羅平亞--新型清潔壓裂液原理及應(yīng)用

1、1新型清潔壓裂液原理及應(yīng)用新型清潔壓裂液原理及應(yīng)用( (新型無(wú)殘?jiān)鼔毫岩盒滦蜔o(wú)殘?jiān)鼔毫岩? )( (羅平亞羅平亞) )西南石油大學(xué)西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室油氣藏地質(zhì)與開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2清潔壓裂液： 水基壓裂液破膠后無(wú)不溶物（殘?jiān)┗虿蝗芪飿O低（測(cè)不出）的壓裂液 (又稱無(wú)殘?jiān)鼔毫岩海?。3 目前所有的水基壓裂液毫無(wú)例外的都有殘?jiān)?這些殘?jiān)厝粫?huì)對(duì)地層及充填層造成嚴(yán)重堵塞使其滲透率大幅度下降(其累計(jì)損害可達(dá)90%以上),從而大大降低壓裂的效果,(對(duì)于低壓、低滲油氣層尤其突出,常常會(huì)造成壓裂完全失效) 因此在目前油氣田開(kāi)發(fā)對(duì)壓裂效果要來(lái)愈來(lái)愈高的形勢(shì)下,消除殘?jiān)捌鋫?/p>

2、成為當(dāng)今壓裂界共同關(guān)心的急待解決的重大技術(shù)難題。也是本行業(yè)的前沿課題一清潔壓裂液及其應(yīng)用術(shù)。4一一,清潔壓裂液國(guó)內(nèi)、外清潔壓裂液國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀現(xiàn)狀5 據(jù)報(bào)道，據(jù)報(bào)道，19971997年以來(lái)年以來(lái), ,目前國(guó)外在全球范圍內(nèi)采用清目前國(guó)外在全球范圍內(nèi)采用清潔壓裂液進(jìn)行的壓裂作業(yè)已經(jīng)超過(guò)潔壓裂液進(jìn)行的壓裂作業(yè)已經(jīng)超過(guò)21002100多井次。該壓裂多井次。該壓裂液體系最早在美國(guó)的墨西哥灣的壓裂充填作業(yè)中使用，液體系最早在美國(guó)的墨西哥灣的壓裂充填作業(yè)中使用，其效果比用常規(guī)壓裂液作業(yè)的油井效果好。其效果比用常規(guī)壓裂液作業(yè)的油井效果好。后來(lái)，加拿后來(lái)，加拿大、美國(guó)、意大利、墨西哥灣的眾多油田的常規(guī)壓裂施大、美

3、國(guó)、意大利、墨西哥灣的眾多油田的常規(guī)壓裂施工中廣泛應(yīng)用，取得了良好效果。工中廣泛應(yīng)用，取得了良好效果。該壓裂液配制容易，該壓裂液配制容易，施工簡(jiǎn)單，摩阻小，攜砂能力強(qiáng)，施工效果良好施工簡(jiǎn)單，摩阻小，攜砂能力強(qiáng)，施工效果良好。 這類(lèi)清潔壓裂液采用這類(lèi)清潔壓裂液采用特種表面活性劑作特種表面活性劑作“稠化劑稠化劑”，在此表面活性劑溶液中當(dāng)在此表面活性劑溶液中當(dāng)濃度較高時(shí)形成類(lèi)似于交聯(lián)聚濃度較高時(shí)形成類(lèi)似于交聯(lián)聚合物一樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，合物一樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使溶液具有必要的粘度和粘彈性。使溶液具有必要的粘度和粘彈性。將這些特種表面活性劑稱為將這些特種表面活性劑稱為粘彈性表面活性劑，簡(jiǎn)稱粘彈性表面活性劑，簡(jiǎn)稱

4、“VESVES”（ViscoelasticViscoelastic surfactant surfactant）。）。 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r: :6 由由Schlumberger Schlumberger 公司開(kāi)發(fā)的清潔壓裂液，其商品名公司開(kāi)發(fā)的清潔壓裂液，其商品名ClearFracClearFrac。就是典型的就是典型的VESVES，其分子在水中一定條件下，其分子在水中一定條件下形成棒狀結(jié)構(gòu)的膠束，長(zhǎng)棒狀膠束之間高度形成棒狀結(jié)構(gòu)的膠束，長(zhǎng)棒狀膠束之間高度“纏結(jié)纏結(jié)” ” ，形成類(lèi)似于交聯(lián)的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有粘彈效應(yīng)和高形成類(lèi)似于交聯(lián)的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有粘彈效應(yīng)和高的有效粘度，使液體具

5、備優(yōu)良的懸砂和攜帶性能。的有效粘度，使液體具備優(yōu)良的懸砂和攜帶性能。 含有含有VESVES表面活性劑溶液表面活性劑溶液可以具有高粘度和粘彈性可以具有高粘度和粘彈性，能能將其用作將其用作壓裂液懸浮支撐劑壓裂液懸浮支撐劑。當(dāng)。當(dāng)VESVES壓裂液進(jìn)入含油的壓裂液進(jìn)入含油的巖芯或地層以后，巖芯或地層以后，親油的有機(jī)物將被增溶到膠束中親油的有機(jī)物將被增溶到膠束中，使，使棒狀膠束膨脹，最終崩解成較小的球形膠束，棒狀膠束膨脹，最終崩解成較小的球形膠束，VESVES凝膠破凝膠破解，變成粘度很低的水溶液。碳?xì)浠衔锶缬秃蜌庥羞@解，變成粘度很低的水溶液。碳?xì)浠衔锶缬秃蜌庥羞@種作用，將迅速地減少種作用，將迅速地

6、減少VESVES液體的粘度到最低水平。所以，液體的粘度到最低水平。所以，這種體系不需要另加破膠劑這種體系不需要另加破膠劑 7 McBain小膠團(tuán)（小膠團(tuán)（C C CMCCMC） Hartley的球形膠束（的球形膠束（C C CMCCMC） Debye的臘腸式棒狀膠束的臘腸式棒狀膠束（C C 10CMC10CMC） 棒狀膠團(tuán)六角束棒狀膠團(tuán)六角束 （C繼續(xù)增大）繼續(xù)增大）8 VESVES溶液無(wú)殘?jiān)芤簾o(wú)殘?jiān)? (測(cè)不出測(cè)不出),),填砂管試驗(yàn)填砂管試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，VESVES壓裂液攜砂充填層的滲透率的保壓裂液攜砂充填層的滲透率的保留率大于留率大于90%90%，比使用胍爾膠壓裂液時(shí)充填比使用胍爾膠壓

7、裂液時(shí)充填層的滲透率的保留率（層的滲透率的保留率（ 20 20 ）大得多）大得多, ,壓裂效果也好得多壓裂效果也好得多 , ,達(dá)到清潔壓裂液要求。達(dá)到清潔壓裂液要求。 9存在問(wèn)題存在問(wèn)題: : 1, 1,需研制、開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)特殊的表面活性劑需研制、開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)特殊的表面活性劑; ; 2, 2,用量大用量大(3(3一一4 % )4 % ), ,且很難減小且很難減小; ; 3, 3,成本高成本高( (每方每方25002500一一40004000元以上元以上) ), ,且極難降低；且極難降低； 4, 4,目前抗溫能力還不夠（據(jù)報(bào)道低于目前抗溫能力還不夠（據(jù)報(bào)道低于116 116 C C ）; ;且難且難以提

8、高。以提高。 5, 5,破膠不太好控制破膠不太好控制;(;(特別是氣層特別是氣層) ) 。 6, 6,初濾失速度大初濾失速度大; ;應(yīng)考慮加降濾失劑應(yīng)考慮加降濾失劑 10國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀： 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)慶油田、大慶油田國(guó)內(nèi)長(zhǎng)慶油田、大慶油田, ,克拉瑪依油田和四川氣田克拉瑪依油田和四川氣田先先后后引進(jìn)引進(jìn)Schlumberger Schlumberger 公司開(kāi)發(fā)的清潔壓裂液技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的清潔壓裂液技術(shù)，進(jìn)行了數(shù)，進(jìn)行了數(shù)十井次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，均取得了工藝上的成功和很好的增油效果十井次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，均取得了工藝上的成功和很好的增油效果 在國(guó)內(nèi)在國(guó)內(nèi)自行研制與研究也在很多油田普遍開(kāi)展并取得一定的自

9、行研制與研究也在很多油田普遍開(kāi)展并取得一定的進(jìn)展進(jìn)展: :如如 萬(wàn)莊分院研制出了萬(wàn)莊分院研制出了VES-70VES-70型粘彈性清潔壓裂液體系型粘彈性清潔壓裂液體系。 該清潔壓裂液完成了該清潔壓裂液完成了2020多井次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果良好例如在某油多井次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果良好例如在某油田是鄰井使用常規(guī)水基壓裂液壓裂井產(chǎn)量的田是鄰井使用常規(guī)水基壓裂液壓裂井產(chǎn)量的2 23 3倍。證實(shí)了它倍。證實(shí)了它配制簡(jiǎn)便、低粘度、高彈性和良好的剪切穩(wěn)定性、攜砂能力強(qiáng)、配制簡(jiǎn)便、低粘度、高彈性和良好的剪切穩(wěn)定性、攜砂能力強(qiáng)、減阻效果良好（減阻率達(dá)到減阻效果良好（減阻率達(dá)到7676）、破膠徹底、無(wú)殘?jiān)?、返排）、破膠徹底、無(wú)殘

10、渣、返排快，改善了增產(chǎn)效果?？欤纳屏嗽霎a(chǎn)效果。顯示出清潔壓裂液的巨大優(yōu)勢(shì)。顯示出清潔壓裂液的巨大優(yōu)勢(shì)。11 綜上所述綜上所述: 目前國(guó)內(nèi)研究起步不久，正在沿著國(guó)目前國(guó)內(nèi)研究起步不久，正在沿著國(guó)外的技術(shù)思路進(jìn)行；而國(guó)外主要仍以外的技術(shù)思路進(jìn)行；而國(guó)外主要仍以VESVES特種表活劑在較高濃度下形成棒狀、片特種表活劑在較高濃度下形成棒狀、片狀狀膠束進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)的原理為主。即膠束進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)的原理為主。即以研制開(kāi)發(fā)這類(lèi)特種表活劑為主，但仍以研制開(kāi)發(fā)這類(lèi)特種表活劑為主，但仍然無(wú)法解決與國(guó)外清潔壓裂液相同的難然無(wú)法解決與國(guó)外清潔壓裂液相同的難題。因此在題。因此在 “熱過(guò)熱過(guò)”一段時(shí)間后目前處一段時(shí)間后目

11、前處于仃滯階段。于仃滯階段。12小結(jié)小結(jié): : 目前它己見(jiàn)目前它己見(jiàn)成效成效; ;但難以有突破性進(jìn)展但難以有突破性進(jìn)展: : 清潔壓裂液的材料清潔壓裂液的材料(VES)(VES)、體系、施工技、體系、施工技術(shù)、基本成功術(shù)、基本成功, ,應(yīng)用效果也很好應(yīng)用效果也很好; ; 成本太高難以承受成本太高難以承受. .無(wú)法推廣應(yīng)用無(wú)法推廣應(yīng)用; ; 抗溫能力難提高抗溫能力難提高( (難超過(guò)難超過(guò)120,120,據(jù)報(bào)道國(guó)據(jù)報(bào)道國(guó)外實(shí)驗(yàn)室己有外實(shí)驗(yàn)室己有150150的樣品的樣品).). 所以目前這項(xiàng)人們期待己久所以目前這項(xiàng)人們期待己久, ,又確有良好效果又確有良好效果的的革命性革命性新技術(shù)在國(guó)外推廣并不迅速

12、新技術(shù)在國(guó)外推廣并不迅速; ;國(guó)內(nèi)基國(guó)內(nèi)基本仃滯本仃滯; ;因此除繼續(xù)沿著因此除繼續(xù)沿著VESVES思路深入研究以盡量解決思路深入研究以盡量解決現(xiàn)有難題現(xiàn)有難題, ,爭(zhēng)取有所突破外爭(zhēng)取有所突破外, ,還必須還必須另劈溪徑另劈溪徑, ,探索新的思路探索新的思路, ,建立新的理論、研制開(kāi)發(fā)出新建立新的理論、研制開(kāi)發(fā)出新的增稠劑、研究出新的清潔壓裂液體系及其應(yīng)的增稠劑、研究出新的清潔壓裂液體系及其應(yīng)用技術(shù)用技術(shù)。13 二二,新型新型清潔清潔(無(wú)殘?jiān)鼰o(wú)殘?jiān)?壓裂液壓裂液 (非非VES 類(lèi)型類(lèi)型)研究研究14 主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容: 研究出清潔壓裂液的一種研究出清潔壓裂液的一種新原理新原理; (2)

13、按按它它設(shè)計(jì)、研制、開(kāi)發(fā)出設(shè)計(jì)、研制、開(kāi)發(fā)出一系列一系列適用于適用于各類(lèi)地層條件各類(lèi)地層條件,各類(lèi)壓裂作業(yè)要求的清潔壓裂各類(lèi)壓裂作業(yè)要求的清潔壓裂液液增稠劑及壓裂液體系及應(yīng)用技術(shù)。增稠劑及壓裂液體系及應(yīng)用技術(shù)。15,新型新型清潔壓裂液原理清潔壓裂液原理清潔壓裂液清潔壓裂液： 水基壓裂液破膠后無(wú)不溶物水基壓裂液破膠后無(wú)不溶物（殘?jiān)┗虿蝗芪飿O低（測(cè)不出）（殘?jiān)┗虿蝗芪飿O低（測(cè)不出）的壓裂液的壓裂液 ( (又稱又稱無(wú)殘?jiān)鼔毫岩海o(wú)殘?jiān)鼔毫岩海? ,它是一種它是一種不須交聯(lián)不須交聯(lián)的的結(jié)構(gòu)性水溶結(jié)構(gòu)性水溶液液。 16 1,1,為什么現(xiàn)用水基壓裂液總為什么現(xiàn)用水基壓裂液總有殘?jiān)赜袣堅(jiān)? ? -(

14、 -(現(xiàn)用水基壓裂液殘?jiān)F(xiàn)用水基壓裂液殘?jiān)膩?lái)源及必然性的來(lái)源及必然性):):17壓裂液的基本功能之一是將支撐劑壓裂液的基本功能之一是將支撐劑由井筒經(jīng)孔眼攜帶到裂縫前沿指定由井筒經(jīng)孔眼攜帶到裂縫前沿指定位置，因此壓裂液的位置，因此壓裂液的懸浮和攜帶懸浮和攜帶(壓壓裂砂的裂砂的)能力是其基本要求能力是其基本要求，這就要這就要求它必須具有必要的求它必須具有必要的”有效粘度有效粘度”。18水基壓裂液是依靠水溶性高分子水基壓裂液是依靠水溶性高分子(天然高分子、天然高分子、改性高分子、合成高分子改性高分子、合成高分子)來(lái)建立其必要的有效來(lái)建立其必要的有效粘度粘度。但由于其分子結(jié)構(gòu)但由于其分子結(jié)構(gòu)(分子量

15、、線型分子鏈分子量、線型分子鏈)決定決定了它在高溫、高礦化度油藏條件下很難了它在高溫、高礦化度油藏條件下很難(無(wú)法無(wú)法)具具有所需的有效粘度，因此被迫有所需的有效粘度，因此被迫采用交聯(lián)的辦法采用交聯(lián)的辦法來(lái)來(lái)提高有效粘度以達(dá)到攜砂的要求。所以提高有效粘度以達(dá)到攜砂的要求。所以交聯(lián)技術(shù)交聯(lián)技術(shù)是壓裂液技術(shù)的基礎(chǔ)和必要條件是壓裂液技術(shù)的基礎(chǔ)和必要條件,也是它發(fā)展的重也是它發(fā)展的重要內(nèi)容和方向。要內(nèi)容和方向。19常用水溶性高分子常用水溶性高分子: : , ,合成高聚物合成高聚物( (如如HPAM):HPAM):其自身不溶物可其自身不溶物可以作得很低以作得很低(0.2(0.2) ); ;但其分子結(jié)構(gòu)比

16、較簡(jiǎn)單，但其分子結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，能發(fā)生交聯(lián)的官能團(tuán)少，不易發(fā)生交聯(lián)，進(jìn)行能發(fā)生交聯(lián)的官能團(tuán)少，不易發(fā)生交聯(lián)，進(jìn)行交聯(lián)所需技術(shù)復(fù)雜交聯(lián)所需技術(shù)復(fù)雜, ,所以采用不多；所以采用不多； , ,天然高分子及其改性產(chǎn)品天然高分子及其改性產(chǎn)品( (如各種改性如各種改性胍膠胍膠) ): :其組成復(fù)雜其組成復(fù)雜, ,能發(fā)生交聯(lián)的官能團(tuán)多、能發(fā)生交聯(lián)的官能團(tuán)多、易發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)故成為國(guó)內(nèi)外易發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)故成為國(guó)內(nèi)外壓裂液主要增稠壓裂液主要增稠劑。劑。但其本身含有較多的不溶物但其本身含有較多的不溶物(8%(8%10%)10%)因因此通過(guò)此通過(guò)化學(xué)改性降低其不溶物含量是壓裂液技化學(xué)改性降低其不溶物含量是壓裂液技術(shù)發(fā)展的

17、另一個(gè)重要內(nèi)容術(shù)發(fā)展的另一個(gè)重要內(nèi)容20 而殘?jiān)膩?lái)源有二：而殘?jiān)膩?lái)源有二： 壓裂液增稠劑本身的不溶物；壓裂液增稠劑本身的不溶物； 交聯(lián)作用產(chǎn)生的大量不溶物交聯(lián)作用產(chǎn)生的大量不溶物; ; 它們雖經(jīng)破膠也不能消除它們雖經(jīng)破膠也不能消除, ,而對(duì)地層的堵而對(duì)地層的堵塞損害和對(duì)支撐劑充填層的嚴(yán)重堵塞塞損害和對(duì)支撐劑充填層的嚴(yán)重堵塞可使其可使其滲透率下降滲透率下降8080一一90%90%以上，從而大大降低壓裂以上，從而大大降低壓裂的效果的效果( (甚致完全失效甚致完全失效) )，因此，因此消除殘?jiān)捌湎龤堅(jiān)捌鋫κ悄壳皦毫岩杭夹g(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。傷害是目前壓裂液技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。212,2,解決

18、此問(wèn)題的思路之一：解決此問(wèn)題的思路之一： , ,采用本身無(wú)采用本身無(wú)( (極少極少) )不溶物的水溶不溶物的水溶性增稠劑性增稠劑, ,使其水溶液中無(wú)不溶物或可以忽使其水溶液中無(wú)不溶物或可以忽略不計(jì)略不計(jì)( 10( 10ppmppm);); , ,同時(shí)同時(shí), ,不交聯(lián)就能使溶液不交聯(lián)就能使溶液”有效有效粘度粘度”達(dá)到壓裂施工的要求達(dá)到壓裂施工的要求( (關(guān)健關(guān)健) ) ( (這在原來(lái)作不到，但現(xiàn)在其它學(xué)科這在原來(lái)作不到，但現(xiàn)在其它學(xué)科的發(fā)展使它己成為可能的發(fā)展使它己成為可能).).223,有助于壓裂液技術(shù)有助于壓裂液技術(shù)(清潔壓清潔壓裂液裂液)發(fā)展的其它學(xué)科的新發(fā)展的其它學(xué)科的新進(jìn)展進(jìn)展23,大

19、幅度提高大幅度提高溶液有效粘度的新途陘：溶液有效粘度的新途陘：由現(xiàn)在由現(xiàn)在”溶液流變學(xué)溶液流變學(xué)”相關(guān)理論相關(guān)理論,溶液有效粘度的溶液有效粘度的構(gòu)成構(gòu)成: :. .聚合物分子鏈在溶液中的流體力學(xué)尺寸的大小。聚合物分子鏈在溶液中的流體力學(xué)尺寸的大小。( (它它隨溫度、礦化度的提高而急劇下降隨溫度、礦化度的提高而急劇下降) )；. .高分子鏈間非共價(jià)健力相互作用的強(qiáng)弱及其狀態(tài)。高分子鏈間非共價(jià)健力相互作用的強(qiáng)弱及其狀態(tài)。( (它隨溫度、礦化度上升或下降或下降不多或不下降或它隨溫度、礦化度上升或下降或下降不多或不下降或反而上升，可以調(diào)、控反而上升，可以調(diào)、控) )。, ,而溶液有效粘度等于這兩部份的

20、和而溶液有效粘度等于這兩部份的和, , 即：即： 有效粘度有效粘度= = 非結(jié)構(gòu)粘度非結(jié)構(gòu)粘度十十 結(jié)構(gòu)粘度結(jié)構(gòu)粘度 24 以前增粘原理以因素以前增粘原理以因素 為主為主, ,沒(méi)有能夠作到利用因沒(méi)有能夠作到利用因素素 ( (天然物質(zhì)也極少發(fā)現(xiàn)天然物質(zhì)也極少發(fā)現(xiàn)) )，故其體系增粘能力差、抗，故其體系增粘能力差、抗溫能力差、抗鹽能力差、抗剪切能力差，必須加大聚合溫能力差、抗鹽能力差、抗剪切能力差，必須加大聚合物用量和物用量和采用交聯(lián)。采用交聯(lián)。 近幾年在原有基礎(chǔ)上如何充分利用分子鏈間作用近幾年在原有基礎(chǔ)上如何充分利用分子鏈間作用( (即即十十) )來(lái)建立溶液粘度的理論和實(shí)踐問(wèn)題己經(jīng)解決。故來(lái)建立

21、溶液粘度的理論和實(shí)踐問(wèn)題己經(jīng)解決。故利用這些成果完全有可能使體系的有效粘度因此而大大利用這些成果完全有可能使體系的有效粘度因此而大大提高、抗溫、抗鹽、抗剪切能力也因此而大大增強(qiáng)。提高、抗溫、抗鹽、抗剪切能力也因此而大大增強(qiáng)。 所以完全有可能不交聯(lián)也能達(dá)到要求。所以完全有可能不交聯(lián)也能達(dá)到要求。25這種無(wú)需交聯(lián)其流變性就能達(dá)到要求的這種無(wú)需交聯(lián)其流變性就能達(dá)到要求的流體稱為流體稱為“結(jié)構(gòu)流體結(jié)構(gòu)流體”:常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)流體有常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)流體有: : 1,1,固相在液相中的多級(jí)分散體系固相在液相中的多級(jí)分散體系 , ,鉆井液是其典型鉆井液是其典型; ; 2,2,具有超分子結(jié)構(gòu)的水溶液具有超分子結(jié)構(gòu)的水溶液

22、。 ( (它它們不需交聯(lián)自身的有效粘度就可能達(dá)到們不需交聯(lián)自身的有效粘度就可能達(dá)到很高，而且可以調(diào)很高，而且可以調(diào), ,控控) ) 26,新興的超分子化學(xué)與超分子結(jié)構(gòu)溶液理論與實(shí)踐：超分子化學(xué)是研究多個(gè)分子通過(guò)非共價(jià)鍵作用超分子化學(xué)是研究多個(gè)分子通過(guò)非共價(jià)鍵作用（締合）而形成（超分子）聚集體并具有其特（締合）而形成（超分子）聚集體并具有其特定結(jié)構(gòu)（超分子結(jié)構(gòu)）和功能的科學(xué)。是近十定結(jié)構(gòu)（超分子結(jié)構(gòu)）和功能的科學(xué)。是近十多年發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興交叉學(xué)科。多年發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興交叉學(xué)科。我們工作的關(guān)鍵是如何利用這新興的超分子化我們工作的關(guān)鍵是如何利用這新興的超分子化學(xué)相關(guān)理論和實(shí)踐來(lái)獲得具有我們所需

23、要功能學(xué)相關(guān)理論和實(shí)踐來(lái)獲得具有我們所需要功能（不交聯(lián)就具有足夠的攜帶能力和其它優(yōu)良性不交聯(lián)就具有足夠的攜帶能力和其它優(yōu)良性能）的超分子結(jié)構(gòu)溶液。能）的超分子結(jié)構(gòu)溶液。27根據(jù)溶液流變學(xué)理論根據(jù)溶液流變學(xué)理論: :流體的懸浮、攜帶能力主流體的懸浮、攜帶能力主要由流體的靜、動(dòng)屈服值要由流體的靜、動(dòng)屈服值( (相當(dāng)于結(jié)構(gòu)粘度相當(dāng)于結(jié)構(gòu)粘度) )所決所決定，因此屈服值比有效粘度對(duì)其攜帶能力的影響定，因此屈服值比有效粘度對(duì)其攜帶能力的影響更大。更大。根據(jù)流體粘彈性理論根據(jù)流體粘彈性理論：流體攜帶能力主要由其儲(chǔ)：流體攜帶能力主要由其儲(chǔ)能模量能模量( (彈性彈性) )及它與其耗能模量及它與其耗能模量( (

24、粘性粘性) )之比決定。之比決定。, ,關(guān)于流體的懸浮和攜帶能力關(guān)于流體的懸浮和攜帶能力: :28而從其微觀作用機(jī)理本質(zhì)上講這都是由而從其微觀作用機(jī)理本質(zhì)上講這都是由結(jié)構(gòu)流體結(jié)構(gòu)流體( (溶液溶液) )中溶質(zhì)分子鏈間締合作中溶質(zhì)分子鏈間締合作用形成的用形成的超分子結(jié)構(gòu)狀態(tài)超分子結(jié)構(gòu)狀態(tài)所決定所決定。因此因此, ,有效粘度己不能準(zhǔn)確表示流體有效粘度己不能準(zhǔn)確表示流體( (溶溶液液) )的攜帶能力。而其靜、動(dòng)屈服值的攜帶能力。而其靜、動(dòng)屈服值( (相相當(dāng)于結(jié)構(gòu)粘度當(dāng)于結(jié)構(gòu)粘度) )或儲(chǔ)能模量或儲(chǔ)能模量( (彈性彈性) )更準(zhǔn)確更準(zhǔn)確29 , ,綜合應(yīng)用上述超分子化學(xué)、溶液物理化綜合應(yīng)用上述超分子化

25、學(xué)、溶液物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)理論及其應(yīng)用的新進(jìn)展學(xué)、結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)理論及其應(yīng)用的新進(jìn)展，結(jié)合高分子化學(xué)及溶液理論結(jié)合高分子化學(xué)及溶液理論, ,通過(guò)研究我們己經(jīng)通過(guò)研究我們己經(jīng)能夠設(shè)計(jì)、研制出這樣的能夠設(shè)計(jì)、研制出這樣的化學(xué)劑；化學(xué)劑；它們?cè)谌芤核鼈冊(cè)谌芤褐蟹肿渔溎茏詣?dòng)締合而形成多個(gè)分子的結(jié)合體中分子鏈能自動(dòng)締合而形成多個(gè)分子的結(jié)合體( (即超分子聚集體即超分子聚集體) )它們隨速梯變化而可逆變化，它們隨速梯變化而可逆變化，由它們由它們( (隨著其濃度增加隨著其濃度增加) )進(jìn)而形成布滿整個(gè)溶進(jìn)而形成布滿整個(gè)溶液空間的超分子空間綱狀結(jié)構(gòu)，液空間的超分子空間綱狀結(jié)構(gòu)，成為典型的結(jié)成為典型的結(jié)構(gòu)

26、構(gòu)( (溶液溶液) )流體流體。30 根據(jù)結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)原理這類(lèi)流體必然具有：根據(jù)結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)原理這類(lèi)流體必然具有： 高效增粘高效增粘 ( ( 有效粘度有效粘度= = 非結(jié)構(gòu)粘度非結(jié)構(gòu)粘度十十 結(jié)構(gòu)粘度結(jié)構(gòu)粘度) ) 抗溫、抗鹽；抗溫、抗鹽； 抗剪切；抗剪切； 剪切稀釋性：剪切稀釋性： 觸變性觸變性; ; 動(dòng)、靜屈服值動(dòng)、靜屈服值( (結(jié)構(gòu)粘度結(jié)構(gòu)粘度) )； 粘彈性；粘彈性； 以上各種性能都可按要求通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)以上各種性能都可按要求通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)控。行調(diào)控。因此無(wú)需交聯(lián)這類(lèi)溶液的攜帶能力就可能因此無(wú)需交聯(lián)這類(lèi)溶液的攜帶能力就可能完全解決。而且還具有現(xiàn)在慣用的交聯(lián)壓裂液希望完全

27、解決。而且還具有現(xiàn)在慣用的交聯(lián)壓裂液希望具有，又難以具有的特長(zhǎng)和優(yōu)點(diǎn)。具有，又難以具有的特長(zhǎng)和優(yōu)點(diǎn)。 314,4,新型清潔壓裂液的新原理新型清潔壓裂液的新原理( (理論理論依據(jù)依據(jù)) ): : (1)1)利用結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)的相關(guān)理論利用結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)的相關(guān)理論及其流體懸浮與攜帶原理解決無(wú)需交聯(lián)及其流體懸浮與攜帶原理解決無(wú)需交聯(lián)的壓裂液就能具有足夠的攜砂能力和其的壓裂液就能具有足夠的攜砂能力和其它優(yōu)良性能的理論問(wèn)題它優(yōu)良性能的理論問(wèn)題; ; (2)(2)利用超分子化學(xué)理論設(shè)計(jì)、研制利用超分子化學(xué)理論設(shè)計(jì)、研制出能形成具有以上功能的結(jié)構(gòu)流體（溶出能形成具有以上功能的結(jié)構(gòu)流體（溶液）的化學(xué)劑液）的化

28、學(xué)劑( (增稠劑增稠劑) )及其溶液體系及其溶液體系（壓裂液）。（壓裂液）。32 因此我們應(yīng)用分子締合形成結(jié)構(gòu)流體的理論因此我們應(yīng)用分子締合形成結(jié)構(gòu)流體的理論設(shè)計(jì)和研制出設(shè)計(jì)和研制出一系列化學(xué)劑一系列化學(xué)劑，它們?cè)谌芤褐欣?，它們?cè)谌芤褐欣梅肿渔滈g締合作用形成超分子聚集體進(jìn)而發(fā)展成分子鏈間締合作用形成超分子聚集體進(jìn)而發(fā)展成可逆式空間綱狀結(jié)構(gòu)，成為結(jié)構(gòu)型流體，因而具可逆式空間綱狀結(jié)構(gòu)，成為結(jié)構(gòu)型流體，因而具有以下特性：有以下特性：良好的高效增粘、抗溫、抗鹽、抗良好的高效增粘、抗溫、抗鹽、抗剪切、靜、動(dòng)屈服值剪切、靜、動(dòng)屈服值( (結(jié)構(gòu)粘度結(jié)構(gòu)粘度) )、粘彈性、粘彈性、它們不需交聯(lián)其攜帶能力也

29、能很好滿足壓裂要求。它們不需交聯(lián)其攜帶能力也能很好滿足壓裂要求。使用常用破膠劑就可破膠而無(wú)使用常用破膠劑就可破膠而無(wú)( (極少極少) )殘?jiān)?。殘?jiān)?SGA SGA一一130130是這類(lèi)新產(chǎn)品的一種。是這類(lèi)新產(chǎn)品的一種。33 ( (二二),),新型壓裂液性能評(píng)價(jià)新型壓裂液性能評(píng)價(jià)34 溶液粘度溶液粘度-濃度關(guān)系濃度關(guān)系(170(170S )S )05010015020025000.10.20.30.40.50.60.70.8濃度，%粘度，mPa.S1,1,高效增粘能力高效增粘能力: :試驗(yàn)結(jié)果如圖試驗(yàn)結(jié)果如圖3.23.2所示所示: : 溶液表觀粘度隨濃度增大而大幅度增大，溶液表觀粘度隨濃度增大

30、而大幅度增大，0.5 0.5 時(shí)時(shí)就可進(jìn)到就可進(jìn)到100100多多mpsmps。-1-1352,流變特性(1)(1)、抗剪切性：、抗剪切性：常規(guī)交聯(lián)壓裂液由于其交常規(guī)交聯(lián)壓裂液由于其交聯(lián)作用的不可逆性則其聯(lián)作用的不可逆性則其有效粘度必然隨有效粘度必然隨剪切時(shí)間增長(zhǎng)而不斷下降剪切時(shí)間增長(zhǎng)而不斷下降；而結(jié)構(gòu)性流；而結(jié)構(gòu)性流體由于其結(jié)構(gòu)隨剪切作用而可逆變化體由于其結(jié)構(gòu)隨剪切作用而可逆變化, ,則則當(dāng)剪切（速率）作用一定時(shí)當(dāng)剪切（速率）作用一定時(shí), ,其結(jié)構(gòu)將達(dá)其結(jié)構(gòu)將達(dá)到與該剪切速率平衡的狀態(tài)到與該剪切速率平衡的狀態(tài), ,則其有效粘則其有效粘度不再隨剪切時(shí)間增長(zhǎng)而下降度不再隨剪切時(shí)間增長(zhǎng)而下降, ,

31、長(zhǎng)期保持長(zhǎng)期保持恒定，故表現(xiàn)出優(yōu)良的抗剪切性恒定，故表現(xiàn)出優(yōu)良的抗剪切性。因此。因此它更能適合于需要泵送時(shí)間較長(zhǎng)的壓裂它更能適合于需要泵送時(shí)間較長(zhǎng)的壓裂作業(yè)（如深井、大型壓裂作業(yè)（如深井、大型壓裂) )。36壓裂液的抗剪切性能壓裂液的抗剪切性能 下下圖是清潔壓裂液在圖是清潔壓裂液在110110和和120120恒定溫度下恒定剪切恒定溫度下恒定剪切試驗(yàn)試驗(yàn), , 壓裂液的粘度始終保持恒定在所需要的數(shù)字。壓裂液的粘度始終保持恒定在所需要的數(shù)字。010203040506070020406080時(shí)間,min粘度,mPa.S020406080100120140160180Eta mPasT 癈Gp 1/s

32、 清潔壓裂液剪切試驗(yàn)清潔壓裂液剪切試驗(yàn) （110）020406080100120140020406080100時(shí)間,分鐘粘度,mPa.SEta mPasGp 1/sT 清潔壓裂液剪切試驗(yàn)清潔壓裂液剪切試驗(yàn) （120）37(2)、剪切稀釋性：剪切稀釋性： 是結(jié)構(gòu)性流體固有的特性，因此能很好解決流動(dòng)中在是結(jié)構(gòu)性流體固有的特性，因此能很好解決流動(dòng)中在保證良好攜砂的前題下大幅度降低流動(dòng)阻力；保證良好攜砂的前題下大幅度降低流動(dòng)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 達(dá)西達(dá)西- -韋氏摩擦系數(shù)與流速的關(guān)系曲線韋氏摩擦系數(shù)與流速的關(guān)系曲線(91

33、#(91#試粉劑的質(zhì)量含量試粉劑的質(zhì)量含量0.5%)0.5%)38(3),(3),流變參數(shù)流變參數(shù): : 由圖解法求得含主劑由圖解法求得含主劑0.50%0.50%及輔劑及輔劑0.015%0.015%壓裂液的壓裂液的K K和和n n值，值，與常規(guī)高分子交聯(lián)壓裂液一與常規(guī)高分子交聯(lián)壓裂液一樣樣, ,也顯示屈服應(yīng)力也顯示屈服應(yīng)力, , 測(cè)定其屈服應(yīng)力測(cè)定其屈服應(yīng)力y y 為為9.4 9.4 PaPa。具有較高的稠度系數(shù)和屈服應(yīng)力及低具有較高的稠度系數(shù)和屈服應(yīng)力及低的流動(dòng)特征指數(shù)。的流動(dòng)特征指數(shù)。且升高溫度影響不大。且升高溫度影響不大。表表3.1 3.1 壓裂液的流變參數(shù)壓裂液的流變參數(shù)溫度，溫度，8

34、0809090100100110110120120* *130130* *n n0.1250.1250.1030.1030.1080.1080.1050.1050.1130.1130.1180.118K K，Pa.SPa.Sn n38.438.432.432.431.831.831.531.530.630.628.328.3相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)0.96360.96360.97320.97320.98450.98450.98230.98230.99120.99120.97650.9765【注】【注】* * KCl2%+KCl2%+主劑主劑0.7%+0.7%+輔劑輔劑0.018%0.018%39 壓裂

35、液在高達(dá)壓裂液在高達(dá)120120、130130高溫條件下獲得了比較高的屈服力，高溫條件下獲得了比較高的屈服力，預(yù)示了該體系在低流速下仍有攜帶能力。預(yù)示了該體系在低流速下仍有攜帶能力。 屈服應(yīng)力屈服應(yīng)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(120(120) (130) (130)40壓裂液粘彈性動(dòng)態(tài)特征壓裂液粘彈性動(dòng)態(tài)特征 如圖如圖3.113.11。從圖可知，隨著掃描頻率的逐步增加，。從圖可知，隨著掃

36、描頻率的逐步增加，壓裂液的儲(chǔ)能模量壓裂液的儲(chǔ)能模量GG和復(fù)合模量和復(fù)合模量G G* *增加，而損耗模量增加，而損耗模量卻幾乎不變，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中彈性明顯地大于粘性。卻幾乎不變，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中彈性明顯地大于粘性。 0102030405060708090024681012頻率，HZGGG*|G*| PaG PaG Pa41試驗(yàn)表明一般情況下這類(lèi)壓裂液的儲(chǔ)能模量及它與其耗試驗(yàn)表明一般情況下這類(lèi)壓裂液的儲(chǔ)能模量及它與其耗能模量之比均大于常用的胍膠壓裂液能模量之比均大于常用的胍膠壓裂液,即其粘彈性更強(qiáng)。即其粘彈性更強(qiáng)。 05101520253000.511.522.5時(shí)間，分鐘G/G/G*|G*|Paf

37、 HzG PaG Pa模量測(cè)試（模量測(cè)試（110110，輔劑，輔劑0.02%0.02%）42胍膠壓裂液的儲(chǔ)能模量胍膠壓裂液的儲(chǔ)能模量GG和復(fù)合模量和復(fù)合模量G G* 表觀粘度，表觀粘度，Pa.SPa.S0.1050.2090.406儲(chǔ)能模量，儲(chǔ)能模量，GG17.633.248.7復(fù)合模量，復(fù)合模量，G G* *21.841.560.6表觀粘度表觀粘度Pa.SPa.S 0.011 0.021 0.011 0.021 0.0300.030 0.056 0.056 0.1080.108 0.200 0.200儲(chǔ)能模量，儲(chǔ)能模量，G3.20 12.60 G3.20 12.60 20.1020.10 2

38、6.40 26.40 29.5029.50 31.60 31.60復(fù)合模量，復(fù)合模量，G G* * 3.21 2.70 3.21 2.70 20.2020.20 26.50 26.50 29.7029.70 31.70 31.70清潔壓裂液的儲(chǔ)能模量清潔壓裂液的儲(chǔ)能模量GG和復(fù)合模量和復(fù)合模量G G* *43 (4),新型壓裂液新型壓裂液流變性的流變性的抗溫性與抗鹽抗溫性與抗鹽性：性： 超分子溶液超分子溶液結(jié)構(gòu)性流體的流變性從本結(jié)構(gòu)性流體的流變性從本質(zhì)上具有抗溫和抗鹽的因素，質(zhì)上具有抗溫和抗鹽的因素，因此合理因此合理分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)的超分子溶液超分子溶液就能得到抗高溫就能得到抗高溫壓裂液，壓

39、裂液，(無(wú)需交聯(lián)無(wú)需交聯(lián))；同理也可用于各種；同理也可用于各種鹽水鹽水(加重、保護(hù)儲(chǔ)層加重、保護(hù)儲(chǔ)層)壓裂液壓裂液(同樣無(wú)需同樣無(wú)需交聯(lián)交聯(lián))。44樣品樣品初濾失量初濾失量( (m m3/m2)濾失系數(shù)濾失系數(shù)（m/m/)濾失速度濾失速度( (m/min)m/min)J-1 32.310-31.8610-43.410-5J-3 46.710-31.7410-44.110-5J-6 59.510-31.4810-44.210-5硼酸鹽交聯(lián)硼酸鹽交聯(lián)HPGHPG8.110-49.6810-4有機(jī)硼交聯(lián)有機(jī)硼交聯(lián)HPGHPG4.210-45.3110-43,3,壓裂液的濾失對(duì)比壓裂液的濾失對(duì)比 mi

40、n45樣品樣品編號(hào)編號(hào)破膠破膠溫度溫度 CFB- CFB-130130% %破膠水化液粘度破膠水化液粘度/ /mPa.smPa.s0 0h h1.01.0h h2.02.0h h3.03.0h h4.04.0h h1#80800.050.051051056363424215153.23.22#90900.040.0498985858373718182.52.53#1001000.030.031021026060353515152.02.04#*1201200.010.011181187272333314141.51.55#*1301300.010.011251256565353515151.5

41、1.54,4,新型清潔壓裂液在不同時(shí)間破膠后的粘度新型清潔壓裂液在不同時(shí)間破膠后的粘度 【注】【注】* *主劑主劑0.6%+0.6%+輔劑輔劑0.015%0.015%，其他為主劑，其他為主劑0.5%+0.5%+輔劑輔劑0.013%0.013%。 465,5,新型壓裂液新型壓裂液破膠液的表面和界面張力破膠液的表面和界面張力（25.9425.94） 壓裂液體系壓裂液體系編號(hào)編號(hào)12345#表 面 張 力表 面 張 力（mN/mmN/m）27.5227.1326.8226.6525.14界 面 張 力界 面 張 力（mN/mmN/m）0.680.620.530.420.35 476,6,殘?jiān)c傷害殘

42、渣與傷害壓裂液殘?jiān)鼘?duì)比壓裂液殘?jiān)鼘?duì)比壓裂液壓裂液新型清潔壓裂液新型清潔壓裂液超級(jí)胍膠壓裂液超級(jí)胍膠壓裂液殘?jiān)?，殘?jiān)浚琾pmppm無(wú)殘?jiān)鼰o(wú)殘?jiān)?5048圖圖3.20 3.20 HPGHPG壓裂液壓裂液 清潔壓裂液清潔壓裂液 49壓裂液壓裂液巖心規(guī)格巖心規(guī)格( (d dL)(cmcm)煤油滲透率煤油滲透率( (10-3m2)損害率損害率d d(%)傷害前滲透率傷害前滲透率K K1傷害后滲透率傷害后滲透率K K21#H1-1(2.6987.392)315297.45.592#H2-2(2.6987.408)294.3279.35.093#H3-3(2.6987.450)103.293.59.

43、44#H4-4(2.6987.500)367.7344.56.3交聯(lián)胍膠交聯(lián)胍膠H5-5(2.6727.650)105.270.233.27VES壓裂液壓裂液8383 10.22清潔壓裂液與胍膠壓裂液的濾液對(duì)巖心傷害比較清潔壓裂液與胍膠壓裂液的濾液對(duì)巖心傷害比較 50圖圖3.24聚合物壓裂液破膠液聚合物壓裂液破膠液對(duì)支撐充填層的影響對(duì)支撐充填層的影響 3.253.25清潔壓裂液破膠液支撐充填清潔壓裂液破膠液支撐充填 51對(duì)支撐劑充填的傷害對(duì)支撐劑充填的傷害100100200300400500600700800900100005101520253035404550556065時(shí)間,分鐘累計(jì)體積,

44、ml2%KCL，體積，ml清潔壓裂液，體積ml硼交聯(lián)HPG0102030405060700200400600累計(jì)通過(guò)壓裂液體積,mlKHPG/Kkcl,%01020304050607080901000100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000壓裂液累計(jì)體積,mlKqj/Kkcl,%圖圖3.21支撐充填層流動(dòng)傷害試驗(yàn)結(jié)果支撐充填層流動(dòng)傷害試驗(yàn)結(jié)果 圖圖3.213.21支撐充填層流動(dòng)傷害支撐充填層流動(dòng)傷害9090圖圖3.233.23清潔壓裂液傷害清潔壓裂液傷害1010 52( (三三)“)“懸浮能力和攜砂懸浮能力和攜砂能力能力” 評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)53 利用大型的裂縫懸

45、砂測(cè)量試驗(yàn)裝置和高速攝像利用大型的裂縫懸砂測(cè)量試驗(yàn)裝置和高速攝像裝置跟蹤（鎖定）支撐劑顆粒，測(cè)定了在裝置跟蹤（鎖定）支撐劑顆粒，測(cè)定了在靜止和靜止和一定流動(dòng)條件一定流動(dòng)條件( (模擬壓裂工況模擬壓裂工況) )下下、不同流變參數(shù)、不同流變參數(shù)的這種清潔壓裂液和常規(guī)胍膠壓裂液中支撐劑顆的這種清潔壓裂液和常規(guī)胍膠壓裂液中支撐劑顆粒的下降速度、沉降距離、平移距離等運(yùn)動(dòng)軌跡，粒的下降速度、沉降距離、平移距離等運(yùn)動(dòng)軌跡，研討壓裂液的攜砂機(jī)理并對(duì)比了兩類(lèi)壓裂液的攜研討壓裂液的攜砂機(jī)理并對(duì)比了兩類(lèi)壓裂液的攜砂能力砂能力: : 試驗(yàn)表明一般情況下這類(lèi)壓裂液的儲(chǔ)能模量及試驗(yàn)表明一般情況下這類(lèi)壓裂液的儲(chǔ)能模量及與其

46、耗能模量之比均大于常用的胍膠壓裂液。根與其耗能模量之比均大于常用的胍膠壓裂液。根據(jù)結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)理論據(jù)結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)理論: :它的攜帶能力主要取決它的攜帶能力主要取決于其儲(chǔ)能模量及它與其耗能模量之比；因此在相于其儲(chǔ)能模量及它與其耗能模量之比；因此在相同有效粘度的情況下此類(lèi)清潔壓裂液的攜砂能力同有效粘度的情況下此類(lèi)清潔壓裂液的攜砂能力應(yīng)高于常規(guī)壓裂液；而試驗(yàn)應(yīng)證實(shí)了這一點(diǎn)應(yīng)高于常規(guī)壓裂液；而試驗(yàn)應(yīng)證實(shí)了這一點(diǎn), , 54變頻器螺桿泵 差壓測(cè)量高速數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)MicroMotion流量與密度測(cè)量分離器氣體流量計(jì)C CO O2 2含含砂砂壓壓裂裂液液C CO O2 2 裂縫試驗(yàn)段 差壓測(cè)量 圓管試驗(yàn)

47、段壓力溫度壓力溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 流動(dòng)試驗(yàn)回路原理圖和使用高速攝像可觀測(cè)壓裂液和砂流動(dòng)試驗(yàn)回路原理圖和使用高速攝像可觀測(cè)壓裂液和砂粒在其中的流動(dòng)特征。粒在其中的流動(dòng)特征。 55雙試驗(yàn)段流動(dòng)測(cè)量回路實(shí)驗(yàn)架雙試驗(yàn)段流動(dòng)測(cè)量回路實(shí)驗(yàn)架( (西安交大西安交大) )56 矩型裂縫實(shí)驗(yàn)段（充滿壓裂液）矩型裂縫實(shí)驗(yàn)段（充滿壓裂液）57砂粒沉降速度隨壓裂液表觀粘度的變化關(guān)系砂粒沉降速度隨壓裂液表觀粘度的變化關(guān)系58不同粘度下砂粒的沉降過(guò)程不同粘度下砂粒的沉降過(guò)程(流速流速0.26米米/秒秒)0123456700.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.911.10.1050.2090.4

48、060123456700.10.20.30.40.50.60.70.80.911.10.0110.0210.0300.0560.108瓜膠壓裂液瓜膠壓裂液 sag-130 sag-130壓裂液壓裂液時(shí)時(shí) 間間 ( (秒秒) )沉降距離沉降距離(mm)(mm)59砂粒沉降軌跡的比較砂粒沉降軌跡的比較(流速流速0.26米米/秒秒)0123456700 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 39 1 # 試 劑 : 0 . 0 3 09 1 # 試 劑 : 0 . 0 5 69 1 # 試 劑 : 0 . 1 0 8瓜 膠 : 0 . 1 0 5瓜 膠 : 0 . 2 0

49、 9瓜 膠 : 0 . 4 0 6平移距離（平移距離（m m）沉降距離沉降距離(mm)(mm)601,1,無(wú)需無(wú)需( (沒(méi)有沒(méi)有) )交聯(lián)的結(jié)構(gòu)性水溶液其攜帶能力完交聯(lián)的結(jié)構(gòu)性水溶液其攜帶能力完全能達(dá)到和超過(guò)常用胍膠全能達(dá)到和超過(guò)常用胍膠( (交聯(lián)交聯(lián)) )壓裂液壓裂液: : 2,隨著表觀粘度增加其攜砂能力及懸浮能力隨之隨著表觀粘度增加其攜砂能力及懸浮能力隨之增加增加( (即降沉速度降低即降沉速度降低) )3,3,當(dāng)表觀粘度相同時(shí)當(dāng)表觀粘度相同時(shí), ,新型清潔壓裂液的懸浮能力新型清潔壓裂液的懸浮能力及攜帶能力總大于常規(guī)瓜膠壓裂液及攜帶能力總大于常規(guī)瓜膠壓裂液; ;較低粘度的新較低粘度的新型清潔

50、壓裂液比更高粘度的常規(guī)胍膠壓裂液有相型清潔壓裂液比更高粘度的常規(guī)胍膠壓裂液有相似或更好的攜砂能力。似或更好的攜砂能力。4,4, 低有效粘度而較高粘彈性其攜帶能力就能達(dá)到低有效粘度而較高粘彈性其攜帶能力就能達(dá)到壓裂要求壓裂要求, ,試驗(yàn)證明該新型清潔壓裂液試驗(yàn)證明該新型清潔壓裂液3030mPa.SmPa.S的的攜砂能力達(dá)剄常規(guī)胍膠壓裂液的攜砂能力攜砂能力達(dá)剄常規(guī)胍膠壓裂液的攜砂能力。5,5,我們?cè)O(shè)計(jì)、研制的無(wú)交聯(lián)壓裂液完全能達(dá)到予我們?cè)O(shè)計(jì)、研制的無(wú)交聯(lián)壓裂液完全能達(dá)到予期目的。期目的。 結(jié)論結(jié)論: :61(四),現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)621 1、濮、濮65-965-9井井20052005年年2 2月月2 2日

51、日采用采用GRAGRA壓裂液壓裂液，壓裂沙二上，壓裂沙二上7 71-21-2砂組，井段砂組，井段2512.9-2535.52512.9-2535.5m m，8.3m/3n8.3m/3n，加陶粒加陶粒1717m m3 3，破壓破壓44.744.7MPaMPa，排排量量3.853.85m m3 3/min/min。壓后日產(chǎn)液壓后日產(chǎn)液4.24.2m m3 3，日產(chǎn)油日產(chǎn)油1.11.1t t，日產(chǎn)氣日產(chǎn)氣432432m m3 3，壓裂無(wú)效壓裂無(wú)效。本次壓裂同一層段井段：本次壓裂同一層段井段：2513.3-25352513.3-2535m m，厚度厚度8.18.1m m，層層數(shù)數(shù)3 3層；測(cè)井解釋砂體

52、厚度小，解釋為層；測(cè)井解釋砂體厚度小，解釋為2 2級(jí)水淹層級(jí)水淹層，地層溫度地層溫度: : 83.583.5。本次施工共泵入地層壓裂液本次施工共泵入地層壓裂液121.6121.6方，加砂方，加砂1010方約方約1717噸。噸。施工破裂壓力施工破裂壓力49.849.8MPaMPa，泵注預(yù)前置液（活性水）時(shí)泵壓泵注預(yù)前置液（活性水）時(shí)泵壓4848MPaMPa，泵注前置液（壓裂液）時(shí)，壓力下降到泵注前置液（壓裂液）時(shí)，壓力下降到30.530.5MPaMPa，加加砂壓力砂壓力2828MPaMPa，平均砂比平均砂比20.7%20.7%，頂替（活性水），頂替（活性水）12.612.6方，方，頂頂替正常、順

53、利，施工獲得圓滿成功替正常、順利，施工獲得圓滿成功 。63現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況：而采用清潔壓裂液現(xiàn)場(chǎng)施工表明，其而采用清潔壓裂液現(xiàn)場(chǎng)施工表明，其摩阻僅相摩阻僅相當(dāng)于清水摩阻的當(dāng)于清水摩阻的49.6%49.6%，該壓裂液的摩阻很低。，該壓裂液的摩阻很低。 壓后壓后4 4小時(shí)后開(kāi)始排液，取樣分析，破膠液粘度小時(shí)后開(kāi)始排液，取樣分析，破膠液粘度3.53.5mP.SmP.S，pHpH值為值為7.07.0，外觀為無(wú)色透明狀，外觀為無(wú)色透明狀，破膠破膠效果良好。效果良好。初期日產(chǎn)液初期日產(chǎn)液15 15 m3m3，日產(chǎn)油日產(chǎn)油12.712.7t t，日產(chǎn)氣日產(chǎn)氣2280 2280 m3m3。一直穩(wěn)產(chǎn)一

54、直穩(wěn)產(chǎn)6-12.36-12.3t/dt/d之間，平均日產(chǎn)油之間，平均日產(chǎn)油8.38.3t/dt/d，含水含水10-20%10-20%。常規(guī)壓裂每方砂增油。常規(guī)壓裂每方砂增油0.060.06t/dt/d，清潔壓裂液每方砂增油清潔壓裂液每方砂增油0.830.83t/d(14t/d(14倍倍) )。 64 020040060080010001200140018:07:1218:14:2418:21:3618:28:4818:36:0018:43:1218:50:2418:57:36施工時(shí)間施工參數(shù)0102030405060Slurry Density kg/m3Tubing Pressure MPa

55、Slurry Rate*10 m3/min濮濮65-965-9井壓裂液施工曲線井壓裂液施工曲線如果按常規(guī)壓裂施工，預(yù)計(jì)施工壓力如果按常規(guī)壓裂施工，預(yù)計(jì)施工壓力40-55MPa40-55MPa，而采用清潔壓裂液，而采用清潔壓裂液，純膠液泵壓為純膠液泵壓為30.5MPa30.5MPa，加砂壓力，加砂壓力28MPa28MPa，如果不除去孔眼摩阻，其摩，如果不除去孔眼摩阻，其摩阻僅相當(dāng)于清水摩阻的阻僅相當(dāng)于清水摩阻的49.6%49.6%，該壓裂液的摩阻很低。，該壓裂液的摩阻很低。65圖圖5.65.6a a濮濮65-965-9壓裂施工效果對(duì)比壓裂施工效果對(duì)比 00.10.20.30.40.50.60.7

56、0.80.9常規(guī)壓裂清潔壓裂液措施效率，噸油/方砂天66 2.文文99-2井井 文文9999塊含油面積小，動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量較低，塊含油面積小，動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量較低，僅為僅為127127* *10104 4t t。該塊油層主要分布在沙二下該塊油層主要分布在沙二下4 4砂砂組，沙二下組，沙二下5 5砂組只在頂部一個(gè)油層，而且含油砂組只在頂部一個(gè)油層，而且含油小層厚度較小，平均單層厚度只有小層厚度較小，平均單層厚度只有1 1_2m_2m。由于儲(chǔ)由于儲(chǔ)層單一，水淹十分嚴(yán)重，剩余油主要分布在構(gòu)造層單一，水淹十分嚴(yán)重，剩余油主要分布在構(gòu)造高部位，沿徐樓斷層呈南北條帶狀分布，含油高高部位，沿徐樓斷層呈南北條

57、帶狀分布，含油高度較小，度較小，產(chǎn)量低產(chǎn)量低(0,5t/d)(0,5t/d)、改造難度大。已進(jìn)行、改造難度大。已進(jìn)行的壓裂無(wú)效果。的壓裂無(wú)效果。67本次壓裂層段本次壓裂層段S2S2下下4 4，3-5#3-5#層，層，2958.62958.62969.62969.6m,m,，溫溫度度120120 c c，已進(jìn)行壓裂無(wú)效果。已進(jìn)行壓裂無(wú)效果。本試驗(yàn)壓裂液主劑本試驗(yàn)壓裂液主劑0.3%0.3%，輔劑輔劑0.03%0.03%?？傆靡毫?。總用液量135.2135.2m3m3，破裂壓力破裂壓力59 59 MPaMPa，加加砂壓力砂壓力39.339.3MPaMPa，加粉陶加粉陶1.81.8m3m3，中陶中陶1212m3m3約約1717噸，平噸，平均砂比均砂比26.4%26.4%。加粉陶。加粉陶1.81.8m3m3，中陶中陶1212m3m3約約1717噸，平均噸，平均砂比砂比26.4%26.4%。 加粉陶加粉陶1.81.8m3m3，中陶中陶1212m3m3約約1717噸，平均砂比噸，平均砂比26.4%26.4%。 壓后壓后4 4小時(shí)后開(kāi)始排液，取樣分析，破膠液粘度小時(shí)后開(kāi)始排液，取樣分析，破膠液粘度1.51.5mP.SmP.S，pHpH值