前置液的作用:造缝、降温 携砂液的作用:携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层 顶替液的作用:中间顶替液用来将携砂液送到预定位置,并有预防砂卡的作用:注完携 砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替λ裂缝中,以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。 (一)压裂液的性能及要求 滤失少 悬砂能力强 摩阻低 稳定性 配伍性 低残渣 易返排 货源广、便于配制、价钱便宜 (二)压裂液类型 1、水基压裂液 以水为基础介质,与各种添加剂配制而成的压裂工作液 稠化剂(成胶剂)+水→线性胶或稠化水压裂液 线性胶+交联剂→(具有粘弹性的)交联冻胶 水基压裂液以其安全、清洁和容易以添加剂控制其性质而得到广泛的应用。除了极少数 特别对水敏感性地层,水基压裂液几乎可以应用到所有的油气储集层,是压裂液技术发展最 快也最全面的体系。 (1)稠化剂(成胶剂) 植物胶及其衍生物:植物胶主要成分半乳甘露聚糖具有水溶性好、粘度高、胶联性能好、 絮凝和耐盐性好等特点。不同植物胶的高分子链中半乳糖支链与甘露糖主链的比例不同。 主要稠化剂,占总用量90%%以上。 国内的植物胶主要有瓜尔胶(胍胶)、香豆胶、田菁胶、皂仁胶等。 ◆瓜尔胶(胍胶) 瓜尔胶产自瓜尔豆(一年生丛状分枝草本,高可达3m,主要生长在印度和巴基斯 坦,美国西南部也有生产。我国在1974年前后开始较大规模的引种瓜尔豆,先后在云南
6 前置液的作用：造缝、降温 携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层 顶替液的作用：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；注完携 砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。 （一）压裂液的性能及要求 滤失少 悬砂能力强 摩阻低 稳定性 配伍性 低残渣 易返排 货源广、便于配制、价钱便宜 （二）压裂液类型 1、水基压裂液 以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。 稠化剂（成胶剂） + 水 → 线性胶或稠化水压裂液 线性胶 + 交联剂 → （具有粘弹性的）交联冻胶 水基压裂液以其安全、清洁和容易以添加剂控制其性质而得到广泛的应用。除了极少数 特别对水敏感性地层，水基压裂液几乎可以应用到所有的油气储集层，是压裂液技术发展最 快也最全面的体系。 （1）稠化剂（成胶剂） 植物胶及其衍生物：植物胶主要成分半乳甘露聚糖具有水溶性好、粘度高、胶联性能好、 絮凝和耐盐性好等特点。不同植物胶的高分子链中半乳糖支链与甘露糖主链的比例不同。 主要稠化剂，占总用量 90%％以上。 国内的植物胶主要有瓜尔胶（胍胶）、香豆胶、田菁胶、皂仁胶等。 瓜尔胶（胍胶） 瓜尔胶 产自瓜尔豆（一年生丛状分枝草本，高可达 3m，主要生长在印度和巴基斯 坦，美国西南部也有生产。我国在 1974 年前后开始较大规模的引种瓜尔豆，先后在云南
广西、四川、贵州、陕西、新疆等地试种,亩产平均在50~100kg),属豆科植物的种子胶。 提取的瓜 尔胶粉呈乳白色。羟丙基胍胶为胍胶的衍生物。 ◇香豆胶产自香豆子(又称葫芦巴、香草等)。豆科葫芦巴属一年生草本植物。我国 西北、华北地区种植较普遍。提取的香豆胶粉呈淡黄色。 令田菁胶:产自田菁(豆科植物)种籽内胚乳。田菁胶粉为白色或淡黄色 ◇皂仁胶 皂角树为豆科植物,为落叶乔木,树高可达15-20m,分雌雄两种,雌树五月开花挂 果,十月成熟。果实为条形,宽4-6cm,长40-50cm,内有皂粒40多粒,剥出粒中白肉(果 实胚乳),即为皂角之精华皂(角)仁 纤维素衍生物:不溶于水的非离子型直链多糖。常用的有羧甲基纤维素(CMC)、羟 乙基纤维素(HEC)等。 生物聚合物:黄胞胶是黄单孢杄菌在一定条件下发酵生成的水溶性轻度阴离子型聚糖衍 生物,水不溶物含量在0.5%以下。黄胞胶用量少(0.05~0.1%),增稠性好,水不溶物和 冻胶残渣量低对地层伤害小。但制备工艺的技术性高,价格也较高。 合成聚合物:如聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇等 (2)交联剂(交链剂) 能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构,使聚合物水 溶液形成水基交联冻胶压裂液。 目前常用且形成工业化生产的交联剂有: 硼砂 有机钛(锆) 有机硼 (3)破胶剂 主要作用是使压裂液中的冻胶发生化学降解,由大分子变成小分子,有利于压后返排 减少对储集层的伤害。 常用的破胶剂包括酶、氧化剂和酸。生物酶和催化氧化剂系列是适用于21~54℃的低 温破胶剂;一般氧化破胶体系适用于54~93℃,而有机酸适用于93℃以上的破胶作用。 20世纪90年代初,国内外相继研制了胶囊包裹破胶剂(囊心材料一般为过氧化物或 酶),进一步提高了破胶率和破胶速度。 (4)其它添加剂
7 广西、四川、贵州、陕西、新疆等地试种，亩产平均在 50～100kg），属豆科植物的种子胶。 提取的瓜 尔胶粉呈乳白色。羟丙基胍胶为胍胶的衍生物。 香豆胶 产自香豆子（又称葫芦巴 、香草等）。豆科葫芦巴属一年生草本植物。我国 西北、华北地区种植较普遍。提取的香豆胶粉呈淡黄色。 田菁胶：产自田菁(豆科植物)种籽内胚乳。田菁胶粉为白色或淡黄色。 皂仁胶 皂角树为豆科植物，为落叶乔木，树高可达 15-20 m，分雌雄两种，雌树五月开花挂 果，十月成熟。果实为条形，宽 4-6 cm，长 40-50 cm，内有皂粒 40 多粒，剥出粒中白肉（果 实胚乳），即为皂角之精华-皂（角）仁。 纤维素衍生物：不溶于水的非离子型直链多糖。常用的有羧甲基纤维素（CMC）、羟 乙基纤维素（HEC） 等。 生物聚合物：黄胞胶是黄单孢杆菌在一定条件下发酵生成的水溶性轻度阴离子型聚糖衍 生物，水不溶物含量在 0.5%以下。黄胞胶用量少（0.05 ～0.1%），增稠性好，水不溶物和 冻胶残渣量低对地层伤害小。但制备工艺的技术性高，价格也较高。 合成聚合物：如聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯醇等。 （2）交联剂（交链剂） 能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水 溶液形成水基交联冻胶压裂液。 目前常用且形成工业化生产的交联剂有： 硼砂 有机钛（锆） 有机硼 （3）破胶剂 主要作用是使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排， 减少对储集层的伤害。 常用的破胶剂包括酶、氧化剂和酸。生物酶和催化氧化剂系列是适用于 21～54 ℃的低 温破胶剂；一般氧化破胶体系适用于 54～93 ℃，而有机酸适用于 93 ℃以上的破胶作用。 20 世纪 90 年代初，国内外相继研制了胶囊包裹破胶剂（囊心材料一般为过氧化物或 酶），进一步提高了破胶率和破胶速度。 （4）其它添加剂
①粘土稳定剂:作用在于防止储层粘土膨胀、分散和运移。常以氯化钾为首选,用量浓度 1~2%。聚合物粘土稳定剂是阳离子型的高分子聚合物,适用于注水井,而油井压裂不宜使 用 ②杀菌剂:用于杀死微生物,保持基液性能稳定,防止聚合物降解,并防止储层内的细菌 滋生繁衍。常用的杀菌剂有甲醛、乙二醛、戊二醛及其复配物,一般浓度为0.5~1.0% 此外,许多阳离子表面活性剂和一些杂环化合物也具有杀菌和防腐的作用 ③表面活性剂:常用于压后助排和防乳、破乳。比较可靠的选择应是非离子型的表面活性 剂,如目前商用的DL-6产品 ④降滤失剂:天然裂缝较发育的储层应考虑加入降滤失剂。常用的降滤失剂有固相的聚合 物(如淀粉)和硅粉,液相则有柴油和油溶性树脂。比较而言,前者可控制压裂液的初滤失, 后者则更有利于控制造壁性的滤失,合理的防滤失剂应是二者的综合。 ⑤降阻剂:应将压裂液的摩擦阻力降至清水的30~40%。 ⑥缓冲剂(pH值调节剂):是水基冻胶压裂液各种添加剂、储层条件和工艺要求的“平 衡”枢纽。通过调节压裂液的p值可使压裂液的配制、作业和返排满足要求。通常作为pH 值调节剂的有碳酸氢钠、碳酸钠、醋酸、柠檬酸等多种,一般应将压裂液pH值调节到110 以上 ⑦温度调节剂: ⑧滤饼溶解剂: 2、油基压裂液:虽然适用于水敏性地层,但价格昂贵,施工困难和易燃等问题,应用受到 一定限制。 3、泡沫压裂液 泡沫压裂始于20世纪60年代末的美国。1980年底,在 Texas州成功地进行了几次大 型施工,泡沫液用量最大已达到223m3,加砂530t,井深超过3350m,施工最高压 力达69MPa。近几年,国内许多油田也开展了现场试验。 泡沫压裂液实际上是一种液包气乳化液,或者说泡沫是气体分散于液体中的分散体系 气体主要用N2或CO2。 泡沫干度一般为65-85% 泡沫压裂液具有易返排、低滤失、对储集居伤害小等优点。不足之处在于压裂施工中需 要较高的注入压力、特殊的设备装置、施工难度大与投入经费高。 适用于低压、低渗、强水敏性地层。 乳化压裂液
8 ①粘土稳定剂：作用在于防止储层粘土膨胀、分散和运移。常以氯化钾为首选，用量浓度 1～2%。聚合物粘土稳定剂是阳离子型的高分子聚合物，适用于注水井，而油井压裂不宜使 用。 ②杀菌剂：用于杀死微生物，保持基液性能稳定，防止聚合物降解，并防止储层内的细菌 滋生繁衍。常用的杀菌剂有甲醛、乙二醛、戊二醛及其复配物， 一般浓度为 0.5～1.0%。 此外，许多阳离子表面活性剂和一些杂环化合物也具有杀菌和防腐的作用。 ③表面活性剂：常用于压后助排和防乳、破乳。比较可靠的选择应是非离子型的表面活性 剂，如目前商用的 DL-6 产品。 ④降滤失剂：天然裂缝较发育的储层应考虑加入降滤失剂。常用的降滤失剂有固相的聚合 物（如淀粉）和硅粉，液相则有柴油和油溶性树脂。比较而言，前者可控制压裂液的初滤失， 后者则更有利于控制造壁性的滤失，合理的防滤失剂应是二者的综合。 ⑤降阻剂：应将压裂液的摩擦阻力降至清水的 30～40%。 ⑥缓冲剂（pH 值调节剂）：是水基冻胶压裂液各种添加剂、储层条件和工艺要求的“平 衡”枢纽。通过调节压裂液的 pH 值可使压裂液的配制、作业和返排满足要求。通常作为 pH 值调节剂的有碳酸氢钠、碳酸钠、醋酸、柠檬酸等多种，一般应将压裂液 pH 值调节到 11.0 以上。 ⑦温度调节剂： ⑧滤饼溶解剂： 2、油基压裂液：虽然适用于水敏性地层，但价格昂贵，施工困难和易燃等问题，应用受到 一定限制。 3、泡沫压裂液 泡沫压裂始于 20 世纪 60 年代末的美国。1980 年底，在 Texas 州成功地进行了几次大 型施工，泡沫液用量最大已达到 2233 m 3 ，加砂 530 t，井深超过 3350 m ，施工最高压 力达 69 MPa。 近几年，国内许多油田也开展了现场试验。 泡沫压裂液实际上是一种液包气乳化液，或者说泡沫是气体分散于液体中的分散体系。 气体主要用 N2 或 CO2 。 泡沫干度一般为 65~85% 泡沫压裂液具有易返排、低滤失、对储集居伤害小等优点。不足之处在于压裂施工中需 要较高的注入压力、特殊的设备装置、施工难度大与投入经费高。 适用于低压、低渗、强水敏性地层。 4、乳化压裂液
油水两相的两种基本类型是油外相和水外相。油外相乳化液产生高的摩阻,水外相乳化液的 粘度低。 5、醇基压裂液 以醇作溶剂或分散介质配制的压裂液。适用于水敏、低压和低渗透油层的压裂。 6、胶束压裂液 近年开发的新型清洁压裂液,其主要组分是表面活性剂。具有无固相、无残渣、低伤 害、添加剂种类少、施工摩阻低、携砂能力强等特点。同时也存在两方面缺点,一是适用温 度24~79℃;二是成本较高。 (三)压裂液滤失性 压裂液向地层的滤失是不可避免的,受三种机理控制:压裂液的粘度、油藏岩石和流体 的压缩性、压裂液的造壁性 1、受压裂液粘度控制的滤失系数 当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时,压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度。 压裂液在多孔介质中的实际渗流速度(m/min)为: a=6×10-5k4 HoLo dt L=10212k4y 推导出 压裂液在多孔介质中的表观渗流速度为 v=6x10-s h4 CI =5.4×10 L C—受压裂液粘度控制的滤失系数,m√min k一垂直于裂缝壁面的渗透率,μm2 4y一裂缝内外压力差,MPa φ—地层孔隙度,小数 —压裂液粘度,Pa.s
9 油水两相的两种基本类型是油外相和水外相。油外相乳化液产生高的摩阻，水外相乳化液的 粘度低。 5、醇基压裂液 以醇作溶剂或分散介质配制的压裂液。适用于水敏、低压和低渗透油层的压裂。 6、胶束压裂液 近年开发的新型清洁压裂液，其主要组分是表面活性剂。具有无固相、无残渣、低伤 害、添加剂种类少、施工摩阻低、携砂能力强等特点。同时也存在两方面缺点，一是适用温 度 24 ～79 ℃；二是成本较高。 （三）压裂液滤失性 压裂液向地层的滤失是不可避免的，受三种机理控制：压裂液的粘度、油藏岩石和流体 的压缩性、压裂液的造壁性 1、受压裂液粘度控制的滤失系数 当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时，压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度。 压裂液在多孔介质中的实际渗流速度（m/min）为： dt dL L k p v a a 5 6 10 推导出： a k pt L 1.2 10 2 压裂液在多孔介质中的表观渗流速度为： t C L k p v a 5 1 6 10 a k p C 3 1 5.4 10
2、受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数 当压裂液粘度接近于油藏流体粘度时,储层岩石和流体受到压缩,让出一部分空间压裂 液才得以滤失进去,因此控制压裂液滤失的是储层岩石和流体的压缩性。 由体积平衡方程可得到 4.3×10-△P koc C2-受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数,m√min C:一综合压缩系数,1/NP 4一地层流体粘度,Pas 3、具有造壁压裂液滤失系数 具有固相颗粒及添加有防滤失剂(如硅粉或沥青粉等)的压裂液,施工过程中将会在裂 缝壁面上形成滤饼,它会有效地降低滤失速度,此时压裂液的滤失速度将受造壁性控制。滤 失系数是由实验方法测定的 动滤失 静滤失 m= tan a t/ymn √/√min 静滤失量与时间的关系 若实验压差与实际施工过程中裂缝内外压力 差不一致,则应进行修正 n d △P Ad u 0.005n A
10 2、受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数 当压裂液粘度接近于油藏流体粘度时，储层岩石和流体受到压缩，让出一部分空间压裂 液才得以滤失进去，因此控制压裂液滤失的是储层岩石和流体的压缩性。 由体积平衡方程可得到： l Ct k C P 3 2 4.3 10 3、具有造壁压裂液滤失系数 具有固相颗粒及添加有防滤失剂（如硅粉或沥青粉等）的压裂液，施工过程中将会在裂 缝壁面上形成滤饼，它会有效地降低滤失速度，此时压裂液的滤失速度将受造壁性控制。滤 失系数是由实验方法测定的。 静滤失量与时间的关系： V V m t sp t C Adt dV v 3 A m C 0.005 3 若实验压差与实际施工过程中裂缝内外压力 差 不 一 致 ， 则 应 进 行 修 正 ： 实验 真实 P P C C 3 3