可逆交聯(lián)低傷害壓裂液體系A(chǔ)PCF

1、可逆交聯(lián)低傷害壓裂液apcf體系 新一代壓裂液技術(shù) 提 綱一、常規(guī)胍膠壓裂液體系存在的問題一、常規(guī)胍膠壓裂液體系存在的問題二、清潔壓裂液的概念與發(fā)展歷程二、清潔壓裂液的概念與發(fā)展歷程三、可逆交聯(lián)低傷害三、可逆交聯(lián)低傷害壓裂液壓裂液apcf體系體系四、下一步發(fā)展方向四、下一步發(fā)展方向五、現(xiàn)場應(yīng)用情況五、現(xiàn)場應(yīng)用情況一、常規(guī)壓裂液體系存在的問題壓裂液的基本要求n 懸浮攜砂能力強(qiáng)n 流變性好n 造縫能力強(qiáng)n 低傷害n 易破膠n 低濾失n 低摩阻n 易配制n 成本低 壓裂液是壓裂工程的血液壓裂液是壓裂工程的血液核心材料核心材料n 存在不溶物n 高溫穩(wěn)定性不好n 抗剪切性差n 破膠后必須盡快返排殘?jiān)黱

2、對儲層傷害較大n 原料供應(yīng)受限存在的問題（基于胍膠guar gum、改性胍膠cmg, hpg, cmhpg）關(guān)鍵問題：關(guān)鍵問題：不清潔不清潔傷害儲層傷害儲層成本高成本高依賴進(jìn)口依賴進(jìn)口胍膠來源于南亞的天然植物胍膠類壓裂液殘?jiān)膩碓磏胍膠本身不溶物 4-20%n配液、交聯(lián)與破膠作用產(chǎn)生的不溶物 20%清潔壓裂液（或稱低傷害壓裂液）清潔壓裂液（或稱低傷害壓裂液）：n 對儲層無直接傷害（不溶物、殘?jiān)埬z）n 二次傷害?。ㄈ缢簟⑺i、堿敏等）n 易返排，少殘留關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題：n 無殘?jiān)黱 徹底破膠n 滿足施工要求二、清潔壓裂液的概念與發(fā)展歷程（一）粘彈性表面活性劑ves（ visco-elast

3、ic surfactant）（斯倫貝謝，1997）ves清潔壓裂液存在的問題n成本高：成本高：分子量小，導(dǎo)致用量大、成本高n耐溫能力差：耐溫能力差：使用溫度低（通常80以下）n穩(wěn)定性差：穩(wěn)定性差：膠束遇水遇油不穩(wěn)定n懸浮能力不強(qiáng)：懸浮能力不強(qiáng)：粘度不高、結(jié)構(gòu)不強(qiáng)導(dǎo)致懸浮能力低，易形成砂堵 n配制工藝復(fù)雜：配制工藝復(fù)雜：需配合其他多種組分清潔，但成本高、體系不穩(wěn)定清潔，但成本高、體系不穩(wěn)定（二）聚丙烯酰胺凝膠類 包含水解聚丙烯酰胺、疏水締合聚丙烯酰胺、支化聚丙烯酰胺、小分子締合聚合物等，通過化學(xué)交聯(lián)形成凝膠：u抗溫抗鹽性、抗剪切能力、懸浮能力差；u摩阻大；u難破膠和難返排，產(chǎn)生新的傷害；u初始粘

4、度過大交聯(lián)后壓裂液挑掛情況，明顯有細(xì)小的獨(dú)立凝膠團(tuán)（三）清潔壓裂液的新思路：n可逆交聯(lián)低傷害壓裂液可逆交聯(lián)低傷害壓裂液apcf體系體系胍膠：胍膠：分子量超大分子量超大化學(xué)交聯(lián)、強(qiáng)結(jié)構(gòu)化學(xué)交聯(lián)、強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)增粘、低濃度強(qiáng)增粘、低濃度ves：分子量小分子量小不交聯(lián)、弱結(jié)構(gòu)不交聯(lián)、弱結(jié)構(gòu)弱增粘、高濃度弱增粘、高濃度apcf：分子量適中分子量適中可逆交聯(lián)、粘彈性結(jié)構(gòu)可逆交聯(lián)、粘彈性結(jié)構(gòu)強(qiáng)增粘、低濃度強(qiáng)增粘、低濃度apcfapcf體系體系可逆交聯(lián)的多元結(jié)構(gòu)型聚合物：可逆交聯(lián)的多元結(jié)構(gòu)型聚合物： 溶液中聚合物分子鏈間通過多元弱鍵（范德華力、氫鍵和離子鍵）適當(dāng)結(jié)合，形成布滿整個溶液體系的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(多級可

5、逆結(jié)構(gòu))，明顯有別于胍膠和其他合成聚合物，此結(jié)構(gòu)可隨剪切速率、鹽度和溫度等條件變化而可逆變化。其分子結(jié)構(gòu)為：可逆結(jié)構(gòu)的壓裂液預(yù)期特點(diǎn)及其影響可逆結(jié)構(gòu)的壓裂液預(yù)期特點(diǎn)及其影響條件結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)表觀粘度粘彈性濃度溫度礦化度剪切速度破膠后把溫度、鹽度、剪切速度等不利因素變成了有利因素，且過程可逆。特特點(diǎn)：具有清潔低傷害、微殘留，抗溫抗鹽抗剪切，摩阻小，懸浮能力點(diǎn)：具有清潔低傷害、微殘留，抗溫抗鹽抗剪切，摩阻小，懸浮能力強(qiáng)，徹底破膠易返排，使用濃度低，環(huán)境友好，性價比高。強(qiáng)，徹底破膠易返排，使用濃度低，環(huán)境友好，性價比高。表觀表觀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)基本體系基本體系 2 種組分：種組分：n新型聚合物增稠劑

6、apcf-1n可逆交聯(lián)劑 apcf-b選配助劑：選配助劑：n耐溫助劑 apcf-c (100 以上使用）n防膨劑/粘穩(wěn)劑 (水敏性地層使用）n可降解降濾失劑 （高滲透地層使用）n助排劑 （氣井壓裂時使用） 已申請專利：20110223102.6三、可逆交聯(lián)低傷害壓裂液apcf體系1. 對儲層低傷害2. 高效增粘3. 超強(qiáng)懸浮能力4. 適應(yīng)溫度范圍寬 5. 耐鹽性好apcf體系主要性能主要性能特點(diǎn)特點(diǎn)6. 抗剪切性能優(yōu)異7. 降摩阻性能突出8. 配制工藝簡單9. 環(huán)境友好10. 性價比高1、對儲層低傷害、對儲層低傷害p 所有組分完全溶解于水：全過程不產(chǎn)生沉淀和絮狀不溶物，破膠后無殘?jiān)?、無殘膠，易

7、返排apcf體系破膠后apcf體系配液后四個低傷害壓裂液樣本對巖心滲透率平均損害率為12.07%，(吐哈最新果某井1#：21%，2#：9.83%)而瓜膠壓裂液對巖心滲透率傷害高達(dá)28.3%巖心傷害評價對比 壓裂液壓裂液 巖芯規(guī)格巖芯規(guī)格 煤油滲透率（煤油滲透率（10-3m2） 傷害率傷害率 （%）（dl）（cmcm） 傷害前滲透率傷害前滲透率k1 傷害后滲透率傷害后滲透率k213.87.6 12.5111.0611.5423.87.6 13.9812.1712.9133.87.6 12.1110.6412.0843.87.6 13.2811.7211.75有機(jī)硼交聯(lián)有機(jī)硼交聯(lián)胍膠胍膠3.87.

8、6 12.769.1528.320/40目支撐劑破膠液傷害導(dǎo)流能力（目支撐劑破膠液傷害導(dǎo)流能力（m2.cm）測試曲線）測試曲線破膠液破膠液1：apcf聚合物清潔壓裂液，聚合物清潔壓裂液，破膠液破膠液2：hpg瓜膠壓裂液瓜膠壓裂液破膠液破膠液1 1的導(dǎo)流能力明顯高于破膠液的導(dǎo)流能力明顯高于破膠液2 2 2、高效增粘、高效增粘p 聚合物增稠劑apcf-1具有超強(qiáng)的增粘性；p 使用組分少，效率高；p 配合使用可逆交聯(lián)劑apcf-b，水溶液的粘度和結(jié)構(gòu)性進(jìn)一步大幅度增強(qiáng)。超高粘彈性使低濃度、低粘度壓裂液成為可能超高粘彈性使低濃度、低粘度壓裂液成為可能3、超強(qiáng)懸浮能力、超強(qiáng)懸浮能力 apcf壓裂液具有的

9、可逆交聯(lián)結(jié)構(gòu)和粘彈性，懸砂攜砂能力優(yōu)異，僅20mpa.s粘度即有足夠的懸浮支撐劑能力。既便于實(shí)現(xiàn)高砂比，又可避免施工時的脫砂和砂堵等事故。 超強(qiáng)的懸浮能力來源于超強(qiáng)的粘彈性：超強(qiáng)的懸浮能力來源于超強(qiáng)的粘彈性：壓裂液粘彈性動態(tài)特征：壓裂液粘彈性動態(tài)特征：如圖7所示，隨著掃描頻率的逐步增加，壓裂液的儲能模量g#和復(fù)合模量g*增加，而損耗模量g卻幾乎不變，整個試驗(yàn)過程中壓裂液彈性明顯地大于粘性彈性明顯地大于粘性。圖7 apcf壓裂液體系的粘彈性動態(tài)特征模量測試：模量測試：模量測試實(shí)驗(yàn)表明一般情況下apcf壓裂液體系的儲能模量g#及它與其耗能模量g之比均大于常用的胍膠壓裂液,即其粘彈性更強(qiáng)。表5.1

10、壓裂液的流變參數(shù)胍膠胍膠壓裂液的儲能模量壓裂液的儲能模量g g# #和復(fù)合模量和復(fù)合模量g g* *表觀粘度，表觀粘度，mpa.smpa.s105209406儲能模量，儲能模量，g g# #17.633.248.7復(fù)合模量，復(fù)合模量，g g* *21.841.560.6apcfapcf清潔壓裂液的儲能模量清潔壓裂液的儲能模量g g# #和復(fù)合模量和復(fù)合模量g g* *表觀粘度，表觀粘度，mpa.smpa.s11213056108200儲能模量，儲能模量，g g# #3.2012.6020.1026.4029.5031.60復(fù)合模量，復(fù)合模量，g g* *3.2112.7020.2026.502

11、9.7031.70apcfapcf體系在體系在30mpa.s30mpa.s的攜砂能力近似于胍膠壓裂液在的攜砂能力近似于胍膠壓裂液在105mpa.s105mpa.s。apcf溶液（0.30%），支撐劑懸浮48h以上懸浮能力對比胍膠溶液中（0.4%交聯(lián)后），支撐劑510min 有下沉現(xiàn)象（0.35%apcf-1+0.18%apcf-b0.35%apcf-1+0.18%apcf-b；支撐劑：支撐劑：20/40目陶粒，密度為目陶粒，密度為1.85g/cm3。）懸砂靜置懸砂靜置1h1h時時懸砂靜置懸砂靜置2h2h時時懸砂能力懸砂能力懸砂靜置懸砂靜置4h4h時時懸砂靜置懸砂靜置6h6h時時靜止靜止6小時后

12、，砂子只在液體頂部發(fā)生部分沉降，證明液體的懸砂性能優(yōu)異。小時后，砂子只在液體頂部發(fā)生部分沉降，證明液體的懸砂性能優(yōu)異。(1) apcf-1 + apcf-b，配制粘度 20、30、40 mpa.s(2) hpg + 四硼酸鈉，配制粘度50、75、400 mpa.s壓裂液類別壓裂液類別編號編號粘度粘度(mpa.s)10cm沉降時間沉降時間(s)沉降速度沉降速度(mm/s)apcf壓裂液壓裂液1201500.66672306000.166734012000.0833hpg壓裂液壓裂液450541.8519575303.3333640011400.087720mpa.s的的apcf壓裂液的懸浮能力明

13、顯超過壓裂液的懸浮能力明顯超過50mpa.s的胍膠壓裂液。的胍膠壓裂液。40mpa.s的的apcf壓裂液的懸浮能力與壓裂液的懸浮能力與400mpa.s的胍膠壓裂液相當(dāng)。的胍膠壓裂液相當(dāng)。懸浮能力對比不同粘度的不同粘度的apcf壓裂液懸浮能力對比壓裂液懸浮能力對比（40目支撐劑）目支撐劑）60mpa.s60min30mpa.s30min20mpa.s10min充氣泡沫液的穩(wěn)定性和懸浮能力充氣泡沫液的穩(wěn)定性和懸浮能力特別適合吐哈的三特低油氣藏特別適合吐哈的三特低油氣藏p 可充氣或使用生泡劑，泡沫均勻、穩(wěn)定，密度可低至 0.45 g/cm3；p 泡沫懸浮能力強(qiáng)，低密度泡沫懸浮支撐劑可達(dá)72h；p 容

14、易消泡和破膠密度0.45泡沫液，混入支撐劑10min后72hr后破膠消泡后4、適應(yīng)溫度范圍寬、適應(yīng)溫度范圍寬 apcf體系的適應(yīng)溫度范圍為25-150； 特殊要求時，可達(dá)到180 。5、耐鹽性好、耐鹽性好 apcf體系在礦化度010%范圍內(nèi)可正常使用。020406080100t in min5060708090100110120130140150e ta in m p a s20406080100120140160180g p in 1 /s ,t in chaake rheowin 4.30.0011 0.3%apcf-1+0.15%apcf-b(60c,20111223)eta = f (

15、t)gp = f (t)t = f (t)60，0.3%apcf-1 + 0.15%apcf-b， 170s-1，剪切1.5h， 粘度5055mpa.s100，0.35%apcf-1 + 0.18%apcf-b， 170s-1 ，剪切2h， 粘度3545mpa.s0285684112140t in min101001000e ta in m p a s0102030405060708090100110120130140150160170180190200g p in 1 /s ,t in chaake rheowin 4.30.0011 0.35%apcf-1+0.18%apcf-b(100c

16、,20111125)eta = f (t)gp = f (t)t = f (t)150：0.7%apcf-1 + 0.35%apcf-b + 0.1%apcf-c+2% kcl 170s-1， 剪切2h，4055mpa.s024487296120t in min30405060708090100110e ta in m p a s8090100110120130140150160170180g p in 1 /s ,t in chaake rheowin 4.30.0011 0.7%apcf-1+(0.17+0.18)%apcf-b+0.1%apcf-c+2%kcl(150c,20120311

17、)eta = f (t)gp = f (t)t = f (t)0285684112140t in min050100150200250300350e ta in m p a s406080100120140160180200g p in 1 /s,t in chaake rheowin 4.30.0011 0.77%apcf-1+0.19%apcf-b2+0.2%apcf-c+2%apcf-d(20120216,180c)eta = f (t)gp = f (t)t = f (t)180：0.77%apcf-1 + 0.19%apcf-b2 + 0.2%apcf-c+2%kcl 170s-1

18、剪切2h，50-100mpa.s6、抗剪切性能優(yōu)異、抗剪切性能優(yōu)異 apcf體系采用獨(dú)特的可逆交聯(lián)技術(shù)，剪切穩(wěn)定性和剪切稀釋性均表現(xiàn)優(yōu)異，經(jīng)泵送、炮眼和滲流過程不會明顯破壞液體的流變性。抗剪切性抗剪切性n 常規(guī)“交聯(lián)”壓裂液由于其交聯(lián)作用的不可逆性則其有效粘度必然隨剪切時間增長而不斷下降；n apcf結(jié)構(gòu)流體由于其結(jié)構(gòu)隨剪切作用而可逆變化,當(dāng)剪切速率一定時,其結(jié)構(gòu)將達(dá)到與該剪切速率平衡的狀態(tài),因此“有效粘度”不再隨剪切時間增長而下降,長期保持恒定，故表現(xiàn)出優(yōu)良的抗剪切性。更能適合于需要泵送時間較長的壓裂作業(yè)（如深井、大型壓裂等）。剪切稀釋性剪切稀釋性： 是結(jié)構(gòu)性流體固有的特性，因此能很好解決流

19、動中在保證良好懸浮攜砂的前題下大幅度降低流動阻力。0.111000.20.40.60.81平均流速，m/s摩擦系數(shù)圓管實(shí)驗(yàn)裂縫實(shí)驗(yàn)圓管理論裂縫理論 圖4 達(dá)西-韋氏摩擦系數(shù)與流速的關(guān)系曲線(主劑含量0.5%)屈服應(yīng)力：屈服應(yīng)力：圖5 120 apcf體系在120、130高溫條件下獲得了比較高的屈服應(yīng)力，顯示該體系在低流速下仍有較高的攜帶能力。 0100200300400500600700024681012141618剪切應(yīng)力,pa剪切速率,1/s01002003004005006007008009000246810 12 14 16 18 20剪切應(yīng)力,pa剪切速率,1/s圖6 130【注】

20、用量在兩個溫度下均為0.6% + kcl2% + 輔劑0.3%流變參數(shù)：流變參數(shù)：通過圖解法獲得主劑0.50%及輔劑0.25%壓裂液的k和n值，與常規(guī)交聯(lián)壓裂液一樣,也顯示屈服應(yīng)力,測定其屈服應(yīng)力y為9.4pa。具有較高的稠度系數(shù)和屈服應(yīng)力及低的流動特征指數(shù)。且升高溫度對其相關(guān)系數(shù)影響不大。溫度，8090100110120*130*n0.1250.1030.1080.1050.1130.118k，pa.sn38.432.431.831.530.628.3相關(guān)系數(shù)0.96360.97320.98450.98230.99120.9765壓裂液的流變參數(shù)【注】* 主劑0.6% + kcl2% + 輔

21、劑0.3%04080120160200t in min101001000e ta in m p a s0100200300400500600700800900g p in 1 /s ,t in chaake rheowin 4.30.0011 0.65%apcf-1+0.33%apcf-b+0.45%pacf-c+1%apcf-d(150c,20111227)eta = f (t)gp = f (t)t = f (t)7、降摩阻性能突出、降摩阻性能突出 apcf體系具有特殊的高分子結(jié)構(gòu)，降摩阻性能突出，可以作為降摩阻劑使用。經(jīng)最新測試，比胍膠體系減阻30%，比清水減阻76%。有利于大排量壓裂。

22、減阻原理：減阻原理：p屬于高分子表面活性劑，類似滑溜水；p可逆交聯(lián)的粘彈性結(jié)構(gòu)改變管流中的流型，降低摩阻；p可逆交聯(lián)在高速流動中可滑動分離，與胍膠交聯(lián)體在流動中的牽扯阻力相比，流動阻力小。8、其他水力壓裂性能表現(xiàn)好、其他水力壓裂性能表現(xiàn)好p 表面張力低（常溫下 25.24 mn/m）p 界面張力低（常溫下 0.35 mn/m） 對于氣井，可以采用專用降水鎖劑、助排劑、破乳劑等，有效避免水鎖等影響返排的因素。 由于破膠后界面張力低，且無殘?jiān)蚨蹬怕矢?，一般達(dá)到60%以上，甚至有達(dá)到98%的實(shí)例。采用常規(guī)破膠劑（如過硫酸銨）可徹底破膠，破膠液粘度低于2mpa.s。no溫度溫度apcf-1%ap

23、cf-b%apcf-c%kcl%破膠破膠條件條件12小時小時3小時小時125-400.30.15過硫酸銨 0.250.2% + 三乙醇胺0.05%過硫酸銨 0.30.25% + 三乙醇胺0.05%340-1000.30.350.15180.5過硫酸銨 0.010.005%過硫酸銨 0.080.02%6100-1500.350.650.180.330.050.151過硫酸銨 0.10.15%過硫酸銨 0.150.25%靜態(tài)破膠實(shí)驗(yàn)靜態(tài)破膠實(shí)驗(yàn) 破膠劑加量破膠劑加量 （破膠溫度（破膠溫度65）300ppm400ppm600ppm800ppm1000ppm破膠時間160分鐘完全破膠120分鐘完全破膠

24、90分鐘完全破膠60分鐘完全破膠30分鐘完全破膠apcf體系的四點(diǎn)突出技術(shù)優(yōu)勢：體系的四點(diǎn)突出技術(shù)優(yōu)勢：p 對儲層低傷害對儲層低傷害 p 低粘度具有超強(qiáng)攜砂能力、低摩阻低粘度具有超強(qiáng)攜砂能力、低摩阻p 超快速溶，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線配液超快速溶，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線配液p 環(huán)境友好，無重金屬污染環(huán)境友好，無重金屬污染apcf體系與傳統(tǒng)壓裂液性能對比表體系與傳統(tǒng)壓裂液性能對比表對比指標(biāo)對比指標(biāo)胍膠胍膠體系體系ves體系體系apcf體系體系1液體類型交聯(lián)粘彈性，無交聯(lián)粘彈性，可逆交聯(lián)2適應(yīng)溫度范圍 ()5012030100251803耐鹽性好好好4增稠劑用量 (50-100)0.350.60%215%0.25

25、0.35%5抗剪切性能差好優(yōu)異6懸浮能力一般差優(yōu)異7降摩阻率2535%6070%7076%8 巖心傷害率3060%813%612%9造縫能力強(qiáng)差中強(qiáng)10初濾失量小大11表面張力 (mn/m) 2824.825.1412界面張力 (mn/m) 2.00.750.3513破膠后粘度（mpa.s） 5 3 3 14破膠后殘?jiān)?(%)10-200.10.115返排率 （%）20-506090609016配液組分和工藝復(fù)雜復(fù)雜簡單17 防腐防凍要求有無無18壓裂液成本中高低材料名稱材料名稱型號型號不同溫度段建議用量，不同溫度段建議用量，%說明說明低溫區(qū)低溫區(qū)2550中溫區(qū)中溫區(qū)50100高溫區(qū)高溫區(qū)10

26、0150抗溫抗鹽聚合物清潔壓裂液增稠劑apcf-10.300.300.400.400.70粉劑可逆交聯(lián)劑(流變助劑)apcf-b0.150.150.200.200.35液體耐溫助劑apcf-c0.050.15粉劑破膠劑過硫酸銨0.20-0.25（+0.05三乙醇胺）0.020.080.100.20（膠囊）基液初始粘度，mpa.s305030604080在常溫下測定170s-1剪切120min后粘度，mpa.s302520在使用溫度下測定主要配制材料及用量表主要配制材料及用量表（清水配制、不同測試溫度下的建議用量）：（清水配制、不同測試溫度下的建議用量）：1、大力推廣聚合物清潔壓裂液體系2、可逆

27、交聯(lián)劑的多重交聯(lián)與延遲交聯(lián)技術(shù)3、速溶與連續(xù)配液技術(shù) 聚合物粉劑速溶與在線配液技術(shù) 聚合物液態(tài)化及速溶與在線配液技術(shù) 大排量無儲連續(xù)配液施工技術(shù)1、大力推廣聚合物清潔壓裂液體系p 清潔低傷害，無毒無污染；p 配液簡便，對水適應(yīng)力強(qiáng)；p 性價比高，替代胍膠，優(yōu)于其他合成聚合物；p 成熟，且技術(shù)持續(xù)發(fā)展改進(jìn)，可以針對油藏特點(diǎn)設(shè)計(jì)和改進(jìn)壓裂液體系2、可逆交聯(lián)劑的多重交聯(lián)與延遲交聯(lián)技術(shù)020406080100t in min050100150200250300350400450500e ta in m p a s406080100120140160180200g p in 1 /s ,t in chaake rheowin 4.30.0011 0.82%apcf-1+0.19%apcf-b2+0.3%apcf-c+2%apcf-d(20120216,180c)eta = f (t)gp = f (t)t = f (t)180時，初始粘度 80120 mpa.s， 剪切90min，80120 mpa.s3、速溶與連續(xù)配液技術(shù) 聚合物粉劑速溶與在線配液技術(shù) 聚合物液態(tài)化及速溶與在線配液技術(shù) 大排量無儲連續(xù)配液施工技術(shù)簡便高效混配裝置簡便高效混配裝置u現(xiàn)場配液，自帶發(fā)電機(jī)u流量3m3/minu循環(huán)時間10minu配液速度：50m3/20