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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]。
新型清洁压裂液的室内合成及性能研究
陈凯;蒲万芬
【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2006(030)004
【摘要】合成了烷基酰胺季铵盐类阳离子粘弹性表面活性剂(Viscoelastic Surfactant,简称VES)EA-22,采用控制应变速率流变仪测定了50℃时3%EA-
22+2%KCl体系的储能模量和耗能模量,证实了其存在粘弹性.研究了EA-22作为
清洁压裂液增稠剂的流变性能.实验结果表明,EA-22的合成方法具有反应条件缓和、产率较高、副反应少的特点,3%EA-22+2%KCl体系在80 ℃,105 s-1条件下表观
粘度达到86 mPa·s,该体系能够满足悬砂性的要求;体系通过盐水饱和的低渗透岩
心时滤失速度较低,破胶简单彻底,残渣少,破胶液粘度低,容易返排.
【总页数】4页(P107-110)
【作者】陈凯;蒲万芬
【作者单位】中国石油大学,石油工程学院,山东,东营,257061;西南石油大学,石油工程学院,四川,成都,610500
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.1;O647.2
【相关文献】
1.一种经济型清洁压裂液室内研究及性能评价 [J], 刘炜;张斌;肖佳林;明华;凡帆
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4.一种新型清洁压裂液的室内合成研究 [J], 王杰东;范落成
5.煤层气新型清洁压裂液室内研究及现场应用 [J], 李亭;杨琦;冯文光;张骞
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国内清洁压裂液的研究与应用方飞飞;唐善法;田磊;梁策;刘明书;黄嵘【摘要】总结了压裂液的发展历程,分析归纳了目前国内外清洁压裂液体系的组成、作用机理.对国内清洁压裂液在油井、天然气和煤层气中的最新研究与应用进行了综述,并针对清洁压裂液的发展趋势提出了自己的看法.【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2012(013)010【总页数】5页(P5-9)【关键词】清洁压裂液;表面活性剂;增黏机理;油气井;煤层气【作者】方飞飞;唐善法;田磊;梁策;刘明书;黄嵘【作者单位】长江大学石油工程学院,荆州434023;长江大学石油工程学院,荆州434023;长江大学石油工程学院,荆州434023;长江大学石油工程学院,荆州434023;长江大学石油工程学院,荆州434023;长江大学石油工程学院,荆州434023【正文语种】中文压裂作为油气藏增产增注的主要措施已得到迅速发展和广泛应用，压裂液是压裂技术的重要组成部分，是决定压裂成败的关键。
自从1947年首次用于裂缝增产以来，压裂液已经历了巨大的演变［1］。
早期的压裂作业是通过向汽油中添加形成足以压开和延伸裂缝的黏性流体，后来逐渐采用胍胶及其衍生物作为工作液;但随着井深的增加和温度的升高，对压裂液黏度的要求越来越高。
为了在高温储层中达到足够的黏度和提高其高温稳定性能，开始采用硼、锆、钛等无机和有机金属离子作为交联剂［2］。
与此同时，针对一些特殊地层(如高温、低温、低渗透、水敏地层等)和特殊工艺需要(如快速配置、延迟交联、快速破胶、酸化压裂等)，发展了各种特殊的压裂液，例如泡沫压裂液、乳化压裂液和油基压裂液等［3］。
上述几种压裂液体系，已在国内外各油田得到广泛的应用，并取得良好的增产效果［4］。
但使用这些压裂液体系存在共同的缺陷，就是压裂液破胶不完全，产生的残渣残留在裂缝中，严重降低了储层渗透率，从而导致压裂效果变差甚至失效。
据资料介绍［5－6］，普通的压裂液在地层中的残留量高达注入量的60%～65%。
超高温压裂液在国内压裂井的首次应用
孟宪波;周汉国
【期刊名称】《油气井测试》
【年(卷),期】2014(023)002
【摘要】针对如何有效动用胜利油田近年来发现的高温深层油气资源,对高温、深层储层加砂压裂改造中的技术瓶颈开展攻关,在国内首次研发了耐温200℃超高温瓜胶压裂液体系.该体系达到了在198℃、170s-1连续剪切120 min后粘度保持在60～90 mPa·s、对清水介质的降阻率40％～60％、破胶液对支撑裂缝伤害率小于20％的性能指标,完全能满足深层、超高温储层压裂要求的携砂能力强、低摩阻、低伤害等性能要求.
【总页数】3页(P68-70)
【作者】孟宪波;周汉国
【作者单位】胜利油田分公司新疆勘探项目管理部山东东营257000;胜利油田分公司新疆勘探项目管理部山东东营257000
【正文语种】中文
【中图分类】TE357
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2.超高温有机硼交联压裂液在濮深21井的应用
3.新型改性羟丙基瓜胶及其在超高温压裂液中的应用
4.超高温改性瓜胶压裂液性能研究与应用
5.近十年国内超高温压裂液技术研究进展
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新型超高温压裂液体系研制与评价新型超高温压裂液体系研制与评价摘要：本文研究了一种新型超高温压裂液体系，着重分析了该液体系的成分、性能和适用范围。
通过实验证明，该超高温压裂液体系在高温高压下具有优异的性能，可以有效地应对很多油气藏的特殊地质条件和环境。
关键词：超高温压裂，液体系统，性能评价一、简介随着新能源的开发和利用不断推进，油气勘探和生产中对新型压裂技术的需求也越来越迫切。
近年来，超高温压裂技术不断发展壮大，其应用范围也不断扩大。
但是，这种技术的成败取决于液体系统的性能和成分。
因此，在研究超高温压裂液体系统的成分和性能方面，有着非常重要的意义。
二、超高温压裂液体系统的成分超高温压裂液体系统是由多种化学试剂组成的。
其中，最关键的是基础液体。
一般情况下，基础液体需要具备高温稳定性能和良好的流动性。
此外，还需要添加一些表面活性剂、穿透剂和膨胀剂等。
通过这些化学试剂的配合，可以使得超高温压裂液体系统对地质条件和环境的适应性更强。
三、超高温压裂液体系统的性能超高温压裂液体系统的性能主要取决于其黏度、流动性和粘度抗变性。
在实验中，我们发现，这种液体系统可以在高温高压下保持较低的流动阻力和良好的黏度抗变性。
这让它可以克服很多油气藏资源上的限制，从而更好地实现压裂效果。
四、超高温压裂液体系统的适用范围超高温压裂液体系统适用范围非常广泛。
具体来说，它可以用于高温油气藏开发、低温油气藏开发以及高渗透岩石地层开发等领域。
此外，它与现有的压裂液体系统相比，更适合特殊的地质条件和环境。
五、结论超高温压裂液体系统是一种性能优异的液体系统，其组成成分和性能具有一定的优势。
此外，它适用范围广泛，可以有效地应对不同的油气藏资源特征和环境条件。
因此，在实际应用中，我们可以充分利用这种液体系统的优势，提高油气勘探和生产的效率和质量。
六、超高温压裂液体系统的应用前景随着中国油气工业的快速发展，对高性能压裂技术的需求越来越迫切。
超高温压裂液体系统由于其优异的性能和适用范围得到了广泛的关注和认可。
国内清洁压裂液的研究与应用一、介绍国内清洁压裂液的研究背景和现状1. 压裂技术的作用和发展历程2. 清洁压裂液的重要性和发展趋势3. 国内清洁压裂液的研究现状二、清洁压裂液的组成及性能要求1. 清洁压裂液的组成成分2. 清洁压裂液的性能要求3. 相关管控规范三、清洁压裂液的制备工艺1. 传统压裂液的制备2. 清洁压裂液的制备方法和工艺3. 清洁压裂液的配方设计和优化四、清洁压裂液在页岩气开发中的应用进展1. 清洁压裂液在页岩气开发中的优势和应用前景2. 清洁压裂液在国内页岩气开发中的应用现状3. 清洁压裂液在页岩气井生产中的应用效果五、清洁压裂液的未来发展方向和建议1. 清洁压裂液研究的挑战和机遇2. 清洁压裂液的未来发展方向3. 政策建议和技术创新的推广措施注：以上提纲只作参考，具体论文撰写需要根据实际情况进行调整和优化。
压裂技术作为一种提高页岩气开采率的重要技术手段，在页岩气勘探和开发中得到了广泛应用。
随着页岩气产业的发展，越来越多的人关注到了压裂液的环保性和经济性问题。
为了避免污染环境和降低成本，国内开始加大清洁压裂液的研究和应用力度。
压裂技术的作用和发展历程：压裂是一种通过高压液体将石油、天然气等油藏内的裂隙扩大、连接起来，以提高油气开采率的工艺。
自1947年以来，压裂技术经历了长足的发展。
在过去的几十年里，压裂技术已经由浅部压裂发展成为深部压裂、多点压裂和水力喷射等多种技术方法，取得了重大的石油、天然气和地热能开采成果，并成为油气勘探和开发的重要技术手段之一。
清洁压裂液的重要性和发展趋势：随着页岩气开发的快速发展，压裂液的质量成为页岩气开发的一个重要问题。
传统压裂液存在环境污染和经济问题，如井下回收、长距离运输和废液处理等方面都存在一定的问题。
为了缓解这些问题，清洁压裂液逐渐成为了压裂液技术的一个热点问题。
清洁压裂液具有环保、经济、稳定等优点，因此在页岩气开发中的应用前景广阔，这也是为什么越来越多的国内研究机构和公司开始加大清洁压裂液的研究和应用力度。
··················综述收稿日期：2012-03-03中高温清洁压裂液研究及应用进展黄嵘唐善法方飞飞刘明书（长江大学石油工程学院，湖北荆州434023）摘要介绍了清洁压裂液的特点，叙述了目前国内外清洁压裂液适用温度在80℃以上中高温清洁压裂液的研究进展和在油井中的应用、煤层气井现场应用情况。
最后对目前开展中高温清洁压裂液的研究提出了一些建议。
认为今后应研制出适合天然气破胶的破胶剂或者破胶促进剂，开发出适用于不同地层条件的完整的清洁压裂液体系，应降低VES 合成成本、降低用量，加强复合压裂液的研究，进一步拓宽清洁压裂液技术的应用范围。
关键词中高温清洁压裂液；进展；应用；煤层气中图分类号TE357.1+2文献标识码A DOI 10.3969/j.issn.1006-6829.2012.03.010压裂液又称粘弹性表面活性剂（Visco-Elasitic Surfactant ，VES ）压裂液。
自1997年斯伦贝谢公司成功地将粘弹性表面活性剂应用于压裂液以来，压裂液的研制和开发取得了突破性的进展，并在全世界掀起了清洁压裂液研究与应用的热潮。
VES 相对分子尺寸比胍胶分子小5000倍的数量级，分子中含有亲水基和长链疏水基，分子链上有正电荷端和负电荷端[1]。
在纯水介质中，表面活性剂分子中的疏水基被周围的亲水基包裹形成球形胶束；在盐介质中，表面活性剂分子的电荷被屏蔽，球状胶束变成蠕虫状或棒状胶束，并经范德华力和分子间化学键相互缠结，形成高粘弹性的网状胶束结构，实现对支撑剂的携带和造缝；当遇地层中的原油和水时，疏水基和亲水基使油和水增溶，继而崩解成低粘度的球形胶束，实现清洁压裂液的自动破胶[2-4]。
除了能自动破胶外，与传统聚合物压裂液相比，清洁压裂液还具有以下优势：1)清洁压裂液现场配置十分简单，主要是用VES 在盐水中调配，不需要交联剂和破胶剂，而聚合物配置需要一定溶解时间，需要巨型储备罐和大量外加剂[5]；2)清洁压裂液流动摩阻小，只有清水的25%～40%和胍胶压裂液摩阻的1/3，可有效控制缝高[6-8]；3)清洁压裂液破胶后没有常用的胍胶压裂液高达60%～65%的残留物，对地层基本无二次伤害[7,9]；4)清洁压裂液在渗透率小于5×10-3μm 2的低渗储层中滤失量小，不形成滤饼，能使支撑裂缝导流能力保持在90%上[10]。
清洁压裂液的使用因其抗温性能差而受到很大的限制，目前国内外使用的清洁压裂液大多适用于低温地层[11]。
研制和开发中高温地层适用的清洁压裂液已成为重点，因此了解中高温清洁压裂液的研究现状对研制、开发适合我国中高温地层油井的VES 压裂液体系具有重要指导意义。
1研究进展1.1国外情况早期推出的一系列清洁压裂液体系均只适用于低温油藏（80℃以下），有很大局限性，此后国外首先推出一系列适用于中高温油藏的清洁压裂液体系。
BJ SERVICES 公司开发了耐高温的AquaClear 和ElastraFrac 粘弹性表面活性剂压裂液体系，其中ElastraFracTM 凝胶由环境友好的阴离子表面活性剂和各种盐组成的各相异性聚集体（三维网状结构），耐温性好，最高可达约121℃[12-13]。
Robert T Whalen 等人提出1种耐温性复合体系，该体系由阴离子、非离子和亲水型表面活性剂中一种或几种互配，与不溶于水的有机醇混合，得到粘弹性表面活性剂体系，具有良好的抗温性能。
一般配方为：阴离子表面活性剂（烷基磺酸盐、苯磺酸盐、烷基苯磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐及其他直链或支链苯磺酸盐），非离子表面活性剂（环氧乙烷衍生物），亲水型表面活性剂（二羧酸酯、磷酸酯、二甲苯磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠），不溶于水的有机醇（苯甲黄嵘等中高温清洁压裂液研究及应用进展综述·28·2012年第19卷第3期化工生产与技术Chemical Production and Technology醇、2-甲基己醇、癸醇或2-癸醇及其混合物）。
该复合体系抗温可达150℃，体系中无阳离子表面活性剂，不会对地层造成吸附伤害[14]。
2003年，Daniel Patrick Vollmer等人报道了非离子表面活性剂体系抗温可达150℃[15]。
此体系组成为：两性表面活性剂卵凝脂（主剂），非水性溶剂（2-乙基己醇、正葵醇、环乙醇等及其混合物），小分子醇（甲醇、乙醇、丙醇、丁醇及其混合物），有机酸（甲酸、乙酸、丙酸、丁酸及其混合物）。
由于有酸存在，故该体系是pH敏感体系，pH降低，体系可以破胶，容易返排，对底层伤害小。
斯伦贝谢公司也推出1种新型抗高温清洁压裂液，该抗高温清洁压裂液适用温度为90～135℃，在质量分数分别为7%的KCl和6%的VES HT组合时性能最好。
室内用流变仪测得，在100s-1剪切条件下，温度升高至130℃时粘度为70mPa·s。
模拟实验表明，当储层温度超过该抗高温清洁压裂液的使用温度时，可通过注入盐水冷却地层，使其降到VES HT最高温度135℃以下再注入该压裂液，并在阿根廷San Jorge盆地数口井底温度为145℃的井中成功应用。
同时，该公司研究人员还提出，由于高温条件下VES体系粘度降低，使液体滤失率升高，造成裂缝不充分，针对这一问题可以通过加入堵漏剂等方法维持高温井中压裂液的粘度，但也仅能把VES体系的上限温度提高10～20℃[16]。
1.2国内情况江波等将长链脂肪酸在酸存在的条件下与胺缩合，再经季铵化，得到季铵盐型表面活性剂，引入无机和有机阴离子，得到VES，将其溶于水中制成耐温VES压裂液SCF[17]。
通过测定体积分数4.0%的SCF 压裂液在170s-1剪切条件下的40～150℃粘温曲线发现，将温度升至150℃时粘度为68mPa·s，降温至90℃并维持130min后粘度为88mPa·s；在130℃剪切95min时粘度大于80mPa·s，在150℃剪切45min时粘度为70mPa·s。
少量水和互溶剂、少量原油、大量水可使SCF压裂液完全破胶，残渣率为176mg/L。
张文宗等提出了适用井温为80～120℃的中高温清洁压裂液体系，清洁压裂液组成依次为：1)质量分数分别为3%的阳离子表面活性剂、0.55%阴离子表面活性剂、2%的氯化钾；2)质量分数分别为2.5%阳离子、0.45%的阴离子、2%的氯化钾；3)质量分数分别为1.5%阳离子、0.25%的阴离子、2%的氯化钾。
在170s-1下用RT20粘度计测试的粘温曲线表明，该体系在80～120℃具有较高的粘度，并且耐剪切性良好[18]。
赵梦云等合成了多头季铵盐型表面活性剂NTX-100。
由质量分数分别为4.0%的NTX-100、0.3%的pH调节剂、3.0%的KCl和清水组成的压裂液体系，20℃、40℃、60℃下的粘度（170s-1）分别为146、134、97mPa·s，在室温放置1个月后粘度基本不变。
NTX100耐温性良好，可用于110℃左右的中高温井压裂[19]。
尹忠在实验室用ZNN-D6旋转粘度计测定了GPP+NaCl、GPP+KCl、GPP+C7H5O3Na压裂液体系在不同温度下的表观粘度。
结果表明，含GPP和NaCl 的压裂液在常压、120℃下表观粘度为25.0mPa·s，能够应用于实际施工中；含GPP和KCl的压裂液在常压下能抗温120℃以上，在120℃时粘度为34.5 mPa·s，有良好的应用性[20]。
贾振福等人提出1种新型的双子季铵盐表面活性剂———N,N-双十八烷基-N,N,N,N-四醇乙基-二溴乙二铵（Gemini-OHAB），对用Gemini-OHAB及其他辅剂配制的新型压裂液体系性能进行了研究，结果表明，该体系具有良好的粘弹性、悬砂性能、低温溶解性，并且用Haake300流变仪测定在表面活性剂与水杨酸钠的质量比为5:1、KCl的质量分数为2%时抗温可以达到125℃，具有良好的抗温性，可应用于抗高温清洁压裂液[21]。
杨彪等开发研制出的VES-SL压裂液体系抗温可达120℃。
该压裂液质量分数分别为5.0%的SL 表面活性剂、1%的助剂（1种阴离子表面活性剂）。
高温高压流变仪测试结果表明，压裂液体系在55℃时粘度上升至1000mPa·s左右，为最大值，然后在80℃时保持在550mPa·s，100℃时降到200mPa·s 以下，随后升温到120℃且恒温保持一段时间，体系粘度维持在35mPa·s左右，且不随时间的延长而降低。
随后温度降低至100℃时，体系粘度具有很好的恢复性，保持温度在100℃，其粘度保持在140 mPa·s左右。
说明此类压裂液具有很好的抗热降解和剪切降解的能力[22]。
崔会杰等研究了表面活性剂含量与温度的关系，指出提高表明活性剂含量可以提高清洁压裂液的耐温性，从60℃升温到90℃，表面活性剂质量分数需由1.5%提高到6%[23]。
丁里等在室内合成出耐温和抗盐性能优良的D3F-05阴离子表面活性剂压裂液，其组成质量分数分别为3.5%的D3F-05、6%～8%的KCl、0.3%的·29·EDTA和0.55%的KOH，采用RS600流变仪测得在剪切速率为170s-1下该体系的最高耐温可达135℃。
室内大量试验表明该压裂液还具有携沙性能好、滤失小、摩阻低和防膨性能好等优点，是优良的抗高温抗盐性清洁压裂液[24]。
丁昊明等人合成了耐高温FRK-VES两性清洁压裂液，该清洁压裂液体系优化配方质量分数分别为4.0%的FRK-VES、0.30%的稀盐酸、4.0%的KCl 溶液、1.0%的苯甲酸钠。
室内实验对FRK-VES压裂液体系性能进行了评价：耐温耐剪切性良好，120℃的表观粘度为83mPa·s（170s-1），携砂性能良好，摩阻较小，在常温下与原油和地层水混合可迅速破胶，对渗透率为1mD和0.2mD储层的渗透率伤害率分别为19.56%、25.36%，适合不超过120℃的高温低渗砂岩的储层改造[25]。
综上所述，国内外抗温性清洁压裂液体系由季铵盐阳离子型清洁压裂液转向阴离子型清洁压裂液，现在又转向两性及复合型清洁压裂液。
以季铵盐阳离子表面活性剂为主剂的抗高温清洁压裂液体系抗温性能好，压裂液主剂合成工艺比较成熟，价格比较便宜，但季铵盐阳离子表面活性剂的生物降解性能较差，对生物也有一定的毒性，且对地层粘土和砂岩的吸附性较强，会造成地层的吸附伤害，因此季铵盐类阳离子型清洁压裂液使用受限，研究逐渐转向对地层吸附伤害小的阴离子型清洁压裂液[5]。
