可逆交聯(lián)低傷害壓裂液體系A(chǔ)PCF課件

可逆交聯(lián)低傷害壓裂液體系A(chǔ)PCF課件鄭焰博士北京愛普聚合科技有限公司可逆交聯(lián)低傷害壓裂液

APCF體系

——新一代壓裂液技術(shù)

鄭焰博士可逆交聯(lián)低傷害壓裂液

APCF體提綱一、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)展歷程三、可逆交聯(lián)低傷害壓裂液APCF體系四、下一步發(fā)展方向五、現(xiàn)場應(yīng)用情況提綱一、常規(guī)胍膠壓裂液體系存在的問題一、常規(guī)壓裂液體系存在的問題壓裂液的基本要求懸浮攜砂能力強(qiáng)流變性好造縫能力強(qiáng)低傷害易破膠低濾失低摩阻易配制成本低……壓裂液是壓裂工程的血液核心材料——壓裂液增稠劑一、常規(guī)壓裂液體系存在的問題懸浮攜砂能力強(qiáng)壓裂液是壓裂工程的存在不溶物高溫穩(wěn)定性不好抗剪切性差破膠后必須盡快返排殘?jiān)鼘?duì)儲(chǔ)層傷害較大原料供應(yīng)受限存在的問題（基于胍膠GuarGum、改性胍膠CMG,HPG,CMHPG）關(guān)鍵問題：不清潔—傷害儲(chǔ)層成本高—依賴進(jìn)口3、4、6、9、12、14…萬/噸存在不溶物存在的問題關(guān)鍵問題：胍膠來源于南亞的天然植物胍膠來源于南亞的天然植物胍膠類壓裂液殘?jiān)膩碓措夷z本身不溶物4-20%配液、交聯(lián)與破膠作用產(chǎn)生的不溶物>20%胍膠類壓裂液殘?jiān)膩碓措夷z本身不溶物4-20%清潔壓裂液（或稱低傷害壓裂液）：對(duì)儲(chǔ)層無直接傷害（不溶物、殘?jiān)?、殘膠）二次傷害?。ㄈ缢?、水鎖、堿敏等）易返排，少殘留關(guān)鍵問題：無殘?jiān)鼜氐灼颇z滿足施工要求二、清潔壓裂液的概念與發(fā)展歷程清潔壓裂液（或稱低傷害壓裂液）：二、清潔壓裂液的概念與發(fā)展歷（一）粘彈性表面活性劑VES（Visco-ElasticSurfactant）（斯倫貝謝，1997）（一）粘彈性表面活性劑VESVES清潔壓裂液存在的問題成本高：分子量小，導(dǎo)致用量大、成本高耐溫能力差：使用溫度低（通常80℃以下）穩(wěn)定性差：膠束遇水遇油不穩(wěn)定懸浮能力不強(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VES清潔壓裂液存在的問題成本高：分子量小，導(dǎo)致用量大、成本（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：抗溫抗鹽性、抗剪切能力、懸浮能力差；摩阻大；難破膠和難返排，產(chǎn)生新的傷害；初始粘度過大……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)（二）聚丙烯酰胺凝膠類交聯(lián)后壓裂液挑掛情況，明顯有細(xì)小的獨(dú)立（三）清潔壓裂液的新思路：可逆交聯(lián)低傷害壓裂液APCF體系胍膠：分子量超大化學(xué)交聯(lián)、強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)增粘、低濃度VES：分子量小不交聯(lián)、弱結(jié)構(gòu)弱增粘、高濃度APCF：分子量適中可逆交聯(lián)、粘彈性結(jié)構(gòu)強(qiáng)增粘、低濃度（三）清潔壓裂液的新思路：可逆交聯(lián)低傷害壓裂液APCF體系胍APCF體系——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(gè)溶液體系的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(多級(jí)可逆結(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：APCF體系——可逆交聯(lián)的多元結(jié)構(gòu)型聚合物：其分子結(jié)構(gòu)為：可逆結(jié)構(gòu)的壓裂液預(yù)期特點(diǎn)及其影響條件η結(jié)構(gòu)η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(jià)比高。η表觀＝η結(jié)構(gòu)＋η非結(jié)構(gòu)可逆結(jié)構(gòu)的壓裂液預(yù)期特點(diǎn)及其影響條件η結(jié)構(gòu)η非結(jié)構(gòu)表觀粘度粘基本體系2種組分：新型聚合物增稠劑APCF-1可逆交聯(lián)劑APCF-B選配助劑：耐溫助劑APCF-C(100℃以上使用）防膨劑/粘穩(wěn)劑(水敏性地層使用）可降解降濾失劑（高滲透地層使用）助排劑（氣井壓裂時(shí)使用）……已申請專利：20110223102.6三、可逆交聯(lián)低傷害壓裂液APCF體系基本體系2種組分：已申請專利：20110223102.6對(duì)儲(chǔ)層低傷害高效增粘超強(qiáng)懸浮能力適應(yīng)溫度范圍寬

耐鹽性好APCF體系主要性能特點(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(jià)比高對(duì)儲(chǔ)層低傷害APCF體系主要性能特點(diǎn)6.抗剪切性能優(yōu)異1、對(duì)儲(chǔ)層低傷害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，易返排

APCF體系破膠后

APCF體系配液后1、對(duì)儲(chǔ)層低傷害APCF體系破膠后APCF體系配液后四個(gè)低傷害壓裂液樣本對(duì)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(duì)巖心滲透率傷害高達(dá)28.3%巖心傷害評(píng)價(jià)對(duì)比

壓裂液

巖芯規(guī)格

煤油滲透率（×10-3μm2）傷害率η（%）（d×L）（cm×cm）

傷害前滲透率K1

傷害后滲透率K213.8×7.612.5111.0611.5423.8×7.613.9812.1712.9133.8×7.612.1110.6412.0843.8×7.613.2811.7211.75有機(jī)硼交聯(lián)胍膠3.8×7.612.769.1528.3四個(gè)低傷害壓裂液樣本對(duì)巖心滲透率平均損害率為12.07%，巖支撐劑導(dǎo)流能力傷害實(shí)驗(yàn)20/40目支撐劑破膠液傷害導(dǎo)流能力（μm2.cm）測試曲線破膠液1：APCF聚合物清潔壓裂液，破膠液2：HPG瓜膠壓裂液破膠液1的導(dǎo)流能力明顯高于破膠液2

支撐劑導(dǎo)流能力傷害實(shí)驗(yàn)20/40目支撐劑破膠液傷害導(dǎo)流能力（2、高效增粘

聚合物增稠劑APCF-1具有超強(qiáng)的增粘性；使用組分少，效率高；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2、高效增粘3、超強(qiáng)懸浮能力

APCF壓裂液具有的可逆交聯(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(shí)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：3、超強(qiáng)懸浮能力壓裂液粘彈性動(dòng)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(chǔ)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(gè)試驗(yàn)過程中壓裂液彈性明顯地大于粘性。圖7

APCF壓裂液體系的粘彈性動(dòng)態(tài)特征壓裂液粘彈性動(dòng)態(tài)特征：圖7APCF壓裂液體系的粘彈性動(dòng)態(tài)特模量測試：模量測試實(shí)驗(yàn)表明一般情況下APCF壓裂液體系的儲(chǔ)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壓裂液的流變參數(shù)模量測試：表5.1壓裂液的流變參數(shù)胍膠壓裂液的儲(chǔ)能模量G#和復(fù)合模量G*表觀粘度，mPa.S105209406儲(chǔ)能模量，G#17.633.248.7復(fù)合模量，G*21.841.560.6APCF清潔壓裂液的儲(chǔ)能模量G#和復(fù)合模量G*表觀粘度，mPa.S11213056108200儲(chǔ)能模量，G#3.2012.6020.1026.4029.5031.60復(fù)合模量，G*3.2112.7020.2026.5029.7031.70APCF體系在30mPa.S的攜砂能力近似于胍膠壓裂液在105mPa.S。胍膠壓裂液的儲(chǔ)能模量G#和復(fù)合模量G*表觀粘度，mPa.S1APCF溶液（0.30%），支撐劑懸浮48h以上懸浮能力對(duì)比胍膠溶液中（0.4%交聯(lián)后），支撐劑5~10min有下沉現(xiàn)象APCF溶液（0.30%），懸浮能力對(duì)比胍膠溶液中（0.4%（0.35%APCF-1+0.18%APCF-B；支撐劑：20/40目陶粒，密度為1.85g/cm3。）懸砂靜置1h時(shí)懸砂靜置2h時(shí)懸砂能力懸砂靜置4h時(shí)懸砂靜置6h時(shí)靜止6小時(shí)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。（0.35%APCF-1+0.18%APCF-B；懸砂靜置1(1)APCF-1+APCF-B，配制粘度20、30、40mPa.s(2)HPG+四硼酸鈉，配制粘度50、75、400mPa.s壓裂液類別編號(hào)粘度(mPa.s)10cm沉降時(shí)間(s)沉降速度(mm/s)APCF壓裂液1201500.66672306000.166734012000.0833HPG壓裂液450541.8519575303.3333640011400.087720mPa.s的APCF壓裂液的懸浮能力明顯超過50mPa.s的胍膠壓裂液。40mPa.s的APCF壓裂液的懸浮能力與400mPa.s的胍膠壓裂液相當(dāng)。懸浮能力對(duì)比(1)APCF-1+APCF-B，配制粘度20、3不同粘度的APCF壓裂液懸浮能力對(duì)比（40目支撐劑）60mPa.s60min30mPa.s30min20mPa.s10min不同粘度的APCF壓裂液懸浮能力對(duì)比60mPa.s30mPa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

可充氣或使用生泡劑，泡沫均勻、穩(wěn)定，密度可低至0.45g/cm3；

泡沫懸浮能力強(qiáng)，低密度泡沫懸浮支撐劑可達(dá)72h；

容易消泡和破膠密度0.45泡沫液，混入支撐劑10min后72hr后破膠消泡后充氣泡沫液的穩(wěn)定性和懸浮能力密度0.45泡沫液，72hr后破4、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(shí)，可達(dá)到180℃。5、耐鹽性好

APCF體系在礦化度0~10%范圍內(nèi)可正常使用。4、適應(yīng)溫度范圍寬60℃，0.3%APCF-1+0.15%APCF-B，170s-1，剪切1.5h，

粘度50~55mPa.s60℃，0.3%APCF-1+0.15%APCF-B，100℃，0.35%APCF-1+0.18%APCF-B，170s-1，剪切2h，

粘度35~45mPa.s100℃，0.35%APCF-1+0.18%APCF-B150℃：0.7%APCF-1+0.35%APCF-B+0.1%APCF-C+2%KCl170s-1，

剪切2h，40~55mPa.s150℃：0.7%APCF-1+0.35%APCF-B180℃：0.77%APCF-1+0.19%APCF-B2+0.2%APCF-C+2%KCl170s-1

剪切2h，50-100mPa.s180℃：0.77%APCF-1+0.19%APCF-B6、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(huì)明顯破壞液體的流變性。6、抗剪切性能優(yōu)異抗剪切性常規(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(shí)間增長而不斷下降；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(shí),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(shí)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(shí)間較長的壓裂作業(yè)（如深井、大型壓裂等）?？辜羟行约羟邢♂屝裕菏墙Y(jié)構(gòu)性流體固有的特性，因此能很好解決流動(dòng)中在保證良好懸浮攜砂的前題下大幅度降低流動(dòng)阻力。

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%)剪切稀釋性：圖4達(dá)西-韋氏摩擦系數(shù)與流速的關(guān)系曲線(主劑屈服應(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。圖6

130℃【注】用量在兩個(gè)溫度下均為0.6%+KCl2%+輔劑0.3%屈服應(yīng)力：圖5120℃APCF體系在120℃、13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τy為9.4Pa。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)。且升高溫度對(duì)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%+輔劑0.3%流變參數(shù)：溫度，℃8090100110120*130*n0.變剪切實(shí)驗(yàn)變剪切實(shí)驗(yàn)7、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。減阻原理：屬于高分子表面活性劑，類似滑溜水；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；可逆交聯(lián)在高速流動(dòng)中可滑動(dòng)分離，與胍膠交聯(lián)體在流動(dòng)中的牽扯阻力相比，流動(dòng)阻力小。7、降摩阻性能突出8、其他水力壓裂性能表現(xiàn)好表面張力低（常溫下25.24mN/m）界面張力低（常溫下0.35mN/m）對(duì)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。8、其他水力壓裂性能表現(xiàn)好由于破膠后界面張力低破膠徹底采用常規(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℃APCF-1%APCF-B%APCF-C%KCl%破膠條件12小時(shí)3小時(shí)125-400.30.15——過硫酸銨0.25~0.2%+三乙醇胺0.05%過硫酸銨0.3~0.25%+三乙醇胺0.05%340-1000.3~0.350.15~18—0.5過硫酸銨0.01~0.005%過硫酸銨0.08~0.02%6100-1500.35~0.650.18~0.330.05~0.151過硫酸銨0.1~0.15%過硫酸銨0.15~0.25%靜態(tài)破膠實(shí)驗(yàn)破膠劑加量（破膠溫度65℃）300ppm400ppm600ppm800ppm1000ppm破膠時(shí)間160分鐘完全破膠120分鐘完全破膠90分鐘完全破膠60分鐘完全破膠30分鐘完全破膠破膠徹底No溫度APCF-1APCF-BAPCF-CKCl破性能特點(diǎn)總結(jié)：APCF體系的四點(diǎn)突出技術(shù)優(yōu)勢：

對(duì)儲(chǔ)層低傷害

低粘度具有超強(qiáng)攜砂能力、低摩阻

超快速溶，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線配液

環(huán)境友好，無重金屬污染性能特點(diǎn)總結(jié)：APCF體系與傳統(tǒng)壓裂液性能對(duì)比表對(duì)比指標(biāo)胍膠體系VES體系A(chǔ)PCF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(℃)50~12030~10025~1803耐鹽性好好好4增稠劑用量(50-100℃)0.35~0.60%2~15%0.25~0.35%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25~35%60~70%70~76%8

巖心傷害率30~60%8~13%6~12%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≤314破膠后殘?jiān)?%)10-20≤0.1≤0.115返排率（%）20-5060~9060~9016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APCF體系與傳統(tǒng)壓裂液性能對(duì)比表對(duì)比指標(biāo)胍膠體系VES體系材料名稱型號(hào)不同溫度段建議用量，%說明低溫區(qū)25~50℃中溫區(qū)50~100℃高溫區(qū)100~150℃抗溫抗鹽聚合物清潔壓裂液增稠劑APCF-10.300.30~0.400.40~0.70粉劑可逆交聯(lián)劑(流變助劑)APCF-B0.150.15~0.200.20~0.35液體耐溫助劑APCF-C——0.05~0.15粉劑破膠劑過硫酸銨0.20-0.25（+0.05三乙醇胺）0.02~0.080.10~0.20（膠囊）基液初始粘度，mPa.s30~5030~6040~80在常溫下測定170s-1剪切120min后粘度，mPa.s≥30≥25≥20在使用溫度下測定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）：材料名稱型號(hào)不同溫度段建議用量，%說明低溫區(qū)25~50℃中溫四、下一步應(yīng)用方向1、大力推廣聚合物清潔壓裂液體系2、可逆交聯(lián)劑的多重交聯(lián)與延遲交聯(lián)技術(shù)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(chǔ)連續(xù)配液施工技術(shù)……四、下一步應(yīng)用方向1、大力推廣聚合物清潔壓裂液體系清潔低傷害，無毒無污染；配液簡便，對(duì)水適應(yīng)力強(qiáng)；性價(jià)比高，替代胍膠，優(yōu)于其他合成聚合物；成熟，且技術(shù)持續(xù)發(fā)展改進(jìn)，可以針對(duì)油藏特點(diǎn)設(shè)計(jì)和改進(jìn)壓裂液體系……1、大力推廣聚合物清潔壓裂液體系清潔低傷害，無毒無污染；2、可逆交聯(lián)劑的多重交聯(lián)與延遲交聯(lián)技術(shù)180℃時(shí)，初始粘度80~120mPa.s，剪切90Min，80~120mPa.s2、可逆交聯(lián)劑的多重交聯(lián)與延遲交聯(lián)技術(shù)180℃時(shí)，初始粘度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(chǔ)連續(xù)配液施工技術(shù)……3、速溶與連續(xù)配液技術(shù)簡便高效混配裝置現(xiàn)場配液，自帶發(fā)電機(jī)流量3M3/min循環(huán)時(shí)間10min配液速度：50M3/20min簡便高效混配裝置粉劑在線連續(xù)配液系統(tǒng)粉劑在線連續(xù)配液系統(tǒng)可逆交聯(lián)低傷害壓裂液體系A(chǔ)PCF課件最新速溶聚合液APCF-2——配液濃度0.5%，砂比20-50%，交聯(lián)劑0.25%在10秒鐘內(nèi)快速溶解增稠劑、立即混砂、接著交聯(lián)，懸砂能力已非常高。特別適合連續(xù)在線混配。最新速溶聚合液APCF-2滿足“萬方液、千方砂”的大規(guī)模配液要求。適合頁巖氣井、煤層氣井壓裂以及大規(guī)模體積改造的壓裂連續(xù)無儲(chǔ)配液。樣機(jī)已經(jīng)做好。小試很成功。滿足“萬方液、千方砂”的大規(guī)模配液要求。適合頁巖氣井可逆交聯(lián)低傷害壓裂液體系A(chǔ)PCF課件五、現(xiàn)場應(yīng)用情況2010年以來，聚合物清潔壓裂液體系（含攜砂液）在國內(nèi)各大油田成功進(jìn)行了近200口井的壓裂施工，取得了良好效果，正處于推廣應(yīng)用階段。施工井中包括超低溫（25°）、超高溫（150°）、泡沫壓裂、酸壓聯(lián)作、煤層氣井等各種復(fù)雜井壓裂。五、現(xiàn)場應(yīng)用情況2010年以來，聚合物清潔壓裂液體系（含攜砂近期擬施工新技術(shù)的高難度井和推廣井:（1）大慶海拉爾：80-120℃，大液量、大排量、高砂比；

分別采用速溶干粉和速溶聚合液技術(shù)；（2）中石化工程院：勝利2口直井，150℃，3~8層，液量5000方，排量5-7方，連續(xù)油管噴射，粘彈性清潔壓裂；重點(diǎn)采用了熱驅(qū)動(dòng)延遲成膠控制初始粘度、延遲雙重交聯(lián)技術(shù)降低管流摩阻的技術(shù)。其他：（3）勝利，車-某井，117℃，470方液，砂比30%，排量4~5方/min；（4）吐哈：神平213井，62℃……（5）南陽：南-某井，119℃，500方液，排量4方/min；（6）吉林：超低溫井~高溫井；全面推廣，此外MI公司也開始推廣。（7）蘇里格：中溫，氣井；（8）四川：60-100℃，氣井（9）中石化：華北局等氣井……近期擬施工新技術(shù)的高難度井和推廣井:總結(jié)從現(xiàn)場應(yīng)用情況看，清潔壓裂液APCF具有配制簡單、全過程無殘?jiān)?、低傷害、攜砂能力強(qiáng)、耐高溫、易于徹底破膠、返排效果好等優(yōu)點(diǎn)。施工中能夠在目的油氣層造成更理想的裂縫深度，保持較高的裂縫導(dǎo)流能力，既可以提高油氣井的采收采，又能降低對(duì)地層的傷害，是真正意義上的清潔壓裂液?？偨Y(jié)從現(xiàn)場應(yīng)用情況看，清潔壓裂液APCF具有配制參考價(jià)格（元/M3）液體高溫100-150℃中溫50-100℃低溫20-50℃油田胍膠成本1000700530我們的報(bào)價(jià)642~800505~585370~450成本節(jié)約>20%>20%>20%參考價(jià)格（元/M3）液體高溫中溫低溫油田胍膠成本100謝謝！謝謝！可逆交聯(lián)低傷害壓裂液體系A(chǔ)PCF課件鄭焰博士北京愛普聚合科技有限公司可逆交聯(lián)低傷害壓裂液

APCF體系

——新一代壓裂液技術(shù)

鄭焰博士可逆交聯(lián)低傷害壓裂液

APCF體提綱一、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)展歷程三、可逆交聯(lián)低傷害壓裂液APCF體系四、下一步發(fā)展方向五、現(xiàn)場應(yīng)用情況提綱一、常規(guī)胍膠壓裂液體系存在的問題一、常規(guī)壓裂液體系存在的問題壓裂液的基本要求懸浮攜砂能力強(qiáng)流變性好造縫能力強(qiáng)低傷害易破膠低濾失低摩阻易配制成本低……壓裂液是壓裂工程的血液核心材料——壓裂液增稠劑一、常規(guī)壓裂液體系存在的問題懸浮攜砂能力強(qiáng)壓裂液是壓裂工程的存在不溶物高溫穩(wěn)定性不好抗剪切性差破膠后必須盡快返排殘?jiān)鼘?duì)儲(chǔ)層傷害較大原料供應(yīng)受限存在的問題（基于胍膠GuarGum、改性胍膠CMG,HPG,CMHPG）關(guān)鍵問題：不清潔—傷害儲(chǔ)層成本高—依賴進(jìn)口3、4、6、9、12、14…萬/噸存在不溶物存在的問題關(guān)鍵問題：胍膠來源于南亞的天然植物胍膠來源于南亞的天然植物胍膠類壓裂液殘?jiān)膩碓措夷z本身不溶物4-20%配液、交聯(lián)與破膠作用產(chǎn)生的不溶物>20%胍膠類壓裂液殘?jiān)膩碓措夷z本身不溶物4-20%清潔壓裂液（或稱低傷害壓裂液）：對(duì)儲(chǔ)層無直接傷害（不溶物、殘?jiān)?、殘膠）二次傷害小（如水敏、水鎖、堿敏等）易返排，少殘留關(guān)鍵問題：無殘?jiān)鼜氐灼颇z滿足施工要求二、清潔壓裂液的概念與發(fā)展歷程清潔壓裂液（或稱低傷害壓裂液）：二、清潔壓裂液的概念與發(fā)展歷（一）粘彈性表面活性劑VES（Visco-ElasticSurfactant）（斯倫貝謝，1997）（一）粘彈性表面活性劑VESVES清潔壓裂液存在的問題成本高：分子量小，導(dǎo)致用量大、成本高耐溫能力差：使用溫度低（通常80℃以下）穩(wěn)定性差：膠束遇水遇油不穩(wěn)定懸浮能力不強(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VES清潔壓裂液存在的問題成本高：分子量小，導(dǎo)致用量大、成本（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：抗溫抗鹽性、抗剪切能力、懸浮能力差；摩阻大；難破膠和難返排，產(chǎn)生新的傷害；初始粘度過大……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)（二）聚丙烯酰胺凝膠類交聯(lián)后壓裂液挑掛情況，明顯有細(xì)小的獨(dú)立（三）清潔壓裂液的新思路：可逆交聯(lián)低傷害壓裂液APCF體系胍膠：分子量超大化學(xué)交聯(lián)、強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)增粘、低濃度VES：分子量小不交聯(lián)、弱結(jié)構(gòu)弱增粘、高濃度APCF：分子量適中可逆交聯(lián)、粘彈性結(jié)構(gòu)強(qiáng)增粘、低濃度（三）清潔壓裂液的新思路：可逆交聯(lián)低傷害壓裂液APCF體系胍APCF體系——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(gè)溶液體系的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(多級(jí)可逆結(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：APCF體系——可逆交聯(lián)的多元結(jié)構(gòu)型聚合物：其分子結(jié)構(gòu)為：可逆結(jié)構(gòu)的壓裂液預(yù)期特點(diǎn)及其影響條件η結(jié)構(gòu)η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(jià)比高。η表觀＝η結(jié)構(gòu)＋η非結(jié)構(gòu)可逆結(jié)構(gòu)的壓裂液預(yù)期特點(diǎn)及其影響條件η結(jié)構(gòu)η非結(jié)構(gòu)表觀粘度粘基本體系2種組分：新型聚合物增稠劑APCF-1可逆交聯(lián)劑APCF-B選配助劑：耐溫助劑APCF-C(100℃以上使用）防膨劑/粘穩(wěn)劑(水敏性地層使用）可降解降濾失劑（高滲透地層使用）助排劑（氣井壓裂時(shí)使用）……已申請專利：20110223102.6三、可逆交聯(lián)低傷害壓裂液APCF體系基本體系2種組分：已申請專利：20110223102.6對(duì)儲(chǔ)層低傷害高效增粘超強(qiáng)懸浮能力適應(yīng)溫度范圍寬

耐鹽性好APCF體系主要性能特點(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(jià)比高對(duì)儲(chǔ)層低傷害APCF體系主要性能特點(diǎn)6.抗剪切性能優(yōu)異1、對(duì)儲(chǔ)層低傷害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，易返排

APCF體系破膠后

APCF體系配液后1、對(duì)儲(chǔ)層低傷害APCF體系破膠后APCF體系配液后四個(gè)低傷害壓裂液樣本對(duì)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(duì)巖心滲透率傷害高達(dá)28.3%巖心傷害評(píng)價(jià)對(duì)比

壓裂液

巖芯規(guī)格

煤油滲透率（×10-3μm2）傷害率η（%）（d×L）（cm×cm）

傷害前滲透率K1

傷害后滲透率K213.8×7.612.5111.0611.5423.8×7.613.9812.1712.9133.8×7.612.1110.6412.0843.8×7.613.2811.7211.75有機(jī)硼交聯(lián)胍膠3.8×7.612.769.1528.3四個(gè)低傷害壓裂液樣本對(duì)巖心滲透率平均損害率為12.07%，巖支撐劑導(dǎo)流能力傷害實(shí)驗(yàn)20/40目支撐劑破膠液傷害導(dǎo)流能力（μm2.cm）測試曲線破膠液1：APCF聚合物清潔壓裂液，破膠液2：HPG瓜膠壓裂液破膠液1的導(dǎo)流能力明顯高于破膠液2

支撐劑導(dǎo)流能力傷害實(shí)驗(yàn)20/40目支撐劑破膠液傷害導(dǎo)流能力（2、高效增粘

聚合物增稠劑APCF-1具有超強(qiáng)的增粘性；使用組分少，效率高；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2、高效增粘3、超強(qiáng)懸浮能力

APCF壓裂液具有的可逆交聯(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(shí)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：3、超強(qiáng)懸浮能力壓裂液粘彈性動(dòng)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(chǔ)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(gè)試驗(yàn)過程中壓裂液彈性明顯地大于粘性。圖7

APCF壓裂液體系的粘彈性動(dòng)態(tài)特征壓裂液粘彈性動(dòng)態(tài)特征：圖7APCF壓裂液體系的粘彈性動(dòng)態(tài)特模量測試：模量測試實(shí)驗(yàn)表明一般情況下APCF壓裂液體系的儲(chǔ)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壓裂液的流變參數(shù)模量測試：表5.1壓裂液的流變參數(shù)胍膠壓裂液的儲(chǔ)能模量G#和復(fù)合模量G*表觀粘度，mPa.S105209406儲(chǔ)能模量，G#17.633.248.7復(fù)合模量，G*21.841.560.6APCF清潔壓裂液的儲(chǔ)能模量G#和復(fù)合模量G*表觀粘度，mPa.S11213056108200儲(chǔ)能模量，G#3.2012.6020.1026.4029.5031.60復(fù)合模量，G*3.2112.7020.2026.5029.7031.70APCF體系在30mPa.S的攜砂能力近似于胍膠壓裂液在105mPa.S。胍膠壓裂液的儲(chǔ)能模量G#和復(fù)合模量G*表觀粘度，mPa.S1APCF溶液（0.30%），支撐劑懸浮48h以上懸浮能力對(duì)比胍膠溶液中（0.4%交聯(lián)后），支撐劑5~10min有下沉現(xiàn)象APCF溶液（0.30%），懸浮能力對(duì)比胍膠溶液中（0.4%（0.35%APCF-1+0.18%APCF-B；支撐劑：20/40目陶粒，密度為1.85g/cm3。）懸砂靜置1h時(shí)懸砂靜置2h時(shí)懸砂能力懸砂靜置4h時(shí)懸砂靜置6h時(shí)靜止6小時(shí)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。（0.35%APCF-1+0.18%APCF-B；懸砂靜置1(1)APCF-1+APCF-B，配制粘度20、30、40mPa.s(2)HPG+四硼酸鈉，配制粘度50、75、400mPa.s壓裂液類別編號(hào)粘度(mPa.s)10cm沉降時(shí)間(s)沉降速度(mm/s)APCF壓裂液1201500.66672306000.166734012000.0833HPG壓裂液450541.8519575303.3333640011400.087720mPa.s的APCF壓裂液的懸浮能力明顯超過50mPa.s的胍膠壓裂液。40mPa.s的APCF壓裂液的懸浮能力與400mPa.s的胍膠壓裂液相當(dāng)。懸浮能力對(duì)比(1)APCF-1+APCF-B，配制粘度20、3不同粘度的APCF壓裂液懸浮能力對(duì)比（40目支撐劑）60mPa.s60min30mPa.s30min20mPa.s10min不同粘度的APCF壓裂液懸浮能力對(duì)比60mPa.s30mPa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

可充氣或使用生泡劑，泡沫均勻、穩(wěn)定，密度可低至0.45g/cm3；

泡沫懸浮能力強(qiáng)，低密度泡沫懸浮支撐劑可達(dá)72h；

容易消泡和破膠密度0.45泡沫液，混入支撐劑10min后72hr后破膠消泡后充氣泡沫液的穩(wěn)定性和懸浮能力密度0.45泡沫液，72hr后破4、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(shí)，可達(dá)到180℃。5、耐鹽性好

APCF體系在礦化度0~10%范圍內(nèi)可正常使用。4、適應(yīng)溫度范圍寬60℃，0.3%APCF-1+0.15%APCF-B，170s-1，剪切1.5h，

粘度50~55mPa.s60℃，0.3%APCF-1+0.15%APCF-B，100℃，0.35%APCF-1+0.18%APCF-B，170s-1，剪切2h，

粘度35~45mPa.s100℃，0.35%APCF-1+0.18%APCF-B150℃：0.7%APCF-1+0.35%APCF-B+0.1%APCF-C+2%KCl170s-1，

剪切2h，40~55mPa.s150℃：0.7%APCF-1+0.35%APCF-B180℃：0.77%APCF-1+0.19%APCF-B2+0.2%APCF-C+2%KCl170s-1

剪切2h，50-100mPa.s180℃：0.77%APCF-1+0.19%APCF-B6、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(huì)明顯破壞液體的流變性。6、抗剪切性能優(yōu)異抗剪切性常規(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(shí)間增長而不斷下降；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(shí),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(shí)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(shí)間較長的壓裂作業(yè)（如深井、大型壓裂等）。抗剪切性剪切稀釋性：是結(jié)構(gòu)性流體固有的特性，因此能很好解決流動(dòng)中在保證良好懸浮攜砂的前題下大幅度降低流動(dòng)阻力。

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%)剪切稀釋性：圖4達(dá)西-韋氏摩擦系數(shù)與流速的關(guān)系曲線(主劑屈服應(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。圖6

130℃【注】用量在兩個(gè)溫度下均為0.6%+KCl2%+輔劑0.3%屈服應(yīng)力：圖5120℃APCF體系在120℃、13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τy為9.4Pa。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)。且升高溫度對(duì)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%+輔劑0.3%流變參數(shù)：溫度，℃8090100110120*130*n0.變剪切實(shí)驗(yàn)變剪切實(shí)驗(yàn)7、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。減阻原理：屬于高分子表面活性劑，類似滑溜水；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；可逆交聯(lián)在高速流動(dòng)中可滑動(dòng)分離，與胍膠交聯(lián)體在流動(dòng)中的牽扯阻力相比，流動(dòng)阻力小。7、降摩阻性能突出8、其他水力壓裂性能表現(xiàn)好表面張力低（常溫下25.24mN/m）界面張力低（常溫下0.35mN/m）對(duì)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。8、其他水力壓裂性能表現(xiàn)好由于破膠后界面張力低破膠徹底采用常規(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℃APCF-1%APCF-B%APCF-C%KCl%破膠條件12小時(shí)3小時(shí)125-400.30.15——過硫酸銨0.25~0.2%+三乙醇胺0.05%過硫酸銨0.3~0.25%+三乙醇胺0.05%340-1000.3~0.350.15~18—0.5過硫酸銨0.01~0.005%過硫酸銨0.08~0.02%6100-1500.35~0.650.18~0.330.05~0.151過硫酸銨0.1~0.15%過硫酸銨0.15~0.25%靜態(tài)破膠實(shí)驗(yàn)破膠劑加量（破膠溫度65℃）300ppm400ppm600ppm800ppm1000ppm破膠時(shí)間160分鐘完全破膠120分鐘完全破膠90分鐘完全破膠60分鐘完全破膠30分鐘完全破膠破膠徹底No溫度APCF-1APCF-BAPCF-CKCl破性能特點(diǎn)總結(jié)：APCF體系的四點(diǎn)突出技術(shù)優(yōu)勢：

對(duì)儲(chǔ)層低傷害

低粘度具有超強(qiáng)攜砂能力、低摩阻

超快速溶，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線配液

環(huán)境友好，無重金屬污染性能特點(diǎn)總結(jié)：APCF體系與傳統(tǒng)壓裂液性能對(duì)比表對(duì)比指標(biāo)胍膠體系VES體系A(chǔ)PCF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(℃)50~12030~10025~1803耐鹽性好好好4增稠劑用量(50-100℃)0.35~0.60%2~15%0.25~0.35%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25~35%60~70%70~76%8

巖心傷害率30~60%8~13%6~12%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≤314破膠后殘?jiān)?%)10-20≤0.1≤0.115返排率（%）20-5060~9060~9016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APCF體系與傳統(tǒng)壓裂液性能對(duì)比表對(duì)比指標(biāo)胍膠體系VES體系材料名稱型號(hào)不同溫度段建議用量，%說明低溫區(qū)25~50℃中溫區(qū)50~100℃高溫區(qū)100~150℃抗溫抗鹽聚合物清潔壓裂液增稠劑APCF-10.300.30~0.400.40~0.70粉劑可逆交聯(lián)劑(流變助劑)APCF-B0.150.15~0.200.20~0.35液體耐溫助劑APCF-C——0.05~0.15粉劑破膠劑過硫酸銨0.20-0.25（+0.05三乙醇胺）0.02~0.