1、压裂液体系发展和高温压裂液体系,主要内容,一、压裂液新进展 （一）概述 （二）清洁压裂液(三) 低分子瓜胶压裂液 二、高温压裂液研究 三、压裂液的伤害和对策,油 基,清 水,植物胶,合成聚合物,泡 沫,表面活性剂,二氧化碳,香豆胶,魔 芋,瓜 胶,原粉,羟丙基,CMHPG,超级瓜胶,小分子,瓜胶占90%以上,(一) 概述,1、发展 历程,乳化压裂液,2、压裂液体系的特点与适应范围,油基压裂液-低压、偏油润湿、强水敏地层，适用温度低，摩阻高，易燃烧不安全 水基压裂液-除少数低压、油润湿、强水敏地层外，水基压裂液技术成熟，适用不同储层和不同规模的压裂改造，它的添加剂种类多，货源广，选择余地大 清洁
2、压裂液-适合用水基压裂液的地层，特别适合注水井增注压裂改造和薄互层控制缝高技术，适用温度低，成本高 泡沫压裂液-低压、水敏和含气地层，适用温度低，成本高，受设备条件制约 乳化压裂液-水敏、低压地层，适用温度低，摩阻高，成本高 醇基压裂液-水敏、低压和低渗透地层，适用温度低，成本高，易燃烧不安全 酸基压裂液-碳酸盐地层的酸压裂或含灰质较多的砂岩地层的解堵酸化，滤失大、摩阻高,(一) 概述,3、不同压裂液对支撑裂缝导流能力的保持率对比,(一) 概述,(一) 概述,4、压裂液的发展方向,可操作性强、高效、低伤害、低成本,大型压裂使用：浓缩压裂液,浓缩压裂液的特点和优点,(一) 概述,1、2min完全
3、水化增粘 2、具有部分延迟交联性能 3、实现连续施工 4、增大施工作业的弹性 5、压裂液粘度稳定可调 6、减少环境污染 7、降低作业成本,主要内容,一、压裂液新进展 （一）概述 （二）清洁压裂液(三) 低分子瓜胶压裂液 二、高温压裂液研究,1、清洁压裂液的研究与应用,1995年JPT“压裂液的过去、现在与将来”，革命 1997年M.M.Samuel提出了“无聚合物压裂液” 1999年工程应用：80、油气藏、2100口井 2001年F.F.CHang：VES用于高渗层酸化转向技术 2002年S.Daniet：新型VES，113，水平井压裂 2003年Norbert：VES用于压裂防砂 VES粘弹
4、性胶束压裂液主要由长链脂肪酸衍生物季铵盐表面活性剂组成。这种表面活性剂是一种具有粘弹性的小分子,它的分子尺寸比瓜胶分子小5000倍的数量级,它包括亲水基和长链疏水基,分子链上有正电荷端和负电荷端 。 粘弹性胶束压裂液主要由表面活性剂和盐组成。 球型胶束可转化成蠕虫状或棒状胶束，具有相互缠绕的三维空间网状结构。 表现出复杂的流变性，如粘弹性、剪切变稀特性、触变性、低粘高弹等特点。,粘弹性表面活性剂结构,清洁压裂液的基本原理,（二）清洁压裂液,聚合物压裂,清洁压裂液压裂,页岩,砂 体,页岩,2、水基压裂液与清洁压裂液造缝特性对比,（二）清洁压裂液,3、实例,NTX2100 清洁压裂液的粘温曲线,（
5、二）清洁压裂液,低伤害 低滤失 易返排 缝高易控制,（二）清洁压裂液,4、优点,5、缺点,成本普遍比植物胶压裂液成本高一倍以上 耐温在120以内,应用“分子设计”与缔合作用机理，近年开发的全新理论的新型压裂液体系，具有“低粘高弹、无需破胶和回收再利用”等特点。 2001年Halliburton公司Weaver等人提出：新型粘弹性压裂液技术 2002年Weaver等人提出：无需破胶剂的新型压裂液技术 2002年G.COX等人提出：使用低分子压裂液提高单井产量 2003年R.Hanes等人：研究可回收再利用的低分子瓜尔胶压裂液,2004年长庆油田和廊坊分院开始研究,（三）低分子瓜胶压裂液,1、基本
6、原理,低分子瓜胶压裂液和常规压裂液相比，粘度低。,温度30 剪切速率170 S-1,（三）低分子瓜胶压裂液,2、基液性能,70 的流变曲线图,3、粘温曲线,（三）低分子瓜胶压裂液,短链分子、化学离子和pH值实现压裂液分子缔合与破胶，无需其它压裂液化学破胶添加剂，不再需要破胶剂，易返排； 极好的液体滤失控制，滤液渗入的深度最小，易清理； 不破坏支撑剂充填层，保留很高的裂缝导流能力； 液体配制简便，可回收再利用，降低成本，减少污染，在中低温储层具有很好的应用前景。,（三）低分子瓜胶压裂液,4、优点,5、缺点,使用温度100 交联剂使用浓度高 回收重复使用困难,主要内容,一、压裂液新进展 （一）概述
7、 （二）清洁压裂液(三) 低分子瓜胶压裂液 二、高温压裂液研究 三、压裂液的伤害和对策,高温高压地层压裂的对策,酸浸泡增加吸液能力，降低破裂压力 增加前置液比例降低地层温度 压裂液体系实现三变 后期降低瓜胶浓度，降低摩阻，有利于破胶（配制两种浓度的压裂液） 逐渐降低交联剂浓度，降低摩阻，有利于破胶 逐渐加大破胶剂浓度，有利于破胶返排 使用加重压裂液（可达1.7g/cm3) 提高压裂液的耐温性能,影响压裂液稳定性的因素分析,高温环境中，影响压裂液冻胶网状结构稳定性的两个主要因素: 聚合物主链的稳定性 交联官能团的稳定性,高温压裂液的研究方向,以瓜胶为基础，对瓜胶改性研发高温交联剂优化温度稳定剂,
8、瓜胶,瓜胶原粉,羟丙基瓜胶,羧甲基瓜胶,羧甲基羟丙基瓜胶,提高压裂液的耐温性能的措施,1、瓜胶改性,瓜胶原粉结构,羟丙基瓜尔胶结构,大分子瓜胶（比普通高30%）,羟丙基的取代作用使HPG在高温下比胍胶更稳定，提高了HPG的耐温性能。,瓜胶原粉,羟丙基瓜胶,羧甲基瓜胶,羧甲基羟丙基瓜胶,提高压裂液的耐温性能的措施,1、瓜胶改性,大分子瓜胶,羧甲基的引入使CMHPG与锆等金属离子发生交联，提高耐温性,（比普通高30%）,分子量增大，耐温性增强,瓜胶技术发展,压裂液交联是交联离子与半乳甘露聚糖分子链上的顺式临位羟基通过共价键的作用，形成较强的三维网状结构。,硼交联,锆交联,提高压裂液的耐温性能的措施
9、,2、交联剂,80年代 有机钛(锆)交联剂耐温150 ，具有较好的延缓交联能力，破胶困难，伤害大。 90年代后 有机硼交联剂国外耐温150 ，国内耐温140 ，延缓交联时间最长3min。 有机硼锆交联剂文献报道，国内2003年研制， 静态条件下耐温160 ，粘度大于80mpa.s。 有机钛交联剂大庆应用，耐温170，2小时,粘度大于100mpa.s，破胶较难。,提高压裂液的耐温性能的措施,2、交联剂,提高压裂液的耐温性能的措施,3、除氧剂,高温下压裂液粘度下降是多种机理引起的，比较常见的机理是氧的存在加剧压裂液降解的速度，因此抗高温稳定剂往往和除氧有关。,通过分解聚合物氧化初期形成的过氧化物，
10、终止自由基链式反应。,氧分子的存在形态 基态 激发态OO+GH HOO+GG+OO G OOOOH+GH G+ H OO HG+H 2O GH+O H,双自由基OO,瓜尔胶主链降解过程,双自由基OO是聚合物降解的引发剂,提高压裂液的耐温性能的措施,3、除氧剂,硫代硫酸钠：还原剂，是目前高分子聚合物使用最广泛的稳定剂。但也有文献证明，硫代硫酸根离子在室温下不是一种有效的除氧剂。 亚硫酸钠：比硫代硫酸钠更有效的除氧剂，亚硫酸钠在一定浓度时，对氧的消耗速率很快。亚硫酸盐与氧分子相互作用产生的产物或中间基团可能造成液体粘度有一定的损失。 异抗坏血酸钠：能快速有效地除氧。在水溶液中，异抗坏血酸钠作用2小
11、时后，残余氧含量小于5ppm。异抗坏血酸根离子和氧反应生成酸，在作用2小时后，体系pH值从10降到7.5，使压裂液冻胶体系发生酸降解 。,提高压裂液的耐温性能的措施,4、pH值,硼系交联剂由于需要较高pH值（高温时12)。高pH不利于聚合物的稳定。因此，在不采用固体缓释技术时，硼交联的HPG最高使用到160 。进一步提高压裂液使用温度，需要更温和的PH交联范围。此时，钛、锆交联剂具有较大优势。,高温压裂液研发,瓜胶：羟丙基瓜胶ZB-2交联剂：有机硼锆高温交联剂DO-3温度稳定剂：优选,ZB-2交联剂的理化性能,外观：棕黄色透明液体，无沉淀和悬浮物 密度：1.181.30g/cm3 溶解性：与水
12、互溶 交联时间：15分钟 交联植物胶，粘弹性强，GG 适用地层温度范围：80160,0.6%HPG+0.7%ZB-2高温交联剂+0.5%DO-3温度稳定剂+,高温压裂液的耐温耐剪切性能,基液粘度 93mPa.s PH值:11 交联：186S,0.6%HPG+0.75%ZB-2高温交联剂+0.5%DO-3温度稳定剂+,高温压裂液的耐温耐剪切性能,高温压裂液破胶性能,根据温度场变化，追加破胶剂，可实现彻底破胶,高温压裂液的滤失性能,（160，3.5MPa）,主要内容,一、压裂液新进展 （一）概述 （二）清洁压裂液(三) 低分子瓜胶压裂液 二、高温压裂液研究 三、压裂液的伤害和对策,主要内容,三、压
13、裂液的伤害和对策 （一）降低水不溶物 （二）降低残渣(三) 提高压裂液的表面活性,（一）降低水不溶物,措施：提高改性的工艺技术，昆山超级瓜胶低于2%,1、降低瓜胶使用浓度,压裂液对裂缝的伤害主要来自稠化剂的残渣或水不溶物。降低稠化剂的用量也就降低了残渣总量。,（二）降低残渣,压裂液残渣,对支撑裂缝的损害,对岩心基质的损害,2、现场混配，压后尽快快排,减少压裂液配液后的放置时间，施工结束后尽可能快排， 防止残渣之间聚结。,（二）降低残渣,研究证明硼交联胍胶对支撑裂缝的伤害比钛和锆交联胍胶小得多。硼交联冻胶氧化降解生成一种有机酸，有助于破胶降粘，可使支撑裂缝具有较高能力。通过对压裂液滤饼的观察发现
14、，硼交联压裂液形成的滤饼较松软，易于分散溶解，而有机钛、锆交联压裂液形成滤饼较致密，较难溶解，并且有小团状或细丝状残胶存在。,（二）降低残渣,3、尽量选用硼交联剂,减阻 降滤 破胶 防支撑剂回流 改善支撑剂分布,可降解纤维的功能（长10mm，直径10m）,纤维对支撑剂 的稳定机理,4、一种既具有稳定支撑裂缝又能降低压裂液伤害的可降解聚有机酸酯纤维,（二）降低残渣,体系：2%KCl+0.2%JX-01助排剂+0.1%1227杀菌剂+0.1%NaOH+0.5%TCB-1有机硼交联剂 （未加入瓜胶和破胶剂）,水解后降低pH的性能测试,4、聚有机酸酯纤维,80下降解引起pH值变化,120下降解引起pH
15、值变化,0.45%HPG+ 2%KCl+0.2%JX-01助排剂+0.1%1227杀菌剂+0.4%NaCO3+0.2%Na2SO3+0.5%TCB-1有机硼交联剂纤维0.18%,4、聚有机酸酯纤维,与压裂液配伍性,可降解纤维的助破胶作用（100，24h）,0.45%HPG+ 2%KCl+0.2%JX-01助排剂+0.1%1227杀菌剂+0.1%NaOH+0.5%TCB-1有机硼交联剂,酸性既可破坏交联结构，同时使过硫酸铵氧化能力增强,4、聚有机酸酯纤维,破胶功能,目标降低表面张力、降低使用浓度，最终降低成本。,压裂酸化助排剂的发展方向,高表面活性 耐高温 低成本,使用高表面活性的中间间隔为刚性链的双表面活性剂（Gemini）作为主剂，同时复配其它表面活性剂和分散剂。,研究思路,(三) 提高压裂液的表面活性,主剂的分子结构,特点：双清油基团,性能测定,研发的助排剂的表面活性高，且使用浓度低,(三) 提高压裂液的表面活性,总 结,1、形成一种耐170高温的压裂液体系2、介绍一种既具有稳定支撑裂缝又能降低压裂液伤害的聚酯纤维3、研发一种新型高表面活性助排剂,谢谢！ 请批评指正！,
