压裂液,基本知识,对储层伤害的评价

酸性交联压裂液伤害性评价实验报告

1 压裂液基础知识

水力压裂是油气层改造与油井增产的重要方法，得到广泛的应用，对于油气的生产起着不可代替的作用。几十年来,国内外油田对压裂液技术方面进行了广泛的研究。该技术发展是越来越成熟，目前压裂液体系的发展更是日新月异，国内外均出现了天然植物胶冻胶压裂液、泡沫压裂液、酸基压裂液、乳化压裂液、油基压裂液、清洁压裂液等先进的压裂液进一步为油气的勘探开发和增储上做出了重大贡献。我们对一些国内外先进的压裂液体系做了一些介绍，并了解了国内外压裂液的发展方向和概况。同时为了更清楚地认识压裂液中各种化学添加剂性能优劣对地层伤的害性，对其伤害性的评价就显得十分重要和必要了。

1.1 压裂液在压裂施工中基本的作用：

（1）使用水力劈尖作用形成裂缝并使之延伸；

（2）沿裂缝输送并辅置压裂支撑剂；

（3）压裂后液体能最大限度地破胶与反排，减少裂缝与地层的伤害，并使储集层中存在一定长度的高导流的支撑带。

1.2 理想压裂液应满足的性能要求：

（1）良好的耐温耐剪切性能。在不同的储层温度、剪切速率与剪切时间下，压裂液保持有较高的黏度，以满足造缝与携砂性能的需要。

（2）滤失少。压裂液的滤失性能主要取决于压裂液的造壁滤失特性、黏度特性和压缩特性。在其中加入降滤失水剂将大大减少压裂液的滤失量。

（3）携砂能力强。压裂液的携砂能力主要取决于压裂液的黏度与弹性。压裂液只要有较高的黏度与弹性就可以悬浮与携带支撑剂进入裂缝前沿。并形成合理的砂体分布。

一般裂缝内压裂液的黏度保持在50~100mpa*s。

（4）低摩阻。压裂液在管道中的摩阻愈小在外泵压力一定的条件下用于造缝的有效马力就愈大。一般要求压裂液的降阻率在50%以上。

（5）配伍性。压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体接触，不应该发生不利于油气渗率的物理或化学反应。

（6）易破胶、低残渣。压裂液快速彻底破胶是加快压裂液反排，减少压裂液在地层中的滞留时间的必然要求。降低压裂液残渣是保持支撑裂缝高导流能力，降低支撑裂缝伤害的关键因素。

（7）易反排。影响压裂液反排的因素有：压裂液的密度、压裂液的表面、界面张力和压裂液破胶液黏度。

（8）货源广、便于配制与价格便宜。随着大型压裂的发展，压裂液的需求量很大，其是压裂成本构成的主要部分，所以压裂液的可操作性和经济可行性是影响压裂液选择和压裂施工的重要因素。

2国内外先进压裂液的发展趋势与研究概况：

目前国内外压裂液的研究趋势是开展具有低残渣或无残渣、易破胶、配伍性好、低成本、低伤害等特点压裂液配方体系的研究，减小压裂液对储层的伤害成为压裂液研究的热点。

2.1清洁压裂液

粘弹性表面活性剂压裂液（VES）是在盐水中添加表面活性剂形成的一种低粘阳离子胶凝液，又被称为清洁压裂液（clear FRAC）。它由长链脂肪酸衍生的季胺盐组成，在盐水中季胺盐分子形成蚯蚓状或杆状胶束，这些胶束类似于聚合物链，能够卷曲，形成一种粘弹性的流体，其粘度是通过表面活性剂杆状胶束的相互缠绕而形成的，这与瓜胶等植物胶压裂液的粘度形成机理不一样。植物胶压裂液不耐剪切，由于分子链的断开，剪切过程中植物胶的粘度会永久的丧失。而清洁压裂液胶束的形成和相互缠绕是表面活性剂分子之间和表面活性剂聚集体之间的行为，其变化的速率远远的大于流体的流动速率，表现为清洁压裂液的表观粘度不随时间而变化以及通过高剪切后体系的粘度又能够得到恢复。当压裂液暴露到烃液中或被地层水稀释时发生破胶，无需另外添加破胶剂。清洁压裂液中不含任何高聚物，它主要

靠胶束的弹性而不是粘度来携砂。相对于常规交联聚合物压裂液，VES压裂液的特点是在较低的粘度即可得到较高的携砂能力。VES不含聚合物，因此几乎没有残渣，也不会留下滤饼，对支撑裂缝和地层的伤害都比较小。VES压裂液缺点是耐温能力差，成本较高。2001年斯伦贝谢公司研制的清洁压裂液在大庆油田进行现场应用，最高适用温度只有80℃，经过这几年的发展，耐温性能有所提高，最高适用温度在110℃左右。今后清洁压裂液的发展趋势是进一步提高携砂能力和耐温性能，降低成本。

2.2低聚合物压裂液

低聚合物压裂液是由聚合物、缓冲剂、交联剂等主要成分组成。聚合物是一种高屈服度的羟丙基瓜尔胶，通过采用硼基交联剂而生成较好的压裂液冻胶，不需要加入通常采用的酸、酶或氧化剂等破胶剂，一但使用温度稳定，其流变性也稳定，不像普通含破胶剂冻胶压裂液，随时间粘度有损失。这种体系具备了交联瓜尔胶压裂液的流变性能和低滤失特性，以及无聚合物压裂液的低导流能力伤害特性，它的特点是靠短链分子、化学离子和pH值调节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，而且配制简便，可回收再利用，降低成本，减少污染，具有很好的应用前景。

2.3 非交联型黄原胶/魔芋胶水基冻胶压裂液技术

针对碱敏性油藏、非均质砂砾岩油藏、天然裂缝发育的储层的压裂施工，胜利油田分公司采油研究院开发了一套基于黄原胶和魔芋精粉的冻胶压裂液体系。作为基础稠化剂的黄原胶是通过微生物发酵制得的，是一种无毒的杂多糖，在酸性、碱性、高矿化度的环境中均能保持稳定，具有良好的水溶性、增黏性及颗粒悬浮性能。低浓度的黄原胶溶液一般不会凝胶化。黄原胶溶液同魔芋精粉溶液混合后，在一定的浓度范围内会产生协同稠化作用。体系配方为：（0.3%～0.7%）主稠化剂（黄原胶）+（0.2%～0.5%）助稠化剂（魔芋胶精粉）+0.1%杀菌剂（甲醛液）+0.1%抗氧化稳定剂（硫代硫酸钠）+pH值调节剂（盐酸可调）+0.3%黏土稳定剂（四甲基氯化铵）+0.3%助排剂（十二烷基三甲基氯化铵）+0.1%破胶剂（过硫酸铵）。该体系具有高表观黏度，携砂能力强，滤失量小，可用强氧化型破胶剂破胶，在中性、偏酸性和高矿化度环境中能稳定存在，可用于碱敏、天然裂缝发育储层的压裂改造。

2.4 新型泡沫压裂液体系

三塘湖盆地马朗凹陷牛东构造带其油藏带属于火山岩油藏，储藏以玄武岩为主，其次为安山岩，储层为异常低压系统，地层温度为47.2℃ ~ 54.6℃，基质物性差，孔隙度、渗透率较低产能分布复杂，单井产量差异大，投入开发后约有50%的井投产不出，严重影响油田的开发效果。中国石油大学石油工程教育部重点实验室的马俯波等人为了解决以上问题开发出了新型泡沫压裂液体系，其以特技羟丙基胍胶为主体，以无机硼交联剂、高效发泡剂、助排剂、黏土稳定剂作为优选添加剂。具有低摩阻、低虑失、低界面张力、反排彻底、对地层伤害小、携砂性能好等特点，尤其适用于低压、低渗透、水敏性强的地层压裂。

2.5 ClearFRAC无聚合物压裂液体系

该体系是由斯伦贝谢公司研制出一种适用于海洋和陆地的压裂液。该压裂液采用一种黏弹性表面活性剂,具有造缝和运送支撑剂所必要的黏度。黏弹性表面活性剂在与油层的油气接触或受地层水稀释后,其黏度会降低,随采出的液体回流到地面。它能与KCl、MgCl2和四甲基氯化铵等常用稳定剂相容,在给定温度下能发挥最佳的性能，清洗后裂缝的导液率可达98%～100%。常规聚合物基液体需要采用几种分散剂所用的分散剂数量取决于井底温度、液体类型、泵送液体时间和聚合物含量,而黏弹性表面剂液体无须添加分散剂，因为它与烃接触或受地层水稀释就会分散。当泵送结束时,采出烃就会使胶束结构破裂,降低液体黏度，使流回地面的液体不留下支撑剂残渣。

3 压裂液伤害性评价实验部分

3.1 实验目的

(1)加强对油田化学中压裂液性能的认识。

(2)有必要通过一系列的评价方法评价其伤害性，设计了一套评价压裂液伤害的方法，

有助于进一步了解和认识压裂液。

(3)强实验操作技能和探索创新能力。

3.2 实验原理

(1) 水基压裂液的基本配制原理：

水基压裂液是以水做溶剂或者分散介质，向其中加入稠化剂、添加剂配制而成的。

稠化剂主要采用三种水溶性聚合物，即植物胶（胍胶、田菁、魔芋等）、纤维素衍生物及合成聚合物。

交联剂是通过交联离子将植物胶分子链上的活性基团以化学键连接起来，形成具有粘弹性的三维网状冻胶。

其配制过程为：

a、水+添加剂+稠化剂=溶胶液

b、水+添加剂+交联剂=交联液

c、溶胶液+交联液=水基冻胶压裂液

[溶胶液/交联液=100/（1～7）]

(2)岩心渗透率计算:

K=Q×η×L/(Δp×A×10)

式中:

K—煤油或盐水通过岩心的渗透率，um2;

Q—煤油或盐水通过岩心的体积流量，mL/S ;

L—岩心轴向长度，cm;

A—岩心横截面积，cm 2;

U—煤油或盐水粘度，mPa*S

Δp —岩心上、下流的压差，Mpa

(3)基质渗透率损害率计算:

ηd=﹙K1 －K2）/K1×100 % 式中:

n一渗透率损害率，%;

K,—岩心挤入压裂液前的基质渗透率，um2

K2—岩心挤入压裂液后的基质渗透率，um2

（4）残渣含量的计算

压裂液残渣含量按下式计算：