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介绍一种粘弹性表面活性剂压裂液的性能与应用【摘要】VES-SL压裂液的生成，是为了降低压裂改造过程中传统压裂液对油藏和支撑裂缝的伤害。
试验证明，该压裂液粘度高且成本低，对地层伤害小，同时能提高油井的增产效果。
【关键词】压裂液；粘度；地层伤害1.压裂液的作用及VES-SL压裂液产生的起因水力压裂工艺中使用的液体，统称为压裂液。
压裂液的性能是影响压裂工艺成败的诸因素中最主要的因素之一。
对高温深井和大型压裂，这一因素尤为重要。
在低渗透油藏的改造过程中，为了降低压裂液对油藏和支撑的伤害，开发了种类繁多的压裂液体系。
其中，由于粘弹性表面活性剂压裂液体系对油藏和支撑缝伤害小且易反排，而成为压裂液领域的研究重点。
粘弹性表面活性剂压裂液不含高分子聚合物，其增稠性是由特殊的表面活性剂分子俩实现的，这些具有特定结构的表面活性剂分子溶解到水中后，能够形成一种类似于高分子线团结构的胶束，从而使得水溶液具有较高的粘度，因此可以做为压裂液的使用。
由于表面活性剂是小分子，对油藏和支撑裂缝伤害小。
所以，这类压裂液又成为清洁压裂液或零伤害裂液。
目前，由于存在着耐温性能不好和成本较高的问题，中国研制的粘弹性表面活性剂压裂液的应用受到了限制。
经过多年室内合成，研制了VES-SL粘弹性表面活性剂压裂液（VES-SL压裂液），并在室内研究的基础上，将该压裂液在现场进行了推广应用，为提高低渗透油藏的压裂改造效果和开发水平典定了基础。
2.VES-SL压裂液的合成与配制SL表面活性剂的合成是研究粘弹性表面活性剂压裂液的关键。
由于烃基中的碳原子数和不饱和度对粘弹性表面活性剂压裂液的粘度有一定影响，因此，首先利用不同烃基结构的脂肪酸，合成了一系列不同的表面活性剂体系；然后，在表面活性剂浓度为5%，助剂I(一种阴离子表面活性剂)浓度为1%，试验温度为90C条件下，测试了烃基结构对表面活性剂压裂液的性能影响。
试验发现，表面活性剂中碳原子数越多，形成的压裂液粘度越高；而当碳原子数相同时，表面活性剂中烃基不饱和度对所形成的压裂液粘度影响不大。
粘弹性表面活性剂合成及其作为稠化剂的酸性清洁压裂液性能研究粘弹性表面活性剂合成及其作为稠化剂的酸性清洁压裂液性能研究引言：压裂液是在油气开采中常用的一种技术，能够提高油气井的产量。
然而，传统的压裂液中使用的稠化剂存在一些问题，如溶解度差、性能不稳定等。
粘弹性表面活性剂是一种新兴稠化剂，具有较好的溶解性和稳定性。
本研究旨在合成一种粘弹性表面活性剂，并评估其作为酸性清洁压裂液稠化剂的性能。
材料与方法：1. 合成粘弹性表面活性剂选择适当的原料和工艺条件，通过合成路线合成粘弹性表面活性剂。
采用液相聚合法，将单体A和单体B与溶剂溶解，控制温度和反应时间，进行聚合反应。
得到的产物经过分离、洗涤和干燥，得到粘弹性表面活性剂。
2. 酸性清洁压裂液制备将粘弹性表面活性剂与水按一定比例混合并搅拌，加入适量的酸性物质进行中和反应。
通过改变粘弹性表面活性剂的浓度、中和反应的时间和温度，制备不同性能的酸性清洁压裂液。
3. 性能测试使用流变仪测试制备的酸性清洁压裂液的粘度、弹性和稳定性。
通过改变温度、pH值等条件，评估其性能。
结果与讨论：通过合成路线和实验条件，成功合成了一种粘弹性表面活性剂。
通过对酸性清洁压裂液的制备，得到了不同性能的压裂液样品。
在流变仪测试中，发现压裂液的粘度、弹性和稳定性与粘弹性表面活性剂的浓度、中和反应的时间和温度有关。
当粘弹性表面活性剂的浓度较高、中和反应的时间适中、温度较低时，压裂液的粘度和弹性较好，稳定性较高。
此外，改变温度和pH 值可调控压裂液的性能。
结论：本研究成功合成了一种粘弹性表面活性剂，并制备了酸性清洁压裂液。
测试结果表明，粘弹性表面活性剂作为稠化剂，能够有效提高压裂液的粘度、弹性和稳定性。
本研究为粘弹性表面活性剂在油气开采中的应用提供了一定的理论和实验基础。
然而，本研究还存在一些问题需要进一步研究，如粘弹性表面活性剂的合成工艺的优化、压裂液性能的稳定性等，这些将是进一步深入研究的方向通过本研究成功合成了一种粘弹性表面活性剂，并成功制备了具有不同性能的酸性清洁压裂液。
2018年第37卷第8期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3155·化 工 进展双子表面活性剂类清洁压裂液的研究进展郭辉，庄玉伟，褚艳红，曹健，赵根锁，张国宝（河南省科学院高新技术研究中心，河南 郑州 450002）摘要：压裂技术是提高低渗透油气藏生产能力和油气井采收率的重要手段，而压裂液是影响压裂效果的关键因素。
相较于水基植物胶压裂液和以单链表面活性剂为稠化剂的传统清洁压裂液，双子表面活性剂类清洁压裂液在耐温、携砂和保护油气层等使用性能上更具优势，是新一代清洁压裂液发展重点。
本文综述了双子表面活性剂类清洁压裂液制备、性能及应用的研究进展，分析比较了阳离子双子表面活性剂类清洁压裂液、阴离子双子表面活性剂类清洁压裂液、两性双子表面活性剂类清洁压裂液等的优缺点，讨论了双子表面活性剂类清洁压裂液在油田领域的应用现状：阳离子双子表面活性剂类清洁压裂液的制备方法成熟，耐温性能较好，可以应用于中高温油田，但是其生产成本较高；阴离子双子表面活性剂类清洁压裂液能有效减少表面活性剂在地层的吸附损失，降低储层渗透率伤害，但是其合成条件苛刻，耐温性不高，适用于中低温油田；两性双子表面活性剂类清洁压裂溶液的耐温性好，但是其制备过程繁琐、成本高，难以大规模推广应用。
对双子表面活性剂类清洁压裂液的研究前景进行了展望：发展低成本的合成方法及耐高温双子表面活性剂类清洁压裂液的制备及应用。
关键词：双子表面活性剂；清洁压裂液；油田；制备；性能中图分类号：TE357 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）08–3155–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1979Research progress in gemini surfactant clean fracturing fluidsGUO Hui , ZHUANG Yuwei , CHU Yanhong , CAO Jian , ZHAO Gensuo , ZHANG Guobao（High New Technology Research Center of Henan Academy of Sciences, Zhengzhou 450002, Henan, China ）Abstract: Fracturing technology is very important for improving the production capacity of the lowpermeability reservoir, and the recovery of oil and gas wells. The fracturing fluids are the key factors to affect the fracturing effect ．Gemini surfactant clean fracturing fluids have become the key items in the development of new generation clean fracturing fluids, for its excellent utilization property compared with the water base plant fracturing fluid and traditional clean fracturing fluids with single-tailed surfactant as viscosifier. The recent advances in the preparation, performance and application of gemini surfactant clean fracturing fluids were reviewed in this paper. Different gemini surfactant clean fracturing fluids, including cationic gemini surfactant clean fracturing fluids, anionic gemini surfactant clean fracturing fluids, zwitterionic gemini surfactant clean fracturing fluids are compared, and the applications of gemini surfactant clean fracturing fluids in oilfield are also discussed. Cationic gemini surfactant clean fracturing fluids could be applied in medium-high temperature oilfields with the advantage of mature preparation methods and good anti-temperature property, the disadvantage of cationic gemini surfactant clean fracturing fluids is high cost. Anionic gemini surfactant clean fracturing fluids has the advantage of lower damage to reservoir permeability and stratum adsorption amount of surfactant, the disadvantage of anionic gemini surfactant clean fracturing fluids is harsh reaction 。
VES -SL 粘弹性表面活性剂压裂液的研究及现场应用李爱山1,2,杨 彪2,马利成2,鞠玉芹2,黄 波2(1.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061;2.中国石化股份胜利油田分公司采油工艺研究院,山东东营257000)摘要:为了降低压裂改造过程中压裂液对油藏和支撑裂缝的伤害,开发研制了VES -SL 粘弹性表面活性剂压裂液,并利用RCV6300毛细管流变仪等试验仪器,对该压裂液的性能进行了研究。
室内评价结果表明,VES -SL 粘弹性表面活性剂压裂液在100℃和170s -1的条件下,经过1h 的剪切,其粘度在130m Pa s 以上;在120℃和170s -1的条件下,经过1h 的剪切,其粘度达50m Pa s 以上;随剪切时间的延长,该压裂液粘度变化很小;随温度的降低,该压裂液粘度具有很好的恢复性。
试验结果表明,该压裂液粘度高且成本低,对地层的伤害要比H PG 压裂液低50%左右。
现场试验证实,VES -SL 粘弹性表面活性剂压裂液的摩阻相当于清水摩阻的25%～30%,比HPG 压裂液的摩阻低1M P a /1000m ,2口压裂井共增产原油5600t 。
使用该压裂液进行压裂施工,可以有效地降低压裂液对油藏和支撑裂缝的伤害,同时提高油井的增产效果。
关键词:压裂液;粘度;地层伤害;裂缝导流能力;现场试验中图分类号:TE357.12文献标识码:A 文章编号:1009-9603(2006)06-0097-04 在低渗透油藏的改造过程中,为了降低压裂液对油藏和支撑裂缝的伤害,开发了种类繁多的压裂液体系[1]。
其中,由于粘弹性表面活性剂压裂液体系对油藏和支撑裂缝伤害小且易返排,而成为压裂液领域的研究重点。
粘弹性表面活性剂压裂液不含高分子聚合物,其增稠性能是由特殊的表面活性剂分子来实现的,这些具有特定结构的表面活性剂分子[2]溶解到水中后,能够形成一种类似于高分子线团结构的胶束,从而使得水溶液具有较高的粘度,因此可以作为压裂液使用。
收稿日期:2008-04-29作者简介:陈 微(1983-),女,黑龙江省五大连池市人,在读硕士研究生。
联系人:王宝辉,电话:(0459)6503498,E 2mail :wangbaohui60@ 。
文章编号:1004-9533(2009)04-0361-05粘弹性表面活性剂基压裂液的研究与分析陈 微1,王宝辉1,张秋实2,吴红军1,刘 威1,刘佳刚1(1.大庆石油学院化学化工学院,黑龙江大庆163318;2.大庆石油学院石油工程学院,黑龙江大庆163318)摘要:粘弹性表面活性剂基压裂液(VES 压裂液)作为环保压裂液在国内外油田的应用已经取得良好的效果,对储层无污染,且能提高充填层导流能力。
论述了粘弹性表面活性剂基压裂液的体系组成、主要特点和压裂机理。
该压裂液及剪切稳定性、零伤害性、自动破胶性和低滤失性于一体,在油田具有广阔的应用前景。
特别是纳米技术的应用,进一步优化了VES 压裂液体系,使该压裂液也适应于干气气藏。
介绍了VES 压裂液在国内外的研究进展,提出了其应用的优越性和存在的不足。
关键词:压裂液;粘弹性表面活性剂基压裂液;压裂机理;纳米技术中图分类号:TE35711+2 文献标识码:AAdvance in Viscoelastic Surfactant 2B ased Fracturing FluidCHE N Wei 1,W ANG Bao 2hui 1,ZH ANG Qiu 2shi 2,W U H ong 2jun 1,LI U Wei 1,LI U Jia 2gang1(1.C ollege of Chem istry and Chem ical Enginering ,Daqing Petroleum Institute ,Daqing 163318,Heilongjiang Province ,China ;2.C ollege of Petroleum Engineering ,Daqing Petroleum Institute ,Daqing 163318,Heilongjiang Province ,China )Abstract :Viscoelastic surfactant 2based fracturing fluid (VES fracturing fluid )has already achieved well effect as environmental fracturing fluid in the oil field at home and abroad.VES fracturing fluid is no harm to the reserv oir and can enhance the conductivity of filling layer.This article reviews the com position ,fracturing mechanism ,main features ,shortcomings and applications of the VES fracturing fluid.In particular ,the application of nano technology im proves the VES fracturing fluid systems and makes the VES fracturing fluid adapt to dry gas reserv oirs.K ey w ords :fracturing fluid ;viscoelastic surfactant 2based fracturing fluid ;fracturing mechanism ;nano technology 压裂是油气井增产,注水井增注的一项重要技术措施。
西南石油大学学报（自然科学版）2011年6月第33卷第3期Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition）V ol.33No.3Jun.2011编辑部网址：http：//文章编号：1674–5086（2011）03–0133–04DOI：10.3863/j.issn.1674–5086.2011.03.023中图分类号：TE357文献标识码：A表面活性剂压裂液机理与携砂性能研究*李曙光1，2，郭大立3，4，赵金洲3，4，曾晓慧41.北京大学工学院能源与资源工程系，北京海淀100871；2.中国石油煤层气有限责任公司勘探开发项目部，北京朝阳100028；3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学，四川成都610500；4.西南石油大学石油工程学院，四川成都610500摘要：用透射电镜和扫描电镜等多种实验手段，结合表面活性剂溶液的基础理论，通过对表面活性剂内外在宏观与微观关联性质的分析，研究并基本认清了表面活性剂压裂液的成胶机理和破胶机理；论证了表面活性剂压裂液以弹性携砂为主的机理，提出了用悬浮切力来表征表面活性剂压裂液携砂性能的新方法。
实验结果表明：在100s−1的剪切速率下，胍胶压裂液和表面活性剂压裂液最低携砂黏度分别为100mPa·s和30mPa·s，在同样剪切速率下表面活性剂压裂液的最低携砂黏度比胍胶压裂液小得多。
关键词：表面活性剂；压裂液；成胶机理；携砂性能；悬浮切力网络出版地址：http：///kcms/detail/51.1718.TE.20110617.1135.001.html李曙光，郭大立，赵金洲，等．表面活性剂压裂液机理与携砂性能研究[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2011，33（3）：133–136．自Schlumberger公司推出表面活性剂压裂液后，迅速引起国内外研究人员对表面活性剂压裂液的广泛关注，国外工程师通过多篇文献介绍此项技术[16]并报道了类似的发明专利，国内研究人员也发表了多篇文章[715]介绍该压裂液机理、应用技术及现场应用等。
表面活性剂压裂液为小分子，这与常规的聚合物压裂液有很大不同。
目前，配制相对简单，且无固相、残渣、伤害小的含长链烷基阳离子化合物类压裂液在国内广泛应用。
该压裂液属环保型压裂液，其特点是：返排速度快，返排率高，甚至达100%；不会形成滤饼，但漏失速度却很低。
尽管国内外对表面活性剂压裂液的研究与应用很多，但至今对表面活性剂压裂液的机理尚不太清楚，其携砂性能也缺乏量化认识和表征。
1表面活性剂压裂液机理1.1表面活性剂的结构特征表面活性剂作用的基本机理是在低浓度下降低溶液体系的表面张力、界面张力，另外，表面活性剂具有亲水亲油的性质，其主要作用是柔软、拒水、抗静电、乳化、分散、增溶、洗涤、保湿、润滑、杀菌、润湿、发泡、消泡、防腐蚀等。
表面活性剂分子由不对称的两部分组成，其中具有亲水性质的部分叫亲水基，能溶于水；另一部分叫做亲油基，能溶于油。
表面活性剂分子就是以这两部分为重要组成部分形成的不对称分子，如图1所示。
图1表面活性剂分子示意图Fig.1Weak polymer gel system表面活性剂分子的结构特点使它溶于水时出现不稳定状态，即亲油基受到水分子的排斥，而亲水基受到水分子的吸引。
于是当表面活性剂分子占据溶液表面时，将亲水基伸入水中，亲油基伸向气*收稿日期：2011–03–14网络出版时间：2011–06–17基金项目：国家科技重大专项示范工程19（2011ZX05062）。
作者简介：李曙光（1967–），男（汉族），浙江余姚人，高级工程师，在站博士后，主要从事石油、天然气、煤层气勘探开发技术研究与管理。
134西南石油大学学报（自然科学版）2011年相（或油相），最终导致这种分子在水溶液体系中（包括表面、界面）相对于水介质而采取独特的定向排列形成特定的结构。
表面活性剂在水溶液表面上吸附和在溶液中缔合成为胶团。
1.2表面活性剂分子结构的微观形态外加的有机或者无机盐能够对表面活性剂分子形成的胶束聚集体的电性和大小产生强烈影响，这对表面活性剂分子与盐作用而形成冻胶体起了决定性作用，该现象同时反映了胶束聚集体微观形态的变化。
利用透射电镜测定表活剂，结果表明：表活剂主要呈现线性的蠕虫状胶束形态，其长度可达1000nm；随着表面活性剂浓度的不断增加，蠕虫状胶束会愈细小，甚至相互缠结在一起；加入有机盐后，有机反离子明显加速了表活剂蠕虫状胶束的形成，并促进其进入缠结状态，直接导致体系开始出现絮凝体结构，随后形成冻胶体。
利用扫描电镜测定表活剂，结果表明，表活剂分子结构形态主要是蠕虫状胶束及相互缠结，有机盐的加入使冻胶体系出现胶束缠绕、连接，最终形成空间网状结构。
1.3胶束形成机理及影响因素临界胶束浓度，简称CMC，是指表面活性剂形成胶束所需的最低浓度。
表面活性剂水溶液在以临界胶束浓度为界的较小浓度范围内的许多物理、化学性质（如洗涤能力、密度、表面张力等）都会有较大变化。
所以，只有在稍高于其临界胶束浓度值时，表面活性剂水溶液浓度才能充分发挥作用。
一般情况下，非离子型表活剂溶液的临界胶束浓度为10−6∼10−4mol/L，而离子型表面活性剂的临界胶束浓度在10−4∼10−2mol/L。
当表活剂浓度小于临界胶束浓度时，它们吸附在溶液表面成单分子状态以减少自由能，使体系稳定。
影响胶束形成的因素主要包括以下几个方面：第一，无机盐的影响。
在离子型表面活性剂溶液中加入无机盐时，加入的电解质使聚集体的扩散层压缩，增加了表活剂离子间的吸引，使其更易形成较大胶束，因此，胶束聚集数往往随盐浓度增加而增加。
第二，有机物的影响。
若在表面活性剂水溶液里加入有机物质，则当临界胶束浓度小于其水溶液浓度时会发生加溶作用，这种作用会增加胶束的聚集数，同时使胶束胀大，最终达到加溶极限。
第三，温度的影响。
通常，升高温度使离子型表面活性剂聚集数有所降低，使非离子表面活性剂胶束的聚集数显著增加。
1.4成胶与破胶机理表活剂压裂液中的表面活性剂分子聚集形成蠕虫状胶束，加入的盐使得体系电荷平衡、压缩胶束结构，最终使胶束成长至一定程度。
有机盐的有机反离子会中和胶束电荷，并嵌入表活剂分子间，使该蠕虫状聚集体变得更细长；无机盐中的无机同号离子将使蠕虫状聚集体被压缩变得更细长。
变长后的蠕虫状胶束相互缠结在一起，最终形成具有空间网状结构的冻胶体。
在常规的冻胶体系中，胍胶等压裂体系分子交联是以化学作用为基础的。
而表面活性剂分子与盐之间主要是物理作用，当遇适量地层水和油气时，表面活性剂压裂液的表活剂分子与盐分子间的作用距离会明显增大，这样就会破坏胶束间相互缠结的相对稳定的状态，最终使蠕虫状胶束解体，冻胶体系自动破胶。
2表活剂压裂液的携砂性能目前尚无统一的标准衡量压裂液悬浮能力的大小，而以往的通用方法测量支撑剂颗粒在压裂液中的自由沉降速度，如允许沉降速度0.17∼0.71mm/s，最佳单颗粒沉降速度小于0.11mm/s等。
但此法存在如下缺陷：颗粒沉降速度指标仅仅能宏观、间接地反映液体的悬浮能力，目前由于实验用悬浮颗粒的表面粗糙度、粒径、种类、密度等都难以制定标准，故此研究方法很难进行标准化。
表面活性剂压裂液与常规胍胶压裂液携砂能力影响因素不同。
一般的，常规胍胶压裂液携砂能力主要与其黏度有关，黏度越大，携砂能力越强。
而有研究表明，压裂液内部结构和弹性性质是影响表面活性剂压裂液携砂能力的主要因素，现场应用结果也表明，表面活性剂有效携砂黏度可低至25mPa·s。
目前，国内研究人员还未能量化地认识表活剂压裂液的携砂性及其实质。
2.1几种压裂液悬浮性的定性评价压裂液体系：0.4%HPAM（分子量800万），0.3%CMHEC，3.5%表活剂。
实验材料：A陶粒，体积密度1.78g/cm3，视密第3期李曙光，等：表面活性剂压裂液机理与携砂性能研究135度3.16g/cm 3，直径20/40目，成都耐火材料厂；B 陶粒，体积密度1.56g/cm 3，视密度2.89g/cm 3，直径16/24目，江苏宜兴兴鑫石油支撑剂有限公司；C 陶粒，体积密度1.64g/cm 3，视密度3.05g/cm 3，直径18/28目，江苏宜兴东方石油支撑剂有限公司。
另外，3种支撑剂的圆度都为0.9。
实验方法：先于量筒中加入适量压裂液，然后称取10g 支撑剂置于液面上，静置12h 观察沉降情况；用Brookfield 黏度计来测定压裂液的黏度。
实验结果表明：HPAM 压裂液体系和CMHEC 聚合物体系的黏度均高于表活剂压裂液，但其悬浮能力却比表活剂压裂液差，实验结果见表1。
表1三种压裂液悬浮性的测量实验结果Tab.1Measurement results of three kinds offracturing fluid suspension压裂液支撑剂体系黏度/（mPa·s ）A 陶粒B 陶粒C 陶粒HPAM 2690++CMHEC 2940++表活剂229+++++注：“++”悬浮良好，“+”一般，“0”悬浮较差。
2.2悬浮切力的引入悬浮在液体中的支撑剂在任何待测液体中都将受到浮力和重力的作用，在此，将液体中的支撑剂视为待测液体中的密度计。
对粘弹性液体，密度计所受浮力可分为悬浮力和一般浮力，其中悬浮力定义为由粘弹性液体的内部微结构和弹性作用引起的浮力，而一般浮力与液体的粘性有关，可通过计算液体中的物体所排液体的体积获得。
如图2所示，设在粘弹性液体中有一密度计，受到重力（F g ）、一般浮力（F f ）和悬浮力（F x ）。
图2表面活性剂分子示意图Fig.2Weak polymer gel system可知F g =F f +F x (1)F f =ρr g V(2)式中，V —密度计（支撑剂）受力平衡时排开液体的体积；ρr —液体的密度（真密度，即液体的质量与体积的比值）；g —重力加速度，9.8m/s 2。
密度计平衡时可读出密度ρa ，这是其表观密度，悬浮切力的影响使ρa 大于液体的真实密度，根据ρa 可得V =F gρa g (3)于是得到F x =F g (1−ρrρa)(4)将密度计的浸没部分简化为球面和圆柱面，则浸没面积（S ）可用直径与高度计算，故悬浮切力为τ=F xS(5)τ值的大小表示表面活性剂压裂液分子弹性作用和结构产生的悬浮固体的能力大小，可用来量化压裂液的携砂性能。
2.3几种压裂液的悬浮切力压裂液体系：0.3%，0.5%的HPAM （简记为P ）；CMHEC （简记为C ）；2%，3%的表活剂。
实验方法：将密度计置于盛有适量待测溶液的量筒中，待平衡时读取ρa ；取一定体积的待测溶液，称出其质量，根据其比值计算得ρr ；使用BrookField 黏度仪测量一定体积的待测溶液的黏度。
