壓裂液體系發(fā)展和高溫壓裂液體系

1、 主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、壓裂液新進展一、壓裂液新進展（一）概述（一）概述（二）清潔壓裂液（二）清潔壓裂液 ( (三三) ) 低分子瓜膠壓裂液低分子瓜膠壓裂液二、高溫壓裂液研究二、高溫壓裂液研究三、壓裂液的傷害和對策三、壓裂液的傷害和對策油油 基基清清 水水植物膠植物膠合成聚合物合成聚合物泡泡 沫沫表面活性劑表面活性劑二氧化碳二氧化碳香豆膠香豆膠魔魔 芋芋瓜瓜 膠膠原粉原粉羥丙基羥丙基CMHPGCMHPG超級瓜膠超級瓜膠小分子小分子瓜膠占瓜膠占90%90%以上以上( (一一) ) 概述概述1 1、發(fā)展、發(fā)展歷程歷程乳化壓裂液乳化壓裂液2、壓裂液體系的特點與適應范圍、壓裂液體系的特點與適應范圍 油基

2、壓裂液油基壓裂液- -低壓、偏油潤濕、強水敏地層，適用溫度低，摩阻高，低壓、偏油潤濕、強水敏地層，適用溫度低，摩阻高，易燃燒不安全易燃燒不安全 水基壓裂液水基壓裂液- -除少數(shù)低壓、油潤濕、強水敏地層外，水基壓裂液技除少數(shù)低壓、油潤濕、強水敏地層外，水基壓裂液技術(shù)成熟，適用不同儲層和不同規(guī)模的壓裂改造，它的添加劑種類多，術(shù)成熟，適用不同儲層和不同規(guī)模的壓裂改造，它的添加劑種類多，貨源廣，選擇余地大貨源廣，選擇余地大 清潔壓裂液清潔壓裂液- -適合用水基壓裂液的地層，特別適合注水井增注壓裂適合用水基壓裂液的地層，特別適合注水井增注壓裂改造和薄互層控制縫高技術(shù)，適用溫度低，成本高改造和薄互層控制縫

3、高技術(shù)，適用溫度低，成本高 泡沫壓裂液泡沫壓裂液- -低壓、水敏和含氣地層低壓、水敏和含氣地層，適用溫度低，成本高，受設(shè)適用溫度低，成本高，受設(shè)備條件制約備條件制約 乳化壓裂液乳化壓裂液- -水敏、低壓地層，適用溫度低，摩阻高，成本高水敏、低壓地層，適用溫度低，摩阻高，成本高 醇基壓裂液醇基壓裂液- -水敏、低壓和低滲透地層，適用溫度低，成本高，易水敏、低壓和低滲透地層，適用溫度低，成本高，易燃燒不安全燃燒不安全 酸基壓裂液酸基壓裂液- -碳酸鹽地層的酸壓裂或含灰質(zhì)較多的砂巖地層的解堵碳酸鹽地層的酸壓裂或含灰質(zhì)較多的砂巖地層的解堵酸化，濾失大、摩阻高酸化，濾失大、摩阻高( (一一) ) 概述概

4、述壓裂液類型壓裂液類型導流能力保持率（導流能力保持率（% %）生物聚合物生物聚合物9595泡沫壓裂液泡沫壓裂液80-9080-90清潔壓裂液清潔壓裂液80-9580-95聚合物乳化液聚合物乳化液65-8565-85油基壓裂液（凝膠）油基壓裂液（凝膠）45-7045-70線性膠（不交聯(lián)）線性膠（不交聯(lián)）45-5545-55交聯(lián)水基凍膠交聯(lián)水基凍膠10-5010-503、不同壓裂液對支撐裂縫導流能力的保持率對比、不同壓裂液對支撐裂縫導流能力的保持率對比( (一一) ) 概述概述( (一一) ) 概述概述4、壓裂液的發(fā)展方向、壓裂液的發(fā)展方向大型壓裂使用：濃縮壓裂液濃縮壓裂液的特點和優(yōu)點( (一一)

5、 ) 概述概述主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、壓裂液新進展一、壓裂液新進展（一）概述（一）概述（二）清潔壓裂液（二）清潔壓裂液 ( (三三) ) 低分子瓜膠壓裂液低分子瓜膠壓裂液二、高溫壓裂液研究二、高溫壓裂液研究1、清潔壓裂液的研究與應用、清潔壓裂液的研究與應用 l19951995年年JPT“JPT“壓裂液的過去、現(xiàn)在與將來壓裂液的過去、現(xiàn)在與將來”，革命，革命l19971997年年M.M.SamuelM.M.Samuel提出了提出了“無聚合物壓裂液無聚合物壓裂液”l19991999年工程應用：年工程應用：8080、油氣藏、油氣藏、21002100口井口井l20012001年年F.F.CHangF.F.

6、CHang：VESVES用于高滲層酸化轉(zhuǎn)向技術(shù)用于高滲層酸化轉(zhuǎn)向技術(shù)l20022002年年S.DanietS.Daniet：新型：新型VESVES，113113，水平井壓裂，水平井壓裂l20032003年年NorbertNorbert：VESVES用于壓裂防砂用于壓裂防砂l(fā)VESVES粘彈性膠束壓裂液主要由長鏈脂肪酸衍生物季銨鹽粘彈性膠束壓裂液主要由長鏈脂肪酸衍生物季銨鹽表面活性劑組成。這種表面活性劑是一種具有粘彈性的表面活性劑組成。這種表面活性劑是一種具有粘彈性的小分子小分子, ,它的分子尺寸比瓜膠分子小它的分子尺寸比瓜膠分子小50005000倍的數(shù)量級倍的數(shù)量級, ,它它包括親水基和長鏈疏

7、水基包括親水基和長鏈疏水基, ,分子鏈上有正電荷端和負電分子鏈上有正電荷端和負電荷端荷端 。l粘彈性膠束壓裂液主要由表面活性劑和鹽組成。粘彈性膠束壓裂液主要由表面活性劑和鹽組成。 l球型膠束可轉(zhuǎn)化成蠕蟲狀或棒狀膠束，具有相互纏繞的球型膠束可轉(zhuǎn)化成蠕蟲狀或棒狀膠束，具有相互纏繞的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。l表現(xiàn)出復雜的流變性，如粘彈性、剪切變稀特性、觸變表現(xiàn)出復雜的流變性，如粘彈性、剪切變稀特性、觸變性、低粘高彈等特點。性、低粘高彈等特點。粘彈性表面活性劑結(jié)構(gòu)粘彈性表面活性劑結(jié)構(gòu) 清潔壓裂液的基本原理清潔壓裂液的基本原理 （二）清潔壓裂液（二）清潔壓裂液聚合物壓裂清潔壓裂液壓裂頁巖砂砂

8、體體頁巖2、水基壓裂液與清潔壓裂液造縫特性對比、水基壓裂液與清潔壓裂液造縫特性對比（二）清潔壓裂液（二）清潔壓裂液3、實例、實例NTX2100 清潔壓裂液的粘溫曲線（二）清潔壓裂液（二）清潔壓裂液低傷害低濾失易返排縫高易控制（二）清潔壓裂液（二）清潔壓裂液4、優(yōu)點、優(yōu)點5、缺點、缺點成本普遍比植物膠壓裂液成本高一倍以上耐溫在120以內(nèi)n應用應用“分子設(shè)計分子設(shè)計”與締合作用機理，與締合作用機理，近年開發(fā)的全新理論的新型壓裂液近年開發(fā)的全新理論的新型壓裂液體系，具有體系，具有“低粘高彈、無需破膠低粘高彈、無需破膠和回收再利用和回收再利用”等特點。等特點。n2001年年Halliburton公司公

9、司W(wǎng)eaver等人提出：新型粘彈性壓裂液技術(shù)等人提出：新型粘彈性壓裂液技術(shù)n2002年年Weaver等人提出：無需等人提出：無需破膠劑的新型壓裂液技術(shù)破膠劑的新型壓裂液技術(shù)n2002年年G.COX等人提出：使用低等人提出：使用低分子壓裂液提高單井產(chǎn)量分子壓裂液提高單井產(chǎn)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爾膠壓裂液收再利用的低分子瓜爾膠壓裂液n2004年長慶油田和廊坊分院開始年長慶油田和廊坊分院開始研究研究（三）低分子瓜膠壓裂液（三）低分子瓜膠壓裂液1、基本原理、基本原理壓裂液類型壓裂液類型濃度濃度%粘度粘度(mPa.s) LMF新型壓裂液新型壓裂液0.

10、307.780.3512.0 常規(guī)胍膠壓裂液常規(guī)胍膠壓裂液0.3027.00.3536.0 低分子瓜膠壓裂液和常規(guī)壓裂液相比，粘度低。低分子瓜膠壓裂液和常規(guī)壓裂液相比，粘度低。溫度30 剪切速率170 S-1（三）低分子瓜膠壓裂液（三）低分子瓜膠壓裂液2、基液性能、基液性能 3、粘溫曲線、粘溫曲線（三）低分子瓜膠壓裂液（三）低分子瓜膠壓裂液050100150200250300010203040506070時間（min)粘度（mPa.s)01020304050607080V-tT-tu短鏈分子、化學離子和短鏈分子、化學離子和pHpH值實現(xiàn)壓裂液分子締合與破膠，無值實現(xiàn)壓裂液分子締合與破膠，無需其

11、它壓裂液化學破膠添加劑，需其它壓裂液化學破膠添加劑，不再需要破膠劑，易返排；不再需要破膠劑，易返排；u極好的液體濾失控制，濾液滲入的深度最小，易清理；極好的液體濾失控制，濾液滲入的深度最小，易清理；u不破壞支撐劑充填層，保留很高的裂縫導流能力；不破壞支撐劑充填層，保留很高的裂縫導流能力；u液體液體配制簡便，可回收再利用，降低成本，減少污染，在配制簡便，可回收再利用，降低成本，減少污染，在中中低溫儲層低溫儲層具有很好的應用前景。具有很好的應用前景。（三）低分子瓜膠壓裂液（三）低分子瓜膠壓裂液4、優(yōu)點、優(yōu)點5、缺點、缺點使用溫度100 交聯(lián)劑使用濃度高回收重復使用困難主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、壓裂液新進

12、展一、壓裂液新進展（一）概述（一）概述（二）清潔壓裂液（二）清潔壓裂液 ( (三三) ) 低分子瓜膠壓裂液低分子瓜膠壓裂液二、高溫壓裂液研究二、高溫壓裂液研究三、壓裂液的傷害和對策三、壓裂液的傷害和對策高溫高壓地層壓裂的對策高溫高壓地層壓裂的對策酸浸泡增加吸液能力，降低破裂壓力增加前置液比例降低地層溫度壓裂液體系實現(xiàn)三變 后期降低瓜膠濃度，降低摩阻，有利于破膠 （配制兩種濃度的壓裂液） 逐漸降低交聯(lián)劑濃度，降低摩阻，有利于破膠 逐漸加大破膠劑濃度，有利于破膠返排使用加重壓裂液（可達1.7g/cm3)提高壓裂液的耐溫性能影響壓裂液穩(wěn)定性的因素分析 高溫環(huán)境中，影響壓裂液凍膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)高溫環(huán)境中，

13、影響壓裂液凍膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的兩個主要因素定性的兩個主要因素:聚合物主鏈的穩(wěn)定性交聯(lián)官能團的穩(wěn)定性高溫壓裂液的研究方向u以瓜膠為基礎(chǔ)，對瓜膠改性以瓜膠為基礎(chǔ)，對瓜膠改性u研發(fā)高溫交聯(lián)劑研發(fā)高溫交聯(lián)劑u優(yōu)化溫度穩(wěn)定劑優(yōu)化溫度穩(wěn)定劑瓜膠瓜膠原粉羥丙基瓜膠羧甲基瓜膠羧甲基羥丙基瓜膠提高壓裂液的耐溫性能的措施1、瓜膠改性、瓜膠改性瓜膠原粉結(jié)構(gòu) 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 羥丙基瓜爾膠結(jié)構(gòu)大分子瓜膠（比普通高30%）羥丙基的取代作用使羥丙

14、基的取代作用使HPGHPG在高在高溫下比胍膠更穩(wěn)定，提高了溫下比胍膠更穩(wěn)定，提高了HPGHPG的耐溫性能。的耐溫性能。瓜膠原粉羥丙基瓜膠羧甲基瓜膠羧甲基羥丙基瓜膠提高壓裂液的耐溫性能的措施1、瓜膠改性、瓜膠改性大分子瓜膠羧甲基的引入使羧甲基的引入使CMHPGCMHPG與鋯與鋯等金屬離子發(fā)生交聯(lián)，提高耐等金屬離子發(fā)生交聯(lián)，提高耐溫性溫性（比普通高30%）分子量增大，耐溫性增強分子量增大，耐溫性增強瓜膠技術(shù)發(fā)展年代使用濃度備 注10-15年前4.8Kg/m36-10年前3.6Kg/m32-3年前2.4Kg/m3現(xiàn) 在1.8Kg/m3分子量比普通瓜膠高30%壓裂液交聯(lián)是交聯(lián)離子壓裂液交聯(lián)是交聯(lián)離子與

15、半乳甘露聚糖分子鏈與半乳甘露聚糖分子鏈上的順式臨位羥基通過上的順式臨位羥基通過共價鍵的作用，形成較共價鍵的作用，形成較強的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。強的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。硼交聯(lián)鋯交聯(lián)提高壓裂液的耐溫性能的措施2、交聯(lián)劑、交聯(lián)劑80年代年代 有機鈦有機鈦(鋯鋯)交聯(lián)劑交聯(lián)劑 耐溫耐溫150 ，具有較好的延緩交聯(lián)能力，破膠困難，傷害大，具有較好的延緩交聯(lián)能力，破膠困難，傷害大。90年代后年代后 有機硼交聯(lián)劑有機硼交聯(lián)劑 國外耐溫國外耐溫150 ，國內(nèi)耐溫，國內(nèi)耐溫140 ，延緩交聯(lián)時間最長，延緩交聯(lián)時間最長3min。 有機硼鋯交聯(lián)劑有機硼鋯交聯(lián)劑 文獻報道，國內(nèi)文獻報道，國內(nèi)2003年研制，年研制， 靜態(tài)條件下耐

16、溫靜態(tài)條件下耐溫160 ，粘度大于，粘度大于80mpa.s。 有機鈦交聯(lián)劑有機鈦交聯(lián)劑 大慶應用，耐溫大慶應用，耐溫170，2小時小時,粘度大于粘度大于100mpa.s，破膠較難。，破膠較難。提高壓裂液的耐溫性能的措施2、交聯(lián)劑、交聯(lián)劑提高壓裂液的耐溫性能的措施3、除氧劑、除氧劑高溫下壓裂液粘度下降是多種機理引起的，比較常見的機理是氧的存在加劇壓裂液降解的速度，因此抗高溫穩(wěn)定劑往往和除氧有關(guān)。通過分解聚合物氧化初期形成的過氧化物，終止自由基鏈式反應。 氧分子的存在形態(tài)氧分子的存在形態(tài) 基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) OO+GH HOO+G G+OO G OO OOH+GH G+ H OO H G+H

17、2O GH+O H雙自由基雙自由基OOOO瓜爾膠主鏈降解過程瓜爾膠主鏈降解過程雙自由基雙自由基OOOO是是聚聚合物降解的引發(fā)劑合物降解的引發(fā)劑提高壓裂液的耐溫性能的措施3、除氧劑、除氧劑 硫代硫酸鈉：還原劑，是目前高分子聚合物使用最廣泛的穩(wěn)定劑。硫代硫酸鈉：還原劑，是目前高分子聚合物使用最廣泛的穩(wěn)定劑。 但也有文獻證明，硫代硫酸根離子在室溫下不是一種有效的除氧劑但也有文獻證明，硫代硫酸根離子在室溫下不是一種有效的除氧劑。 亞硫酸鈉：比硫代硫酸鈉更有效的除氧劑，亞硫酸鈉在一定濃度時，對亞硫酸鈉：比硫代硫酸鈉更有效的除氧劑，亞硫酸鈉在一定濃度時，對氧的消耗速率很快。氧的消耗速率很快。 亞硫酸鹽與氧

18、分子相互作用產(chǎn)生的產(chǎn)物或中間基團可能造成液體粘度亞硫酸鹽與氧分子相互作用產(chǎn)生的產(chǎn)物或中間基團可能造成液體粘度有一定的損失。有一定的損失。 異抗壞血酸鈉：能快速有效地除氧。在水溶液中，異抗壞血酸鈉作用異抗壞血酸鈉：能快速有效地除氧。在水溶液中，異抗壞血酸鈉作用2小時后，殘余氧含量小于小時后，殘余氧含量小于5ppm。 異抗壞血酸根離子和氧反應生成酸，在作用異抗壞血酸根離子和氧反應生成酸，在作用2 2小時后，體系小時后，體系pHpH值從值從10 10降降到到7.57.5，使壓裂液凍膠體系發(fā)生酸降解，使壓裂液凍膠體系發(fā)生酸降解 。提高壓裂液的耐溫性能的措施4、pH值值 硼系交聯(lián)劑由于需要較高pH值（高

19、溫時12)。高pH不利于聚合物的穩(wěn)定。因此，在不采用固體緩釋技術(shù)時，硼交聯(lián)的HPG最高使用到160 。進一步提高壓裂液使用溫度，需要更溫和的PH交聯(lián)范圍。此時，鈦、鋯交聯(lián)劑具有較大優(yōu)勢。高溫壓裂液研發(fā)瓜膠：羥丙基瓜膠ZB-2交聯(lián)劑：有機硼鋯高溫交聯(lián)劑DO-3溫度穩(wěn)定劑：優(yōu)選ZB-2交聯(lián)劑的理化性能n外觀：棕黃色透明液體，無沉淀和懸浮物n密度：1.181.30g/cm3n溶解性：與水互溶n交聯(lián)時間：15分鐘n交聯(lián)植物膠，粘彈性強，GGn適用地層溫度范圍：801600.6%HPG+0.7%ZB-2高溫交聯(lián)劑+0.5%DO-3溫度穩(wěn)定劑+高溫壓裂液的耐溫耐剪切性能基液粘度93mPa.sPH值:11交

20、聯(lián)：186S0.6%HPG+0.75%ZB-2高溫交聯(lián)劑+0.5%DO-3溫度穩(wěn)定劑+高溫壓裂液的耐溫耐剪切性能高溫壓裂液破膠性能APS濃度破膠液粘度，mPa.s1.0h2.0h3.0h4.0h6.0h8.0h16h0.005/60.010/變稀90.015/變稀6根據(jù)溫度場變化，追加破膠劑，可實現(xiàn)徹底破膠高溫壓裂液的濾失性能（160160，3.5MPa3.5MPa）靜態(tài)濾失系數(shù)靜態(tài)濾失系數(shù)10-4m/min0.5靜態(tài)初濾失量靜態(tài)初濾失量m3/m24.270.028主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、壓裂液新進展一、壓裂液新進展（一）概述（一）概述（二）清潔壓裂液（二）清潔壓裂液 ( (三三) ) 低分子瓜膠

21、壓裂液低分子瓜膠壓裂液二、高溫壓裂液研究二、高溫壓裂液研究三、壓裂液的傷害和對策三、壓裂液的傷害和對策主要內(nèi)容主要內(nèi)容三、壓裂液的傷害和對策三、壓裂液的傷害和對策（一）降低水不溶物（一）降低水不溶物（二）降低殘渣（二）降低殘渣 ( (三三) ) 提高壓裂液的表面活性提高壓裂液的表面活性（一）降低水不溶物 稠化劑名稱含水量（%）水不溶物含量（%）1%溶液粘度（30, 170S-1, mPas)香豆膠4.59.06.013.0160210田菁膠8.014.020.035.0120160瓜爾膠（巴基斯坦）9.520.0309羥丙基田菁膠6.011.07.516.0100160羥丙基瓜膠（國內(nèi)加工）7

22、.012.08.015.0170280羥丙基瓜膠WG11(美國）8.24.4297措施：提高改性的工藝技術(shù)，昆山超級瓜膠低于2%1、降低瓜膠使用濃度、降低瓜膠使用濃度壓裂液對裂縫的傷害主要來自稠化劑的殘渣或水不溶物。壓裂液對裂縫的傷害主要來自稠化劑的殘渣或水不溶物。降低稠化劑的用量也就降低了殘渣總量。降低稠化劑的用量也就降低了殘渣總量。（二）降低殘渣壓裂液殘渣壓裂液殘渣對支撐裂縫的損害對支撐裂縫的損害對巖心基質(zhì)的損害對巖心基質(zhì)的損害2、現(xiàn)場混配，壓后盡快快排、現(xiàn)場混配，壓后盡快快排 減少壓裂液配液后的放置時間，施工結(jié)束后盡可能快排，減少壓裂液配液后的放置時間，施工結(jié)束后盡可能快排，防止殘渣之間

23、聚結(jié)。防止殘渣之間聚結(jié)。（二）降低殘渣（二）降低殘渣3、盡量選用硼交聯(lián)劑、盡量選用硼交聯(lián)劑 減阻降濾破膠防支撐劑回流改善支撐劑分布可降解纖維的功能 （長10mm，直徑10m）纖維對支撐劑纖維對支撐劑的穩(wěn)定機理的穩(wěn)定機理 4、一種既具有穩(wěn)定支撐裂縫又能降低壓裂液、一種既具有穩(wěn)定支撐裂縫又能降低壓裂液傷害的可降解聚有機酸酯纖維傷害的可降解聚有機酸酯纖維（二）降低殘渣體系：2%KCl+0.2%JX-01助排劑+0.1%1227殺菌劑+0.1%NaOH+0.5%TCB-1有機硼交聯(lián)劑（未加入瓜膠和破膠劑）水解后降低pH的性能測試4 4、聚有機酸酯纖維、聚有機酸酯纖維8080下降解引起下降解引起pHpH

24、值變化值變化時間可降解纖維加入比例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時間（hr）可降解纖維加入比例（%）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值變化值變化0.45%HPG+