中国石油勘探开发研究院廊坊分院
油基压裂液系统 • 1稠化剂和交联剂 • 现今最普遍采用的油基压裂液是铝磷酸脂与碱的反应产物。 • 典型的稠化剂为有机脂肪醇与无机非金属氧化物五氧化二磷生 成的磷酸酯 • 用铝酸钠进行交联，可形成磷酸酯铝盐的网状结构，而成为高 粘度油冻胶，并提高了温度稳定性。
• 2破胶剂
流变特性符合幂律模型，即τ= K′· γ K′为1.50～2.50Pas n′；
n′
，其中，n′为0.4～0.6，
目前，胶束流体最高耐温能力可达100℃ 80℃配方粘度：70～100mPa.s（60min，170s-1） 具有粘弹特性，以弹性为主（G′＞ G″），储能模量G′为32.5Pa， 损耗模量G″为2.8Pa； 支撑剂沉降: 成都陶粒20目, 0.5～1.5×10-3 m/min
泡沫压裂液
CO2泡沫压裂液适用性
应用范围广：油气井，高温、低温油气藏，深井； 特别应用于低压、水敏性油气藏。
CO2泡沫压裂液的特点
密度高：接近水的密度，适合深井施工；浮力大，携砂能力强； CO2泡 水溶性较好，压后缓慢释放，提供了良好的溶解气驱，利于返排； 沫压 水溶液pH值低(3～5)，降低了压裂液对基质的伤害； 裂液 水溶液具有低的表面张力，有利于压裂液返排。 的特 不足 酸性影响流变性能，提高稳定剂和起泡剂的用量； 点 与高沥青质、高含蜡原油混合，形成酸渣和蜡析出。
采用 5 参数粘弹触变性本构方程可描述典型的泡沫压裂液流体的触 变环，模型计算值与实验值吻合良好；
用广义 Maxwell 粘弹性本构方程可描述泡沫压裂液流体的粘弹性， 证明泡沫压裂液流体具有松弛时间谱。
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清洁压裂液体系
清洁压裂液无残渣，对裂缝渗透率 保持高，主要缺点是成本高，国外 现场施工超过20000井次，仅2002年 就超过6000井次
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压裂液基本原理和评价技术
压裂酸化施工流程示意图
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工艺设计
顶替液 前置液
压裂（酸 化）流体
流 体

支撑剂
携砂液
支撑剂
岩 石
支撑裂缝
动态裂缝
压裂场景图片
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压裂场景图片
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立式和卧式配 液罐
添 加 剂 种 类 作 用 稠化剂 增粘溶剂，并提供可交联基团 交联（螯合剂） 提供交联离子，交联稠化剂 杀菌剂 （细菌抑制剂） 杀灭压裂液基液中的细菌 消泡剂 抑制压裂液配制过程中的泡沫形成 降滤失剂 降低压裂液滤失量 分散剂 改善烃降滤失剂的分散稳定性 PH 调节剂 调节溶液 pH 值 缓冲体系 缓冲调节 pH 值变化 温度稳定剂 提高压裂液耐温能力 降阻剂 降低摩察阻力 起泡剂 泡沫压裂液形成泡沫 乳化剂 乳化压裂液的油水乳化 破胶剂 破胶降解，降低分子量 粘土稳定剂 稳定粘土矿物，防止分散运移堵塞 助排剂 降低表面 / 界面张力 破乳剂 减少压裂液在地层的油水乳化 阻垢剂 防止压裂液在地层的垢形成 滤饼溶解剂 溶解在压裂过程中形成的滤饼 低温破胶活化剂 活化低温破胶活性物质 胶束剂 胶束压裂液中形成胶束
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三、乳化压裂液 • 乳化压裂液粘度随着水相中聚合物浓度及油相体积 比例增加而增大。 • 由于乳化压裂液含水量少、稠化剂用量低，同时在 地层中乳化剂被地层吸附而自动破乳，具有低损害、 易返排的特点。 • 乳化压裂液不足之处在于较高摩阻、高成本(除非原 油能回收)，同时热稳定性较差，上限温度120℃。
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泡沫压裂液流变学特性
泡沫压裂液为同时具有剪切变稀、粘弹性和触变性的非牛顿流体； 泡沫压裂液的流动曲线，可分别用幂率模型、Ellis模型、Cross模 型和Carreau模型，以及修正共转 Jeffreys 模型进行表征，但仅就 描述粘度曲线而言，幂率模型更为简捷实用；
使用状况 压裂液类型 优 点 缺 点 适用范围 国外 水基压裂液 廉价、安全、可操 作性强、性能好 降低相对渗透 率，伤害较高 除强水敏性储 层外均可使用 强水敏、低压 储层 低压、水敏储 层 水敏、低压储 层、低中温井 高渗透油气储 层 60～65
% 国内 ≥90
油基压裂液
配伍性好、密度低， 成本高，安全性 易返排伤害小 差，耐温较低 密度低、易返排， 伤害小、携砂性好 残渣少、滤失低、 伤害较小 施工压力高，需 特殊设备 摩阻较高，油水 比例较难控制
• 典型的破胶剂是无水乙酸钠、碳酸氢盐、氧化钙和/或氨水溶 液。
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三、乳化压裂液
• 两相：水和油（加表面活性剂） ，分散相为内相。
• 水相由线性胶或交联冻胶压裂液即聚合物稠化剂和 含有表面活性剂的淡水或盐水配制而成 • 油相可以是原油或柴油。 • 油外相乳化液的粘性与基油十分相似，所以油外相 乳化液产生与油的高粘度相联系的高摩擦阻力。 • 水的粘度低，且水相中加入聚合物可以降低摩阻， 因此水外相乳化液具有较低的摩擦阻力。
≤5
≤3
泡沫压裂液
25～30
≤3
பைடு நூலகம்
乳化压裂液
≤5
≤2
清洁压裂液
无聚合物、无残渣、 粘度低、滤失较 低伤害 大、成本高
≤2
试验
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• 一、水基压裂液体系 • 水基压裂液以水为分散介质，添加各种处理剂，形 成具有压裂工艺所需的较强综合性能的工作液。 • 它分为线性胶压裂液与交联冻胶压裂液。 • 一般含有水溶性聚合物及其它添加剂具有可流动状 态的水溶液被称为线性胶压裂液（有时也称稠化 水）。 • 在线性胶中加入交联剂及其它添加剂形成具有粘弹 性的交联冻胶被称为交联冻胶压裂液。 • 清水中含有少量减阻剂用作压裂液称为清水压裂液。
油基压裂液添加剂
目前国内外常用的磷酸酯铝盐油冻胶压裂液主要由稠化剂、交联剂和破 胶剂组成。
泡沫压裂液添加剂
气体（空气、氮气和二氧化碳 ）、液体、起泡剂、稳泡剂 清洁胶束压裂液添加剂
清洁胶束压裂液主要由稠化剂、盐和破胶剂组成。
压裂液添加剂分类及作用
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无聚合物压裂液 无残渣滞留堵塞裂缝。20/40目支撑剂、 38度和1000 psi

常规聚合物压裂液滞留残渣将破坏裂缝和 堵塞支撑剂。此测试结果是用30-lbm 硼酸盐作交联剂， 用酶作破胶剂在20/40目支撑剂、38度和1000 psi 。瓜 胶用甲基蓝染色
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清洁压裂液体系
理论基础--化学成因
粘弹性表活剂viscoelastic surfactant molecules 形成虫形的胶束form long, wormlike micelles 胶束缠绕Entanglement of the micelles 形成网状结构a network structure 破胶机理：有机物或亲油性物质
皂化凝胶油体系）；
50年代末期，发现了瓜尔胶可作为水基压裂液的稠化剂，产生了现代压裂 液化学；
60年代开展了瓜尔胶改性研究及其交联水基压裂液体系（B、Al）；
70年代提高水基压裂液体系（无机钛和锆）、泡沫液； 80年代有机钛、锆交联水基压裂液体系及其泡沫压裂液体系（N2和CO2）， 微观结构、流变学特性、伤害与保护； 90年代有机硼交联水基压裂液新体系，胶囊破胶剂技术 2000年以后低稠化剂浓度水基压裂液和清洁压裂技术。
乳化剂、起泡剂、消泡剂、减阻剂
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对压裂液的基本要求
与储层配伍 易于注入摩阻低
低滤失
耐温、耐剪切 破胶迅速彻底、易清除
对地层、支撑剂带低伤害
易于控制、安全 经济实用
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压裂液的类型与基本性质
按不同工艺作用分类
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压裂液描述
预前置液、前置液、携砂液、顶替液
稠化剂(可以是水或其它分散介质粘度增加的聚合物) 交联剂(能够使线性聚合物通过分子间化学键形成体形聚合物的化学剂) 破胶剂、降滤失剂、温度稳定剂、pH调节剂、杀菌剂 粘土稳定剂、破乳剂、助排剂、滤饼溶解剂

压裂场景图片
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液罐车和混砂车
压裂场景图片
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压裂泵车和施 工压力曲线

压裂场景图片
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支撑剂罐车
压裂液技术发展回顾
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1948年水力压裂开始用于油井增产，使用油基压裂液（原油、凝固汽油、
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二、油基压裂液系统 • 油基压裂液是以油为溶剂或分散介质，加入各种添 加剂满足压裂工艺性能要求而形成的压裂液。 • 在强水敏性储层，使用油基压裂液有利于避免由水 基液而引起的地层损害。
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• 使用油基压裂液的首要缺点是易燃性，施工安全性差； • 大多数情况下，泵送摩阻明显高于水基压裂液体系； • 与水相比，静水压头小，相同条件下要求压裂的泵压也较高； • 由于以油为介质，添加剂用量大，成本高； • 现场配制及质量控制也较水基压裂液系统难。 • 一般油基压裂液于现场应用较少。
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清洁压裂液体系
清洁压裂液与聚合物压裂液对比
水基压裂液与清洁压裂液造缝特性对比
聚合物压裂
清洁压裂液压裂 页岩
砂 体
页岩
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清洁压裂液体系
清洁压裂液流变特性
流体具有剪切变稀特性，即随着剪切速率的增加，流体粘度降低，同 时随着剪切速率的降低，粘度增加；