车 压裂液技术发展回顾v 19481948年水力压裂开始用于油井增产，使用油基压裂液（原油、凝固汽油、皂年水力压裂开始用于油井增产，使用

2、油基压裂液（原油、凝固汽油、皂化凝胶油体系）；化凝胶油体系）；v 5050年代末期，发现了瓜尔胶可作为水基压裂液的稠化剂，产生了现代压裂液年代末期，发现了瓜尔胶可作为水基压裂液的稠化剂，产生了现代压裂液化学；化学；v 6060年代开展了瓜尔胶改性研究及其交联水基压裂液体系（年代开展了瓜尔胶改性研究及其交联水基压裂液体系（B B、AlAl）；）；v 7070年代提高水基压裂液体系（无机钛和锆）、泡沫液；年代提高水基压裂液体系（无机钛和锆）、泡沫液；v 8080年代有机钛、锆交联水基压裂液体系及其泡沫压裂液体系（年代有机钛、锆交联水基压裂液体系及其泡沫压裂液体系（N N2 2和和COCO2 2），

3、），微观结构、流变学特性、伤害与保护；微观结构、流变学特性、伤害与保护；v 9090年代有机硼交联水基压裂液新体系，胶囊破胶剂技术年代有机硼交联水基压裂液新体系，胶囊破胶剂技术v 20002000年以后低稠化剂浓度水基压裂液和清洁压裂技术。年以后低稠化剂浓度水基压裂液和清洁压裂技术。 v 压裂液描述压裂液描述 预前置液、前置液、携砂液、顶替液预前置液、前置液、携砂液、顶替液 稠化剂稠化剂(可以是水或其它分散介质粘度增加的聚合物可以是水或其它分散介质粘度增加的聚合物) 交联剂交联剂(能够使线性聚合物通过分子间化学键形成体形聚合物的化学剂能够使线性聚合物通过分子间化学键形成体形聚合物的化学剂) 破

4、胶剂、降滤失剂、温度稳定剂、破胶剂、降滤失剂、温度稳定剂、pH调节剂、杀菌剂调节剂、杀菌剂 粘土稳定剂、破乳剂、助排剂、滤饼溶解剂粘土稳定剂、破乳剂、助排剂、滤饼溶解剂 乳化剂、起泡剂、消泡剂、减阻剂乳化剂、起泡剂、消泡剂、减阻剂 v 对压裂液的基本要求对压裂液的基本要求 与储层配伍与储层配伍 易于注入摩阻低易于注入摩阻低 低滤失低滤失 耐温、耐剪切耐温、耐剪切 破胶迅速彻底、易清除破胶迅速彻底、易清除 对地层、支撑剂带低伤害对地层、支撑剂带低伤害 易于控制、安全易于控制、安全 经济实用经济实用 v 压裂液的类型与基本性质压裂液的类型与基本性质 按不同工艺作用分类按不同工艺作用分类 预前置液、

5、顶替液预前置液、顶替液一般完井作业液可代替一般完井作业液可代替 前置液、携砂液前置液、携砂液特殊的完井液特殊的完井液 按不同化学性状分类（分散介质）按不同化学性状分类（分散介质） 水基水基-交联冻胶、线性胶交联冻胶、线性胶 油基油基稠化柴油（原油）、油冻胶稠化柴油（原油）、油冻胶 乳化乳化水包油、油包水乳化（水基水包油、油包水乳化（水基-线性、交联）线性、交联） 泡沫泡沫氮气、二氧化碳、双元氮气、二氧化碳、双元 清洁胶束表面活性剂清洁胶束表面活性剂 醇基醇基甲醇甲醇 气体气体纯液态二氧化碳纯液态二氧化碳 v 压裂液是由多种添加剂按一定配比形压裂液是由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定化学体

6、系，它可概成的非均质不稳定化学体系，它可概括的分为括的分为水基、油基、乳化、泡沫、醇基、胶水基、油基、乳化、泡沫、醇基、胶束、酸基、气体等。束、酸基、气体等。v 水基压裂液水基压裂液v 油基压裂液油基压裂液v 乳化压裂液乳化压裂液v 泡沫压裂液泡沫压裂液v 醇基压裂液醇基压裂液v 清洁胶束压裂液清洁胶束压裂液v 酸基压裂液酸基压裂液 使用状况 % 压裂液类型 优 点 缺 点 适用范围 国外 国内 水基压裂液 廉价、安全、可操作性强、性能好 降 低 相 对 渗 透率，伤害较高 除强水敏性储层外均可使用 6065 90 油基压裂液 配伍性好、密度低，易返排伤害小 成本高，安全性差，耐温较低 强水敏

7、、低压储层 5 3 泡沫压裂液 密度低、易返排，伤害小、携砂性好 施工压力高，需特殊设备 低压、水敏储层 2530 3 乳化压裂液 残渣少、滤失低、伤害较小 摩阻较高，油水比例较难控制 水敏、低压储层、低中温井 5 2 清洁压裂液 无聚合物、无残渣、低伤害 粘度低、滤失较大、成本高 高渗透油气储层 2 试验 一、水基压裂液体系一、水基压裂液体系 水基压裂液以水为分散介质，添加各种处理剂，形水基压裂液以水为分散介质，添加各种处理剂，形成具有压裂工艺所需的较强综合性能的工作液。成具有压裂工艺所需的较强综合性能的工作液。 它分为线性胶压裂液与交联冻胶压裂液。它分为线性胶压裂液与交联冻胶压裂液。 一般

8、含有水溶性聚合物及其它添加剂具有可流动状一般含有水溶性聚合物及其它添加剂具有可流动状态的水溶液被称为线性胶压裂液（有时也称稠化态的水溶液被称为线性胶压裂液（有时也称稠化水）。水）。 在线性胶中加入交联剂及其它添加剂形成具有粘弹在线性胶中加入交联剂及其它添加剂形成具有粘弹性的交联冻胶被称为交联冻胶压裂液。性的交联冻胶被称为交联冻胶压裂液。 清水中含有少量减阻剂用作压裂液称为清水压裂液。清水中含有少量减阻剂用作压裂液称为清水压裂液。 二、油基压裂液系统二、油基压裂液系统 油基压裂液是以油为溶剂或分散介质，加入各种添油基压裂液是以油为溶剂或分散介质，加入各种添加剂满足压裂工艺性能要求而形成的压裂液。

9、加剂满足压裂工艺性能要求而形成的压裂液。 在强水敏性储层，使用油基压裂液有利于避免由水在强水敏性储层，使用油基压裂液有利于避免由水基液而引起的地层损害。基液而引起的地层损害。 使用油基压裂液的首要缺点是易燃性，施工安全性差；使用油基压裂液的首要缺点是易燃性，施工安全性差； 大多数情况下，泵送摩阻明显高于水基压裂液体系；大多数情况下，泵送摩阻明显高于水基压裂液体系； 与水相比，静水压头小，相同条件下要求压裂的泵压也较高；与水相比，静水压头小，相同条件下要求压裂的泵压也较高； 由于以油为介质，添加剂用量大，成本高；由于以油为介质，添加剂用量大，成本高； 现场配制及质量控制也较水基压裂液系统难。现场

10、配制及质量控制也较水基压裂液系统难。 一般油基压裂液于现场应用较少。一般油基压裂液于现场应用较少。 油基压裂液系统油基压裂液系统 1稠化剂和交联剂稠化剂和交联剂 现今最普遍采用的油基压裂液是铝磷酸脂与碱的反应产物。现今最普遍采用的油基压裂液是铝磷酸脂与碱的反应产物。 典型的稠化剂为有机脂肪醇与无机非金属氧化物五氧化二磷生典型的稠化剂为有机脂肪醇与无机非金属氧化物五氧化二磷生成的磷酸酯成的磷酸酯 用铝酸钠进行交联，可形成磷酸酯铝盐的网状结构，而成为高用铝酸钠进行交联，可形成磷酸酯铝盐的网状结构，而成为高粘度油冻胶，并提高了温度稳定性。粘度油冻胶，并提高了温度稳定性。 2破胶剂破胶剂 典型的破胶剂

11、是无水乙酸钠、碳酸氢盐、氧化钙和典型的破胶剂是无水乙酸钠、碳酸氢盐、氧化钙和/或氨水溶或氨水溶液。液。 三、乳化压裂液三、乳化压裂液 两相：水和油（加表面活性剂）两相：水和油（加表面活性剂） ，分散相为内相。，分散相为内相。 水相由线性胶或交联冻胶压裂液即聚合物稠化剂和水相由线性胶或交联冻胶压裂液即聚合物稠化剂和含有表面活性剂的淡水或盐水配制而成含有表面活性剂的淡水或盐水配制而成 油相可以是原油或柴油。油相可以是原油或柴油。 油外相乳化液的粘性与基油十分相似，所以油外相油外相乳化液的粘性与基油十分相似，所以油外相乳化液产生与油的高粘度相联系的高摩擦阻力。乳化液产生与油的高粘度相联系的高摩擦阻力

12、。 水的粘度低，且水相中加入聚合物可以降低摩阻，水的粘度低，且水相中加入聚合物可以降低摩阻，因此水外相乳化液具有较低的摩擦阻力。因此水外相乳化液具有较低的摩擦阻力。 三、乳化压裂液三、乳化压裂液 乳化压裂液粘度随着水相中聚合物浓度及油相体积乳化压裂液粘度随着水相中聚合物浓度及油相体积比例增加而增大。比例增加而增大。 由于乳化压裂液含水量少、稠化剂用量低，同时在由于乳化压裂液含水量少、稠化剂用量低，同时在地层中乳化剂被地层吸附而自动破乳，具有低损害、地层中乳化剂被地层吸附而自动破乳，具有低损害、易返排的特点。易返排的特点。 乳化压裂液不足之处在于较高摩阻、高成本乳化压裂液不足之处在于较高摩阻、高

13、成本(除非原除非原油能回收油能回收)，同时热稳定性较差，上限温度，同时热稳定性较差，上限温度120。 泡沫压裂液及其技术的发展v 第一代泡沫压裂液：第一代泡沫压裂液：7070年代，水年代，水+ +起泡剂，起泡剂，N N2 2，砂液比，砂液比1 1 2lb2lbgal gal ，利于，利于压后返排，解决低压气井；压后返排，解决低压气井；v 第二代泡沫压裂液：第二代泡沫压裂液：8080年代，水年代，水+ +起泡剂起泡剂+ +聚合物，聚合物，N N2 2、COCO2 2，提高流体粘度，提高流体粘度，增加稳定性，砂液比增加稳定性，砂液比4 4 5lb5lbgalgal，高压油气藏；，高压油气藏；v 第

14、三代泡沫压裂液：第三代泡沫压裂液：8080年代末年代末9090年代初，水年代初，水+ +起泡剂起泡剂+ +聚合物聚合物+ +交联剂，以交联剂，以N N2 2泡沫压裂液为主泡沫压裂液为主, ,粘度和稳定性进一步提高，造缝和携砂能力增强，适合于粘度和稳定性进一步提高，造缝和携砂能力增强，适合于高温深井大型水力压裂，砂液比达高温深井大型水力压裂，砂液比达5lb5lbgal gal ；v 第四代泡沫压裂技术：第四代泡沫压裂技术：恒定内相技术，控制内相体积，降低施工摩阻恒定内相技术，控制内相体积，降低施工摩阻, ,满足满足大型泡沫压裂施工。大型泡沫压裂施工。 泡沫压裂液泡沫压裂液 CO2泡沫压裂液的特点

15、v COCO2 2泡沫压裂液适用性泡沫压裂液适用性 应用范围广：油气井，高温、低温油气藏，深井；应用范围广：油气井，高温、低温油气藏，深井； 特别应用于低压、水敏性油气藏。特别应用于低压、水敏性油气藏。v COCO2 2泡沫压裂液的特点泡沫压裂液的特点 密度高：接近水的密度，适合深井施工；浮力大，携砂能力强；密度高：接近水的密度，适合深井施工；浮力大，携砂能力强； 水溶性较好，压后缓慢释放，提供了良好的溶解气驱，利于返排；水溶性较好，压后缓慢释放，提供了良好的溶解气驱，利于返排； 水溶液水溶液pHpH值低值低(3(35)5)，降低了压裂液对基质的伤害；，降低了压裂液对基质的伤害； 水溶液具有低

16、的表面张力，有利于压裂液返排。水溶液具有低的表面张力，有利于压裂液返排。v 不足不足 酸性影响流变性能，提高稳定剂和起泡剂的用量；酸性影响流变性能，提高稳定剂和起泡剂的用量； 与高沥青质、高含蜡原油混合，形成酸渣和蜡析出。与高沥青质、高含蜡原油混合，形成酸渣和蜡析出。 泡沫压裂液泡沫压裂液 泡沫压裂液流变学特性v 泡沫压裂液为同时具有剪切变稀、粘弹性和触变性的非牛顿流体；泡沫压裂液为同时具有剪切变稀、粘弹性和触变性的非牛顿流体；v 泡沫压裂液的流动曲线，可分别用幂率模型、泡沫压裂液的流动曲线，可分别用幂率模型、EllisEllis模型、模型、CrossCross模模型和型和CarreauCar

17、reau模型，以及修正共转模型，以及修正共转Jeffreys Jeffreys 模型进行表征，但仅就模型进行表征，但仅就描述粘度曲线而言，幂率模型更为简捷实用；描述粘度曲线而言，幂率模型更为简捷实用；v 采用采用5 5参数粘弹触变性本构方程可描述典型的泡沫压裂液流体的触参数粘弹触变性本构方程可描述典型的泡沫压裂液流体的触变环，模型计算值与实验值吻合良好；变环，模型计算值与实验值吻合良好；v 用广义用广义MaxwellMaxwell粘弹性本构方程可描述泡沫压裂液流体的粘弹性，粘弹性本构方程可描述泡沫压裂液流体的粘弹性，证明泡沫压裂液流体具有松弛时间谱。证明泡沫压裂液流体具有松弛时间谱。 常规聚合

18、物压裂液滞留残渣将破坏裂缝和常规聚合物压裂液滞留残渣将破坏裂缝和 堵塞支撑剂。此测试结果是用堵塞支撑剂。此测试结果是用30-lbm 30-lbm 硼酸盐作交联剂，硼酸盐作交联剂，用酶作破胶剂在用酶作破胶剂在20/4020/40目支撑剂、目支撑剂、3838度和度和1000 psi 1000 psi 。瓜。瓜胶用甲基蓝染色胶用甲基蓝染色 n无聚合物压裂液无聚合物压裂液 无残渣滞留堵塞裂缝。无残渣滞留堵塞裂缝。20/4020/40目支撑剂、目支撑剂、3838度和度和1000 psi1000 psi清洁压裂液无残渣，对裂缝渗透率清洁压裂液无残渣，对裂缝渗透率保持高，主要缺点是成本高，保持高，主要缺点是

19、成本高，国外国外现场施工超过现场施工超过2000020000井次，仅井次，仅20022002年年就超过就超过60006000井次井次清洁压裂液体系清洁压裂液体系 理论基础-化学成因v 粘弹性表活剂粘弹性表活剂viscoelastic viscoelastic surfactant molecules surfactant molecules v 形成虫形的胶束形成虫形的胶束form long, form long, wormlike micelleswormlike micellesv 胶束缠绕胶束缠绕Entanglement of the Entanglement of the micell

20、esmicellesv 形成网状结构形成网状结构a network a network structure structure v 破胶机理：有机物或亲油性物质破胶机理：有机物或亲油性物质清洁压裂液体系清洁压裂液体系 水基与清洁压裂液组成对比v 稠化剂稠化剂v 交联剂交联剂v 杀菌剂杀菌剂v 粘土稳定剂粘土稳定剂v pH值调节剂值调节剂v 助排剂助排剂v 破乳剂破乳剂v 其它其它v VES表面活性剂表面活性剂 （2%5%）v 热稳定剂热稳定剂 v 粘土稳定剂粘土稳定剂 v 其它其它清洁压裂液清洁压裂液CLEAR FRACCLEAR FRAC瓜尔胶压裂液瓜尔胶压裂液GUAR FRACGUAR F

21、RAC 清洁压裂液体系清洁压裂液体系 清洁压裂液与聚合物压裂液对比聚合物压裂清洁压裂液压裂页岩砂砂体体页岩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清洁压裂液体系清洁压裂液体系 清洁压裂液流变特性v 流体具有剪切变稀特性，即随着剪切速率的增加，流体粘度降低，同流体具有剪切变稀特性，即随着剪切速率的增加，流体粘度降低，同时随着剪切速率的降低，粘度增加；时随着剪切速率的降低，粘度增加；v 流变特性符合幂律模型，即流变特性符合幂律模型，即= K= K nn ，其中，其中，nn为为0.40.40.60.6，KK为为1.501.502.50Pas 2.50Pas nn；v 目前

22、，胶束流体最高耐温能力可达目前，胶束流体最高耐温能力可达100100v 8080配方粘度：配方粘度：7070100mPa.s100mPa.s（60min60min，170s170s-1-1）v 具有粘弹特性，以弹性为主（具有粘弹特性，以弹性为主（GG GG），储能模量），储能模量GG为为32.5Pa32.5Pa，损耗模量损耗模量GG为为2.8Pa2.8Pa；v 支撑剂沉降支撑剂沉降: : 成都陶粒成都陶粒2020目目, 0.5, 0.51.51.51010-3-3 m/min m/min清洁压裂液体系清洁压裂液体系 清水压裂液v 清水压裂摩阻很高，相对于常规水基压裂液的清水压裂摩阻很高，相对于

23、常规水基压裂液的23倍。倍。v 清水压裂液结构表现为彼此间有空隙并在进行复杂的微观清水压裂液结构表现为彼此间有空隙并在进行复杂的微观运动的大量水分子所组成的聚集态。运动的大量水分子所组成的聚集态。v 流体表现为易流动特征，在静止时不能承受切力抵抗剪切流体表现为易流动特征，在静止时不能承受切力抵抗剪切形变，但在流动状态下，流体就具有抵抗剪切形变的能力形变，但在流动状态下，流体就具有抵抗剪切形变的能力，即粘滞性。这是水力压裂流体发生机械能量损失的根源，即粘滞性。这是水力压裂流体发生机械能量损失的根源。v 水力压裂过程中，高排量导致流速大于临界流速，流态表水力压裂过程中，高排量导致流速大于临界流速，

24、流态表现为紊流状态，产生高的施工摩阻。现为紊流状态，产生高的施工摩阻。v 减小摩阻的途径防止边界层分离和在边界层中保持层流状减小摩阻的途径防止边界层分离和在边界层中保持层流状态，在水溶液中添加适量的长链聚合物，可降低摩阻。态，在水溶液中添加适量的长链聚合物，可降低摩阻。 压裂液添加剂压裂液添加剂v 水基压裂液添加剂水基压裂液添加剂 水基压裂液添加剂包括：稠化剂、交联剂、破胶剂、助排剂、粘土稳定水基压裂液添加剂包括：稠化剂、交联剂、破胶剂、助排剂、粘土稳定剂、剂、pH值调节剂、杀菌剂、破乳剂、降滤失剂和其它辅助性添加剂值调节剂、杀菌剂、破乳剂、降滤失剂和其它辅助性添加剂v 油基压裂液添加剂油基压

25、裂液添加剂 目前国内外常用的磷酸酯铝盐油冻胶压裂液主要由稠化剂、交联剂和破目前国内外常用的磷酸酯铝盐油冻胶压裂液主要由稠化剂、交联剂和破胶剂组成。胶剂组成。v 泡沫压裂液添加剂泡沫压裂液添加剂 气体（空气、氮气和二氧化碳气体（空气、氮气和二氧化碳 ）、液体、起泡剂、稳泡剂）、液体、起泡剂、稳泡剂 清洁胶束压裂液添加剂清洁胶束压裂液添加剂v 清洁胶束压裂液主要由稠化剂、盐和破胶剂组成。清洁胶束压裂液主要由稠化剂、盐和破胶剂组成。 添添 加加 剂剂 种种 类类 作作 用用 举举 例例 稠稠化化剂剂 增增粘粘溶溶剂剂，并并提提供供可可交交联联基基团团 植植物物胶胶及及其其衍衍生生物物 交交联联（螯螯

26、合合剂剂） 提提供供交交联联离离子子，交交联联稠稠化化剂剂 无无机机硼硼、有有机机硼硼、钛钛、锆锆 杀杀菌菌剂剂 （细细菌菌抑抑制制剂剂） 杀杀灭灭压压裂裂液液基基液液中中的的细细菌菌 季季铵铵盐盐或或醛醛类类 消消泡泡剂剂 抑抑制制压压裂裂液液配配制制过过程程中中的的泡泡沫沫形形成成 降降滤滤失失剂剂 降降低低压压裂裂液液滤滤失失量量 柴柴油油、油油溶溶性性树树脂脂、粉粉砂砂（陶陶） 分分散散剂剂 改改善善烃烃降降滤滤失失剂剂的的分分散散稳稳定定性性 表表面面活活性性剂剂 P PH H 调调节节剂剂 调调节节溶溶液液 p pH H 值值 N Na aO OH H、N Na a2 2C CO

27、O3 3 缓缓冲冲体体系系 缓缓冲冲调调节节 p pH H 值值变变化化 N Na a2 2C CO O3 3- -N Na aH HC CO O3 3 温温度度稳稳定定剂剂 提提高高压压裂裂液液耐耐温温能能力力 硫硫代代硫硫酸酸钠钠 降降阻阻剂剂 降降低低摩摩察察阻阻力力 聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺类类 起起泡泡剂剂 泡泡沫沫压压裂裂液液形形成成泡泡沫沫 表表面面活活性性剂剂（A AB BS S、甜甜菜菜碱碱） 乳乳化化剂剂 乳乳化化压压裂裂液液的的油油水水乳乳化化 表表面面活活性性剂剂 破破胶胶剂剂 破破胶胶降降解解，降降低低分分子子量量 过过氧氧化化物物、酶酶 粘粘土土稳稳定定剂剂 稳稳定定粘

28、粘土土矿矿物物，防防止止分分散散运运移移堵堵塞塞 K KC CL L、聚聚季季铵铵盐盐 助助排排剂剂 降降低低表表面面/ /界界面面张张力力 表表面面活活性性剂剂 破破乳乳剂剂 减减少少压压裂裂液液在在地地层层的的油油水水乳乳化化 S SP P1 16 69 9、A AE E 系系列列 阻阻垢垢剂剂 防防止止压压裂裂液液在在地地层层的的垢垢形形成成 滤滤饼饼溶溶解解剂剂 溶溶解解在在压压裂裂过过程程中中形形成成的的滤滤饼饼 F FC CS S- -6 6 低低温温破破胶胶活活化化剂剂 活活化化低低温温破破胶胶活活性性物物质质 L LT TB B- -6 6 胶胶束束剂剂 胶胶束束压压裂裂液液中

29、中形形成成胶胶束束 表表面面活活性性剂剂 压裂液添加剂分类及作用压裂液添加剂分类及作用 交联冻胶压裂液添加剂交联冻胶压裂液添加剂 构成水基冻胶压裂液体系的组分主要包括稠化剂、构成水基冻胶压裂液体系的组分主要包括稠化剂、交联剂、降滤失剂、温度稳定剂、交联剂、降滤失剂、温度稳定剂、pH调节剂、杀调节剂、杀菌剂等保证施工要求的添加剂和破胶剂、粘土稳定菌剂等保证施工要求的添加剂和破胶剂、粘土稳定剂、破乳剂、助排剂、滤饼溶解剂等保护储层作用剂、破乳剂、助排剂、滤饼溶解剂等保护储层作用的添加剂等。的添加剂等。 稠化剂稠化剂 水溶性聚合物作为稠化剂（增稠剂）是水水溶性聚合物作为稠化剂（增稠剂）是水基压裂液的

30、基本添加剂基压裂液的基本添加剂 。 植物胶植物胶(如瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、皂如瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、皂仁胶、槐豆胶、魔芋胶和海藻胶仁胶、槐豆胶、魔芋胶和海藻胶)及其衍及其衍生物（羟乙、丙基和羧甲基）生物（羟乙、丙基和羧甲基） 纤维素的衍生物（如羧甲基纤维素、羟乙纤维素的衍生物（如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等）基纤维素等） 合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）以及生物烯酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）以及生物聚合物（黄胞胶）。聚合物（黄胞胶）。 v 纤维素的衍生物（如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等）纤维素的衍生物（如羧甲基纤维素、羟乙基

31、纤维素等）v 合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、羧甲基聚合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）以及生物聚合物（黄胞胶）。丙烯酰胺等）以及生物聚合物（黄胞胶）。v 淀粉类产品开发为压裂液稠化剂的试验。淀粉类产品开发为压裂液稠化剂的试验。v 影响压裂液基液粘度的因素及解决办法影响压裂液基液粘度的因素及解决办法 分散性（颗粒大小、表面性质）分散性（颗粒大小、表面性质） 水合速度（水合速度（pH、搅拌速度、放置时间）、搅拌速度、放置时间） 交联剂交联剂 交联剂是能通过交联离子（基团）将溶解于水中的高分子链上交联剂是能通过交联离子（基团）将溶解于水中的高分子链上的活性

32、基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶的化学剂。的活性基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶的化学剂。 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。值决定。 常用交联剂一般可概括分为有机和无机两类，无机类包括两性常用交联剂一般可概括分为有机和无机两类，无机类包括两性金属（或非金属）含氧酸的盐、无机酸的两性金属盐，一般为金属（或非金属）含氧酸的盐、无机酸的两性金属盐，一般为非延迟交联。有机类包括有机钛或锆非延迟交联。有机类包括有机钛或锆 (无

33、机酸酯无机酸酯)、有机硼络合、有机硼络合物、醛等，多为可延迟交联。物、醛等，多为可延迟交联。 降滤失剂降滤失剂 控制压裂液向地层的滤失，有利于提高压裂液效率，减少压裂控制压裂液向地层的滤失，有利于提高压裂液效率，减少压裂液用量，形成长而宽的裂缝，提高砂液比，获得高导流能力的液用量，形成长而宽的裂缝，提高砂液比，获得高导流能力的裂缝；同时通过降低压裂液的滤失和滞留，可以缩短压裂液返裂缝；同时通过降低压裂液的滤失和滞留，可以缩短压裂液返排时间，减少对储层的损害。排时间，减少对储层的损害。 行业标准行业标准SY/T6215-1996将降滤失剂按液态和固态分类，规定将降滤失剂按液态和固态分类，规定对降

34、滤失剂需检测其十项性能共对降滤失剂需检测其十项性能共19个参数。其中，除了形成压个参数。其中，除了形成压裂液后其液体滤失系数裂液后其液体滤失系数C3作为重要参数外，还强调了降滤失剂作为重要参数外，还强调了降滤失剂对储层影响的有关性能测定。对储层影响的有关性能测定。 温度稳定剂温度稳定剂 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起到了加剧压裂液降解的速度，因此抗高温稳定剂往氧的存在起到了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。往和除氧有关。 常用甲醇、硫代硫酸钠、三乙醇胺、亚硫酸氢钠等。常用甲醇、硫代硫酸钠

35、、三乙醇胺、亚硫酸氢钠等。 其中三乙醇胺在能除氧外还会相应提高压裂液的其中三乙醇胺在能除氧外还会相应提高压裂液的pH，这也有利，这也有利于压裂液在高温条件下的粘度稳定。于压裂液在高温条件下的粘度稳定。 国内使用协和的热稳定剂混合物国内使用协和的热稳定剂混合物TA系列能够很好的将压裂液用系列能够很好的将压裂液用于于150以上的地层。以上的地层。 pH调节剂调节剂 在水基压裂液中，通常用在水基压裂液中，通常用pH值调节剂控制稠化剂水合增粘速度、值调节剂控制稠化剂水合增粘速度、交联剂所需的交联剂所需的pH值范围和交联时间以及控制细菌的生长。值范围和交联时间以及控制细菌的生长。 通常使用的通常使用的p

36、H值调节剂为碳酸氢钠、碳酸钠、醋酸、柠檬酸、值调节剂为碳酸氢钠、碳酸钠、醋酸、柠檬酸、富马酸和氢氧化钠等，配合使用可使富马酸和氢氧化钠等，配合使用可使pH值的控制范围达到要求。值的控制范围达到要求。 杀菌剂甲醛、乙二醛、戊二醛及阳离子表面活性剂复配物杀菌剂甲醛、乙二醛、戊二醛及阳离子表面活性剂复配物 用于抑制和杀死微生物，使配制的基液性质稳定，防止聚合物用于抑制和杀死微生物，使配制的基液性质稳定，防止聚合物降解，同时阻止储层内的细菌生长。降解，同时阻止储层内的细菌生长。 破胶剂破胶剂 破胶剂是压裂液的一种重要添加剂之一，其主要作用破胶剂是压裂液的一种重要添加剂之一，其主要作用是使压裂液中的冻胶

37、发生化学降解，由大分子变成小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，减少储层损害。分子，有利于压后返排，减少储层损害。 水基交联冻胶压裂液常用破胶剂包括酶、氧化剂和酸。水基交联冻胶压裂液常用破胶剂包括酶、氧化剂和酸。 生物酶和催化氧化剂系列是适用于生物酶和催化氧化剂系列是适用于2154的低温破的低温破胶剂；胶剂； 一般氧化破胶体系适用于一般氧化破胶体系适用于5493； 而有机酸适用于而有机酸适用于93以上的破胶作用以上的破胶作用 。 粘土稳定剂粘土稳定剂 在水基压裂液中，常加入粘土稳定剂防止粘土膨胀、分散和运在水基压裂液中，常加入粘土稳定剂防止粘土膨胀、分散和运移。

38、移。 氯化钾是压裂液中常使用的粘土稳定剂，使用浓度一般为氯化钾是压裂液中常使用的粘土稳定剂，使用浓度一般为1.02.0%。 氯化钾不仅提供了充分的阳离子浓度防止阳离子交换，压缩使氯化钾不仅提供了充分的阳离子浓度防止阳离子交换，压缩使粘土膨胀的扩散双电层，而且钾离子大小恰能进入粘土的硅氧粘土膨胀的扩散双电层，而且钾离子大小恰能进入粘土的硅氧四面体的六角空间，防止粘土膨胀、分散和运移。四面体的六角空间，防止粘土膨胀、分散和运移。 加入氯化钾还可以提高压裂液矿化度，使之与地层水矿化度相加入氯化钾还可以提高压裂液矿化度，使之与地层水矿化度相匹配；同时当氯化钾存在时可消除碱敏匹配；同时当氯化钾存在时可消

39、除碱敏 破乳剂破乳剂 压裂液含有的破乳剂应能在储层温度下保持其表面活性，并且压裂液含有的破乳剂应能在储层温度下保持其表面活性，并且在与储层岩石接触时不易因吸附作用而从溶液中分解出来。在与储层岩石接触时不易因吸附作用而从溶液中分解出来。 -针对油田和原油，注意配伍性。针对油田和原油，注意配伍性。 滤饼溶解剂滤饼溶解剂 由压裂液滤饼引起的伤害需要用地层水或滤饼溶解处理剂返排由压裂液滤饼引起的伤害需要用地层水或滤饼溶解处理剂返排才能尽快恢复渗透率。才能尽快恢复渗透率。 滤饼减少工作液向地层过量滤失而保证了施工安全，但由于其滤饼减少工作液向地层过量滤失而保证了施工安全，但由于其高度浓缩、聚合物含量极高

40、、致密和低渗透，常规工作液含有高度浓缩、聚合物含量极高、致密和低渗透，常规工作液含有的破胶剂不能使其破胶清除。的破胶剂不能使其破胶清除。 助排剂助排剂 影响压裂液返排的主要因素是地层压力降、粘滞力和毛细管阻影响压裂液返排的主要因素是地层压力降、粘滞力和毛细管阻力等力等 地层压力降越慢，排液压差越大，即具有排液的动力越大；粘地层压力降越慢，排液压差越大，即具有排液的动力越大；粘滞力与地层孔隙大小、压裂液破胶液粘度、残渣含量、颗粒大滞力与地层孔隙大小、压裂液破胶液粘度、残渣含量、颗粒大小以及油水乳化有关；小以及油水乳化有关； 而毛细管阻力按下式确定：而毛细管阻力按下式确定： Pc=2cos r 可

41、见，在压裂液中，正确合理地使用表面活性剂，降低油水界可见，在压裂液中，正确合理地使用表面活性剂，降低油水界面张力，增大接触角，减小毛细管力是加快压裂液返排的重要面张力，增大接触角，减小毛细管力是加快压裂液返排的重要措施。措施。 。 2.线性胶压裂液线性胶压裂液 线性胶压裂液具有合适的表观粘度与低滤失特性，减阻性线性胶压裂液具有合适的表观粘度与低滤失特性，减阻性能好，易破胶与损害性小；能好，易破胶与损害性小； 但对温度、剪切速率较为敏感。其表观粘度为剪切速率、但对温度、剪切速率较为敏感。其表观粘度为剪切速率、温度、聚合物浓度、聚合物分子量及化学环境的函数，具温度、聚合物浓度、聚合物分子量及化学环境的函数，具有剪切变稀、流动无