清洁压裂液的破胶影响因素研究

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]。

清洁压裂液的配方优选及性能评价摘要：清洁压裂液是一种无聚合物压裂液，是在合成长链脂肪酸衍生的粘弹性表面活性剂的基础上，添加了助表面活性剂和粘土防膨剂等助剂，重点研究了该压裂液体系的粘度与质量分数、盐含量、ph值和温度的关系，以及压裂液的破胶性能等。

关键词：清洁压裂液粘弹性表面活性剂胶束压裂技术在油田生产开发过程中，对近井解堵、储层改造、地层防砂、区块开发起着重要的作用，是油井增产的主要手段之一，其中压裂液起着传递压力和携带支撑剂作用，是压裂施工中重要的组成部分。

现在普遍使用的水力压裂液，主要采用天然聚合物胍胶为主剂，交联剂、防膨剂、破胶剂等为助剂。

聚合物配置需要一定的溶解时间，配制条件对设备的分散效果要求很高，并且需要巨型储备罐，配置后的压裂液在长时间存放过程中会变质、失去自身功用。

压裂液在破胶后会留下大量的残余物不能排出，对返排液分析表明，只有35%胍胶基聚合物可返排，其余留在压开的裂缝中，降低了地层的渗透率，对地层造成严重伤害。

因此研制配制简便且对地层伤害较小的压裂液体系是提高压裂效率非常有效的方法。

一、清洁压裂液1.清洁压裂液压裂机理清洁压裂液是一种粘弹性表面活性剂分子，这种压裂液依靠特殊合成的小分子量增稠物，在一定量盐溶液介质条件下，使粘弹性表面活性剂分子聚集，形成以长链疏水基团为内核，亲水基团向外伸入溶液的球型胶束；当粘弹性表面活性剂的浓度继续增加，表面活性剂胶束占有的空间变小，胶束之间的排斥作用增加，此时球形胶束开始变形，合并成为占有空间更小的线状或棒状胶束；棒状胶束会进一步合并，变成更长的蠕状胶束，这些胶束由于疏水作用会自动纠缠一起，形成空间交联网络结构，此时溶液体系具有良好的粘弹性和高剪切粘度，并具有良好的悬砂效果；随着表面活性剂浓度不断增加，交联网络状胶束还可以变为海绵状网络结构。

该胶束能有效输送支撑剂，遇地层水后胶束又会变成小球形胶束，达到破胶的效果。

2.清洁压裂液优点清洁压裂液具有滤失低、对地层无伤害等特点。

不同因素对阳离子型酸性清洁压裂液黏度特性的影响随着石油勘探领域的不断发展，以清洁压裂液为代表的一系列生产工艺逐渐成为当今石油工业的主流。

多种酸性清洁压裂液在石油勘探中发挥着重要的作用，其中阳离子型酸性清洁压裂液在油井作业中广泛应用。

不同环境条件及成分配比对其黏度特性有着显著的影响，本文主要探讨不同因素对阳离子型酸性清洁压裂液黏度特性的影响。

一、水质对清洁压裂液黏度的影响酸性清洁压裂液的黏度与水的硬度、含盐量等水质参数密不可分。

当水的硬度过高或含盐量过高时，清洁压裂液中的各种化学物质将与之反应，导致黏度下降。

因此，在生产中应尽可能选择硬度和盐量较低的水源，并加入一定量的钙、镁离子等水硬化剂使水质与压裂液成分达到一定平衡。

二、压力对清洁压裂液黏度的影响高压力能够使清洁压裂液中分子的运动更加剧烈，使分子间的化学反应更加活跃，从而导致黏度增加。

这就要求在生产过程中严格把控压力，并针对不同的压力水平进行液压停留时间、酸量、粘度等参数的调整。

三、添加剂对清洁压裂液黏度的影响如今，市场上的主流清洁压裂液通常都含有各种添加剂。

加入不同的添加剂具有不同的增黏效果，如聚丙烯酰胺(PAM)等聚合物能够显著增加清洁压裂液的黏度。

因此，在生产中可以透过不同的添加剂配方来调整清洁压裂液的黏度，以满足不同环境条件下的需求。

四、温度对清洁压裂液黏度的影响温度和压力的影响类似，均会影响分子的运动，并改变分子间的化学反应速度。

但不同的是，温度不仅单独影响清洁压裂液的黏度，还会对除黏度以外的一系列性质发生影响。

一般来说，温度越高，清洁压裂液的黏度就越小。

因此，在生产过程中，需要根据内外温度环境来调整清洁压裂液的生产工艺，以保证数量的一致性和品质的稳定性。

综上所述，清洁压裂液产生的黏度直接影响着其在石油勘探领域中的应用。

因此，在生产过程中需要充分考虑各种因素，特别是水质、压力、添加剂、温度等，针对不同因素进行控制和调整，以达到不同条件下的最优化黏度值。

油田化学粘弹性清洁压裂液的研究与应用卢拥军1 房鼎业1 杨振周2 宫长利3 王海楼3 强会彬3(1.华东理工大学化工学院;2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院;3.吉林石油集团公司井下工程公司)摘 要 针对吉林油田油藏特点,优化出了VES-70粘弹性清洁压裂液配方体系。

分析了粘弹性清洁压裂液的水溶液增粘特性、耐温耐剪切性能、破胶性能、动态滤失与损害性能,介绍了现场应用工艺和应用效果。

研究结果表明,该清洁压裂液应用简便,直接将粘弹性表面活性剂加入清水中,即可形成粘弹性凝胶,具有明显的网络结构,粘弹性好、剪切稳定性强、支撑悬浮力好、施工摩阻低,可控制裂缝的有效延伸,增产效果显著。

关键词 粘弹性表面活性剂 流变性 摩阻 清洁压裂液 现场应用压裂作为油气藏的主要增产措施已得到迅速的发展和广泛的应用,压裂液是压裂改造的重要组成部分和关键环节,优质、低损害、低成本是压裂液发展的主题。

目前,国内外广泛使用水基植物胶压裂液,美国占60%~70%,而国内占90%以上[1]。

压裂过程在改造储层的同时,也由于植物胶压裂液残渣、滤饼和浓缩胶的存在,导致裂缝的渗透能力降低,使压裂的增产效果不能达到最佳。

无聚合物的清洁压裂液是一种新型的压裂液体系,以小分子的表面活性剂在一定溶液介质中,相互缔合形成网络结构的凝胶体系,具有无残渣、低损害的特点[2,3]。

与常规水基压裂液使用8~10种添加剂相比,清洁压裂液仅由2~3种调节剂组成,减少了交联剂、杀菌剂、pH值调节剂、破胶剂、助排剂、消泡剂和起泡剂等的使用,简化了配液程序,可实现即配即用(on-the-fly),降低作业成本。

本文在前期清洁压裂液化学成因[4]、形成过程和流变特性[5]研究的基础上,与吉林油田储层特征相结合,研制出了VE S-70型粘弹性清洁压裂液配方体系,分析了其工艺性能和现场应用效果。

1 储层特征与对压裂液的要求1.1 储层特征吉林油田为我国典型低渗透低效油田,压裂改造是油田开发的主要措施。

动态情况下压裂液的破胶液造成储层伤害的主要原因研究摘要：本文阐述了在利用FDS-800-10000地层伤害仪在动态情况下压裂液破胶液对地层伤害的影响规律。

根据压裂液破胶液中固相和液相的不同伤害机理，分析压裂液破胶液在伤害不同渗透率储层时的主要伤害因素；通过切换不同的剪切速率，分析在压裂液返排时返排速度对地层伤害的影响规律。

研究结果对今后压裂液的性能选择和现场施工有重要意义。

关键词：压裂液破胶液地层伤害渗透率；动态滤失岩芯实验一、前言压裂作为油气层的主要增产措施已得到迅速的发展和广泛的应用，选择合适的压裂液体系，减少压裂液对储层的伤害是提高单井产量的关键技术之一。

人们通过静态岩芯实验针对残渣含量、滤失系数、与地层配伍性等性能，研发了多种压裂液。

目前压裂液破胶液的伤害机理主要为：水锁效应、粘土矿物的膨胀和颗粒运移、吸附滞留、储层润湿性改变，残渣堵塞孔道，残渣形成滤饼。

如果能针对不同渗透率储层抓住评价压裂液性能的重点，就会让压裂施工中压裂液的正确选择事半功倍。

二、实验器材及配方选取1.试验器材岩心抽空加压饱和实验装置；ED53型热对流式烘箱；XT220A电子天平；MARS流变仪；恒速搅拌仪；FDS-800-10000地层伤害仪；高速离心分析仪。

天然岩芯：2.5cm*2.5cm，分选出300-500×10-3μm2和1-10×10-3μm2两种渗透率级别若干。

2.配方的选取优选目前主流的水基压裂液（羟丙基胍胶）的两套配方，参照行业标准《SY/T5107-2005水基压力液性能评价方法》在70℃条件下进行基本性能测定，详见表1。

三、实验方法及数据处理1.流程及装置本实验利用了FDS-800-10000地层伤害仪的动态循环驱替装置来实现驱替过程中伤害液在岩芯端面的动态剪切。

具体操作标准依照《标准SY/T5107-2005》。

（流程图见图1）2.中高渗透率岩心伤害规律根据图3所示，在中高渗透率储层中，同一配方破胶液滤液对储层的伤害明显低于破胶液本身对储层的伤害，且破胶液对储层的伤害随其在岩芯端面的剪切速率增加而有明显的降低趋势。

压裂液的研究进展调研报告压裂已经广泛应用于增产当中，压裂液的性能在作业中起到至关重要的作用。

压裂液存在着破胶难，污染环境，污染储层，抗温抗盐性能差的问题。

为此，在研究大量文献的基础上，回顾了压裂液技术的发展和现状，总结了适合不同地层条件的国内外压裂液新技术，以及现阶段存在的问题，展望了未来的发展方向。

研究结果表明，目前仍是以聚合物增黏剂为主的水基体系，并且研究出了抗高温清洁压裂液，微束聚合物压裂液，无聚合物压裂液以及新型原油基压裂液等等。

水基压裂液残液五步处理法，在现场应用效果明显，残渣，破胶性能，相容性，水锁伤害是储层伤害的主要原因。

压裂液将主要朝着地层伤害小，抗温抗盐，地层适应性强，环境友好的方向发展。

压裂液的类型：水基压裂液、油基压裂液、酸基压裂液、泡沫压裂液。

压裂液自从1947年首次用于裂缝增产以来经历了巨大的演变。

早期的压裂液是向汽油中添加足以压开和延伸裂缝的黏性流体；后来，随着井深的增加和井温的升高，对压裂液的黏度提出了更高的要求,开始采用瓜胶及其衍生物基压裂液。

为了在高温储层中达到足够的黏度和提高其高温稳定性，研究出了高温油基压裂液。

最初使用的压裂液是炼制油和原油，由于最初担心压裂液和含有非酸性水液的油气储层接触，可能产生不利影响，后来实验已经证明，用适当的添加剂（粘土控制物质，表面活性剂等），使用水基液能处理大部分油气储层，在一个已知储层的压裂液处理中，最好是通过实验室地层岩心实验（或者一贯的现场结果）来确定水基压裂液的可用性。

水基压裂液体系及技术包括：非交联型黄原胶/魔芋胶水基冻胶压裂液技术、pac阳离子聚合物压裂液体系、有机硼交联水基压裂液技术、哈利伯顿微束聚合物压裂液体系、高黏度水基压裂液、无聚合物压裂液体系、低凝胶硼酸压裂液、无固相压裂液、无破胶剂压裂液技术压裂液。

油基压裂液体系及技术：低渗、低压、水敏性油气藏储量占每年探明储量的1/3而且有继续上升的趋势，有效合理地开发这部分油气藏对稳定增加油气产量意义重大。

清洁压裂液的研究与应用进展摘要：基于传统聚合物压裂液上提出的黏弹性表面活性剂（VES）压裂液（又名清洁压裂液）中可形成球形胶束，进而演变成具有高黏弹性的空间网状结构，从而实现对支撑剂的有效携带。

清洁压裂液无残余物，不会堵塞地层裂缝，返排性能强，提高了裂缝的导流能力，降低了对地层的损害和污染，增产效果显著。

本文首先综述了清洁压裂液的概况及其三种基本机理，其次对国内外的研究现状进行了简述，最后从目前的发展状况出发提出了几点清洁压裂液的发展趋势。

关键词：清洁压裂液；黏弹性表面活性剂；机理；发展现状水力压裂技术作为提高油气层产率的有效办法，在油气井增产、水井增注、提高低渗透率方面发挥了巨大的作用。

新型清洁压裂液具有残渣少、耐高温、黏度高、返排性好，同时又具有破胶迅速携砂能力强、降滤失性能优等特点。

在压裂作业时能够在目的储层形成一条具有优良导流能力的缝隙，油气储层的渗透性得到很大的提升，不仅可以有效地提高油气井的采收率，还减少了流体在地层裂缝中的渗透阻力和对油气储层的岩心伤害，达到了油井增产和注水增注的目的，从而受到人们的广泛关注，展现出良好的应用前景。

1 清洁压裂液的作用机理成胶机理黏弹性表面活性剂分子中含有亲水基和疏水基，分子链上有正负电荷。

在纯水中，亲水基伸入水相，长链疏水端远离，形成长链疏水基包裹的低黏度球形胶束。

加入盐或反离子表面活性剂等对胶束和水之间的电荷进行屏蔽，占有空间变小，胶束间通过范德华力和弱化学键的作用互相缠绕，转变为柔性棒状胶束。

随着浓度不断增加，在疏水基作用下胶束之间自动进行纠缠，形成空间网络结构。

抗剪切机理胍胶压裂液等抗剪切能力弱，分子链一旦断开，永久丧失黏度。

清洁压裂液的形成机理不同，其黏弹性来自于胶束相互纠缠形成的空间网络结构，抗剪切能力强，黏度保持稳定，高度剪切后能够恢复。

破胶机理盐溶液中清洁压裂液的流动性很低，而在含碳氢化合物和其他疏水物质的溶液中却很高。

上述物质与胶束接触后，棒状胶束在变化的带电环境中膨胀破裂成球状胶束，空间网络结构解体，黏弹性剧烈下降，同清水一般与产出液一起被返排回地面，在裂缝内部和井壁等处无残渣。

第50卷第12期 辽 宁 化 工 Vol.50，No. 12 2021年12月 Liaoning Chemical Industry December，2021收稿日期： 2021-05-07 一种清洁压裂液性能评价研究王春凯，万晓飞（陕西延长石油（集团）油气勘探公司质量监督中心，陕西 延安 716000）摘 要： 在调研前人研究成果的基础上，从成胶原理和破胶原理两个方面详细分析了清洁压裂液的作用机理，在此前提下，对优选出的清洁压裂液进行性能评价，通过室内实验的方法对该清洁压裂液的流变性能、热稳定性能、携砂性能、破胶性能及残渣性能进行综合评价，指出该清洁压裂液具有较强的抗温性能、较好的携砂能力、优异的破胶性能及无残渣的特性，能广泛使用于多种油气藏的压裂施工，具有较好的应用前景。

关 键 词：清洁压裂液；性能评价；破胶性能；携砂性能中图分类号：TE357.12 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2021）12-1878-03随着经济的飞速发展，我国对能源的需求量越来越大，目前，我国主力油田都具有低渗、超低渗的特点，导致开发的难度大大增加。

压裂技术的研发与应用正是解决当前开发难题的关键，而压裂液又是压裂技术的关键，常规的压裂液存在污染性强、残渣含量高、对地层伤害大等缺点，已不能适用于该类油气藏。

清洁压裂液的问世不仅解决了这些问题，也使得压裂液的研究得到新的进展[1-3]。

清洁压裂液即表面活性剂压裂液，依据溶液类型的不同可以分为离子型、非离子型和复合型清洁压裂液体系。

由于清洁压裂液的种类较多，只有对其性能进行研究，才能判断该压裂液是否能够被广泛应用，本文主要通过实验的方法对研制出的清洁压裂液进行性能评价。

1 清洁压裂液的作用机理清洁压裂液属水基压裂液，指将表面活性剂加入盐水中后形成的黏性凝胶液，其本身的结构特征及成胶后的结构特征对压裂效果具有较大的影响。

1.1 清洁压裂液的成胶原理清洁压裂液是一种具有特殊性质的黏弹性表面活性剂，当与水混合后双亲分子发生溶解，亲油基由于受到水分子的排斥向背离于水介质方向倾斜，亲水基在亲水的作用下向水介质方向倾斜，故形成亲水基向外、亲油基向里的胶束结构。

清洁压裂液研究进展及应用现状一、引言- 清洁压裂液的定义及重要性- 国内外清洁压裂液研究现状二、清洁压裂液的成分与性能- 清洁压裂液的成分及其作用- 清洁压裂液的性能及其对操作的影响三、清洁压裂液的制备- 清洁压裂液制备的基本工艺流程- 清洁压裂液配方设计的原则和方法四、清洁压裂液的应用现状- 传统压裂液与清洁压裂液对比- 清洁压裂液在国内外油气田的应用情况五、清洁压裂液的未来发展趋势- 清洁压裂液技术创新的方向及前景- 清洁压裂液应用的未来发展趋势六、结论- 清洁压裂液的优势和局限性- 清洁压裂液的应用前景和发展机遇一、引言在现代工业生产中，水力压裂技术已经被广泛应用于石油、天然气、煤炭等能源领域的开采中，成为了一种重要的工业技术。

而水力压裂的成败，与压裂液的性能密切相关。

压裂液是压裂作业中最为关键的技术要素之一，其质量直接影响到水力压裂的成效。

而清洁压裂液作为一种新型压裂液，其相较于传统压裂液，具有卓越的环保性，更高的压裂效果，受到了越来越多的关注和应用。

本论文旨在系统地总结与分析当前清洁压裂液的研究现状、成分性能、制备方法及应用情况，以及探索其未来的发展趋势。

1.1 清洁压裂液的定义及重要性清洁压裂液是指在水力压裂作业中，具有较高环保性和节能性，且能够提高水力压裂效果的一类新型化学压裂液。

与传统压裂液相比，清洁压裂液在压裂过程中产生的环境污染更少，并能够有效降低生产成本和资源消耗。

由于当前环保意识的不断提高及对能源产业的限制，清洁压裂液的研究开发及应用具有重要的战略意义。

1.2 国内外清洁压裂液研究现状早在20世纪50年代，国外已经开始研究清洁化学压裂液。

短石墨烯等纳米材料、液体渗透剂等成为清洁压裂液的重要组成部分。

国内研究领域中，清洁压裂液在近十年来愈发受到关注。

针对清洁保护套管压裂工艺的研究日益深入，标志着中国压裂工艺技术已经走向了国际化发展的道路。

总体上，在国内外油气开采领域中，清洁压裂液的研究已经得到了广泛的关注。