中高温酸性清洁压裂液研究与应用(精选)

清洁压裂液研究进展雷跃雨 王世彬 郭建春 刘莎莎(油气藏地质及开发工程国家重点实验室 西南石油大学)摘要 清洁压裂液是一种无聚合物的黏弹性液体。

其稠化剂为特定的表面活性剂,这些表面活性剂分子溶解在盐水中会形成棒状胶束,依靠胶束间相互缠绕形成的三维网状结构达到有效携砂;烃类物质能破坏表面活性剂的胶束结构,不需要外加破胶剂。

因此,清洁压裂液的交联、携砂和破胶等原理都不同于常规压裂液。

本文综述了清洁压裂液的增稠原理、流变性能、破胶性能,以及未来发展趋势。

关键词 清洁压裂液 胶束 黏弹性DOI:10 3969/j.issn.1002-641X 2010 11 007水力压裂作为油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施已经发展应用了60年。

在影响压裂成败的诸多因素中,压裂液的性能至关重要。

由于成本低、流变性能好等优点,水基冻胶压裂液作为主要的压裂液已经应用了很多年,但这类压裂液的稠化剂均是一些大分子的聚合物,如改性胍胶、羟丙基纤维素及聚丙烯酰胺等。

这些大分子聚合物,虽然成胶质量好,但因其溶解分散性差,水不溶物多,易形成鱼眼!等,使得聚合物的利用率大大降低。

此外,增稠剂与交联剂交联形成的超大分子中就有相当一部分未彻底破胶的物质和水不溶物,在压裂施工后残留在地层裂缝中,使地层渗透率下降,引起二次伤害,导致压裂改造效果降低[1]。

无聚合物、黏弹性表面活性剂(VES)压裂液技术的成功应用为我们引入了清洁压裂液。

清洁压裂液又称表面活性剂压裂液、无伤害压裂液,是以一种防膨能力很强的表面活性剂为增稠剂的胶体压裂液体系,其不含任何聚合物,不含有任何不溶于水和烃类的固体。

因此,清洁压裂液中无残渣,不存在引起伤害的固体微粒,对地层基本无二次污染伤害[2]。

而且,形成的裂缝面相对胍胶压裂液更干净,压裂液对裂缝面的伤害也明显减少;返排时间短,在碳氢化合物相中,表面活性剂可以自我分解成多个部分,在产出水中残留很少,利于(普通水)返排,恢复导流能力可达97%[3]。

清洁压裂液特点
与支撑剂配伍性好
清洁压裂液PH值接近7，偏中性，对树脂涂敷砂涂层 没有伤害作用，而交联瓜胶液PH值一般大于10，而高PH 值的压裂液会溶解树脂包层。
环境友好
在自然环境下流体容易降解，在环境脆弱地区施工更 有优势。
清洁压裂液在现场的应用
1997-2004年间清洁压裂液在全球 应用超过6000井次，仅2002-2004年间 压裂近4000次。在低压、低渗油气藏改 造中清洁压裂液体系运用比较广泛。
5
4
3
2
1
0 清洁压裂液
3.68 万方/天
交联瓜胶液
Rock Spring油田采用清洁压裂液 的试验井产量增加一倍以上
清洁压裂液在现场的应用
实例3 美国德克萨斯南部某气井清洁压裂液施工参数
油气井 类型
气井
清洁压裂液 配方
2%表面活性剂 +3.6%有机盐
储层 中深 (m) 20002095
平均排量 (m3/min)
粘度(mPa.s)
粘度(mPa.s)
800 700 600 500 400 300 200 100
0 0
250
200
150
100
50
0 0
粘度（mPa) 剪切应力（Pa)
100
200
300
400
剪切速率(1/s)
粘度（mPa.s) 剪切应力（Pa)
500
1000
剪切速率(1/s)
30 25 20 15 10 5 0 500
目前试验成功的最高砂浓度 1904kg/m3(16ppg), 单 井 最 高 加 砂 量164吨。
清洁压裂液特点
不用破胶剂且破胶彻底

携砂 能力 强 ，压 裂效果 好 ．易 于现 场配 制与操 作 。当此 压裂 液与地层 中烃 类相 遇 或被地 层水 稀释 时 ，它 会 自动破胶 ，不会 留下任何 残渣 。大量 的室 内实 验和现 场应用 结果 表 明 ，该 产 品性能 稳定 ，现场 应用 ］
也取得 了满 意 的结果 。
ｌ 交联水酸性清洁压裂液性能评价
１ １ 对 储 层 的 伤 害评 价 ．
在 常温常压 下 ，分别 用安 塞油 田的长 ２和长 ６ 储层 岩心 对交联 水 酸性清 洁压 裂 液和低 伤 害胍胶压裂
液进行 储层伤 害性 能评价 。试 验 结果 表 明 ，交联 水 酸 性 压裂 液 对 储 层 的 伤 害 与储 层 性 质有 关 （ １ 。 表 ）
粘 度很低 的水溶 液 。 因此 ，压 裂液 在裂 缝 中接
触 到地 层原油 或天然 气便 会破 胶 ；或 遇地层 水 ，被地 层 水稀 释很 多 倍后 ，液体 达 不 到 最低 的活 化浓 度 ，
压 裂液 被稀释 而呈低 粘液 体 ，也会 快 速破胶 。在盔 内将原 油与 交联液 按不 同 比例混 合测 定破 胶时 间 ，其 结 果如 表 ２所示 。
． ．
月
Ｖ ｏ
交 联 水 酸 性 清 洁 压 裂 液 研 究 与 应 用
李 西 军 ，王 伟 ，李 莉 （ 长庆油田分公司第一采油厂， 陕西 延安 ７ ５０ １ ０ ） ７
［ 摘要］ 目前水力压裂 最常用的压裂液为胍胶 ．由于其存在 固相不溶 物・对储 层形成 二次伤害 ，在 一定程
破 胶后压裂 液外 观为 无 色透 明液体 ，室 内 ｐ 值为 ４ ０ Ｈ ． ，在室 温 １ ℃下 返 排 破胶 液 粘 度 ８
表 ２ 交联 水 酸 性 清 洁 压 裂 液 破胶 试 验

粘弹性是影响粘弹性表面活性剂溶液应用性能的一个最重要的性能指标，很 多学者认为：粘弹性的形成是由于粘弹性表面活性剂在盐水溶液中形成了棒状胶 束，随着棒状胶束的增多而发生了相互缠结，形成了类似交联聚合物大分子的空 间网状结构。
随着粘弹性流体的出现，应用常规评价流体的方法来评价粘弹性流体就碰到 了困难。通过多年的研究，获得了较好的评价方法，即通过应用储能模量（’） 和耗能模量（”）来量度：储能模量是体系弹性效应的量度，而耗能模量则是粘 性效应的量度。同时还可以应用 tgδ 来表征溶液粘弹性的大小。
4.3 粘弹性
粘弹性是 VES 溶液的一个特殊性质。它是一种能在很多胶态体系尤其是很 多表面活性剂溶液中观察到的现象。通过简单的使溶液涡旋和观察捕集在样品中 空气泡的弹性碰撞，很容易发现溶液的粘弹性，VES 溶液在剪切下，不仅会产 生切向应力，同时还会产生法向应力，众多学者研究发现，法向应力的产生是溶 液弹性作用的结果。
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清洁压裂液的研究与应用
4 清洁压裂液的流变特性
4.1 低粘度特性
在压裂施工中，即使其在很低粘度下（≤20mPa·s）也能对支撑剂达到悬浮稳 定作用，这一性质是聚合物无法比拟的。较低的粘度使其可以有较低的摩阻和低 泵注压力，避免了使用大功率的设备。
4.2 优良的剪切稀释特性
清洁压裂液是由表面活性剂胶束缠结而产生粘弹性，此结构在剪切作用下会 发生拆散，使缠结的胶束团重新转变为单个或较少胶束缠结结构，使粘度大幅下 降，当剪切消失，结构又自动恢复。由于这种特殊的性质，使其广泛应用在油田 开采作业和涂料等领域。
图 5-1 棒状胶束相互缠绕形成的网状结构示意图
5.2 抗剪切机理
清洁压裂液中不含任何高分子聚合物，其粘度是通过表面活性剂胶束的相互 缠绕而形成的，这与胍胶压裂液的粘度形成机理不一样。VES胶束的形成和相互 缠绕是表面活性剂分子之间和表面活性剂聚集体之间的行为，表现为清洁压裂液 的表观粘度不随时间变化以及通过高剪切后体系的粘度又能得到恢复[17]，而植 物胶压裂液不耐剪切，分子链的断开会使植物胶的粘度永久地丧失。