压裂液技术研发新进展1new

压裂液技术研发新进展2012年 03月 21日薛承瑾胍胶增稠剂大幅涨价后的思考与对策2011年 4季度以来，国际市场瓜尔胶片价格持续大幅上涨，涨幅超过 300% （由原来的 2-3万元 /吨上涨至 13万元 /吨以上），可考虑采取以下应对措施：（一）降低瓜尔胶使用浓度 应用羧甲基胍胶 (CMHPG)，代替羟丙基胍胶 (HPG)，用量可降低 1/3 1/2 研制低分子改性胍胶压裂液体系 研制高效交联剂，如双分子或多分子型有机硼、钛、锆交联剂（二）其他天然植物胶代替瓜尔胶如香豆胶、田菁胶、魔芋胶、黄原胶等作为压裂液的增稠剂，优化研究相应的交联剂及配套添加剂（三）清洁压裂液替代胍胶压裂液 粘弹性表面活性剂（ VES）清洁压裂液 抗温抗盐聚合物清洁压裂液 纳米材料缔合清洁压裂液主 要 内 容p 压裂液压裂过程中所用的液体 由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定化学体系 性能要求： 滤失小；悬砂能力强；摩阻低；稳定性好；配伍 性好；低残渣；易返排；货源广、易于配制、价格便宜水基压裂液VES压裂液泡沫压裂液1 压裂液概述1 压裂液概述 1947.7， 美国堪萨斯州第一次水力压裂施工，油基压裂液50年代， 水基压裂液得以应用，但仍以油基为主60年代， 瓜尔胶改性研究及其交联水基压裂液体系（ B、 Al）70年代， 成功将瓜尔胶化学改性，完善了相应交联体系 （无机钛和锆） ，水基压裂液迅速发展并在应用中取得主导地位80年代， 有机钛、锆交联水基压裂液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体系，胶囊破胶剂技术， 压裂液技术无论是其体系本身还是应用工艺都日趋成熟2000年， 低稠化剂浓度水基压裂液、清洁压裂技术和其他压裂液2011年以后，替代胍胶压裂液体系的研发 压裂液发展历程 将井筒中携砂液全部替入裂缝 按照泵注程序和所起作用不同，压裂液分为三类 按耐温性不同，压裂液分为四类 低温（ 20-60 ） 中温（ 60-120 ） 高温（ 120-180 ） 超高温（ 180 ）1 压裂液概述 按照化学组成不同，压裂液分为五类压裂液类型 优点 缺点 适用范围使用情况， %国外 国内水基压裂液性能好，易于控制压裂液状态；液柱密度大，可降低泵压；廉价、安全、可操作性强降低相对渗透率，伤害较高，不易返排，需要助排措施除了强水敏储层外均可使用 60-70 90油基压裂液配伍性好、低密度、易返排、伤害小流变性能差，不易控制；密度低，摩阻高，泵压高；成本高，安全性差强水敏、低压储集层，加砂规模小，温度低于 110 的储集层 5 3泡沫压裂液携砂能力强；液体效率高；密度低、易返排，伤害小密度小，摩阻高，施工压力高，需要特殊设备低压、水敏储集层或者含气层 25-30 3乳化压裂液残渣少、滤失低、伤害小摩阻较高，油水比例较难控制低压、水敏储集层、低中温井 5 2清洁压裂液弹性好，携砂能力强；无聚合物、无残渣、低伤害；破胶容易控制粘度低、滤失较大、成本高低温（ 100 ）高渗透油气储层 2开始应用常用压裂液体系的比较1 压裂液概述p 清洁 压裂液以盐水为分散介质（溶剂），加入表面活性剂和助剂，配制而成的一种具有一定粘弹性的胶束流体，也称为 无聚合物压裂液或者粘弹性表面活性剂压裂液（ VES）1 压裂液概述清洁压裂液微观结构图C CMC(临界胶束浓度 )C 10CMC时形成的Debye棒状胶束C CMC时形成的Hartley球状胶束C继续增大：棒状胶团六角束C继续增大：胶束网络VES形成机理示意图1 压裂液概述清洁压裂液在遇油时的自动 离解过程1 压裂液概述1 压裂液概述目前，国外压裂液体系朝着地层伤害小、环境友好型的方向发展，并不断提高其耐温耐剪切抗盐能力，已形成门类齐全、适用于各种地层和环境条件下的压裂液体系，并得到广泛应用。国内在油气田低伤害压裂液体系和环保方面研究和应用还处在起步阶段。各个科研院所开发的成果也只是在某个油田小范围应用。因此，参照国外的经验，应该加强低伤害压裂液体系的系统研究和推广应用工作。主 要 内 容主 要 内 容2.1 泡沫 粘弹性表面活性剂乳化压裂液2.2 类 交联 VES压裂液2.3 增能压裂液2.4 酸性 VES压裂液2.5 纤维充填 压裂液2.6 低分子 可回收 压裂液2 几种新型压裂液VES/CO2压裂液 ： 多表面活性剂体系中加入 CO2所形成的压裂液体系 耐温性： 可达 160 适用于： 衰竭油气藏、水敏地层 、小油管（ 1） 新型 CO2 粘弹性表面活性剂乳化压裂液 （ VES/CO2压裂液 ）2.1 泡沫 粘弹性表面活性剂乳化压裂液p 优点 无剪切降解：所形成的蠕虫状胶束可以自动修复被破坏的结构对于不适合聚合物压裂液的小油管更有优势， 相比泡沫压裂液，其摩阻小 表面活性剂遇地层油自动破胶 无固相，无残渣，对渗透率和裂缝导流能力伤害很小 表面活性剂表界面张力低，摩阻低，返排率高p 现场应用情况 VES/CO2压裂液 在国外 20多个油田被应用，其中德克萨斯州 Panhandle地区应用最多 国内目前还没有被报道的应用实例（ 2） CH4混合 CO2 粘弹性表面活性剂乳化压裂液（ VES/ CH4 / CO2压裂液）体系组成：主剂为表面活性剂，添加CO2和 CH4， CO2占 50%适用储层： 低压水敏性致密气层 适合温度 135 以内的储层2.1 泡沫 粘弹性表面活性剂乳化压裂液 VES胶束在高温下不稳定，容易受热重排成没有粘度的结构， 普遍耐温 60-100 VES胶束 抗高速剪切能力低 约 20%的 VES压裂液不能充分地流动和 返排 清洁压裂液中的表面活性剂分子量小，容易滤失；当地层渗透率为 800-1000md时， VES的滤失和清水相当2.2 类 交联 VES压裂液p 经典的 VES压裂液 缺点低分子量粘弹性表面活性剂 +纳米材料 +内部破胶剂p 类交联 VES压裂液2.2 类 交联 VES压裂液纳米材料p 形成机理在传统 VES压裂液中加入纳米材料，这些纳米材料以静电力和范德华力与 VES胶束缔合或 “拟交联 ”在一起，建立起一种动态网状结构，从而保持流体高温稳定性 抗温性与抗盐性： 可适用于 180 高温储层；可适用于高浓度盐水 造壁性： 形成高粘度的 VES层 称为 拟滤饼 清除拟滤饼： 使用破胶剂 （ 1）把原有的胶束结构变成球形的非粘弹性结构（ 2）分散纳米粒子，使其随流体返排拟滤饼被内部破胶剂清除后的岩心壁面2.2 类 交联 VES压裂液VES压裂液纳米材料缔合后分子结构示意图中石化工程院 HAKKE MARS 流 变仪 p 国内研究现状2.2 类 交联 VES压裂液清洁压裂液粘度随剪切时间的变化（添加纳米材料， 130 ， 170S-1 ， 2h） 60mPas（ 1）对地层中压裂液升温，同时对井筒增压，以利于压裂液的彻底破胶和压裂液的顺利返排生热剂 +改性胍胶 +交联剂 +化学破胶剂等基本原理： 在现有胍胶压裂液中加入延迟升温剂，使其在 20-40min后升温到 50 以上达到最佳破胶温度，进压 裂液彻底破胶返排，以进一步降低对储层的伤害2.3 增能压裂液p 适用性 砂岩地层、泥岩地层、水敏性地层、滤失伤害较严重的地层、 低温低压地层 、压裂后返排困难的地层 地质条件越复杂、地层温度及压力越低，其技术经济优势越明显 破胶性能 聚合物分子链断裂均匀，破胶彻底，破胶液外观清澈透明，粘度较低（低于 5mPa.s）， 肉眼看不见压裂液残渣 升温性能根据施工规模不同，通过控制催化剂的浓度和生热剂的浓度，能使压裂液体系在施工的后期上升到最佳的破胶温度 增压助排性能压裂液在产生热量的同时，生成大量惰性气体，具有自动增压功能，形成类似前置 “液氮 /二氧化碳 ”的作用p 性能2.3 增能压裂液进入地层自动形成的泡沫混合物抗滤失性强、携砂性强。泡沫混合物提供的结构粘度更适合于大砂量的压裂施工，泡沫具有类似粉砂的降滤失效果 返排时形成的泡沫混合物在井筒中自动气举，返排快，对储层伤害小 成本低，仅为羟丙基胍胶压裂液的 1.5 2倍左右，比泡沫压裂液的成本低得多 对地层的伤害率较小，明显小于目前使用的羟丙基胍胶压裂液p 优点2.3 增能压裂液（ 2） CO2增能稠化烃压裂液稠化烃压裂液烃 类： 磷酸酯类和改性的磷酸酯类交联剂： 铝或者铁活化剂（都与氮气兼容）铁活化剂交联的稠化烃压裂液 ：在酸性地层中稳定，破胶剂为碱性材料；这种体系更适合加入 CO2，形成 CO2增能稠化烃压裂液。现场常用 CO2和 N2混合应用。适用条件： 低压致密气井，储层渗透率 0.1mD 10D；井深超过 3000m；地层温度 110 以下2.3 增能压裂液p 现场应用Montney、 Rock Creek,Ostracod、 Gething、 Viking、 Dunvegan 和 Cardium等地 层都有应用例如：在 Rock Creek气田，现场使用体系为： 12% 稠化烃压裂液中加入 CO2 ， 18% 加入 N2、 70%不加入任何气体2.4 酸性 VES压裂液酸性 VES压裂液 ： 采用新型两性黏弹性表面活性剂，在酸性介质中稠化形成酸性黏弹性流体，配制得到新型酸性清洁压裂液常规 VES压裂液缺点 配液难度较大 携砂性弱 乳化伤害 大 润湿反转伤害 大 滤失较大20% 盐酸 VES压裂液黏温曲线2.4 酸性 VES压裂液（ 1） 低伤害 自动破胶， 破胶后无残渣，不会对地层产生新的伤害 阴离子表面活性剂可克服阳离子表面活性剂体系因减小砂岩地 层孔隙吼道尺寸引起岩石表面润湿反转等副作用（ 2）良好的降滤和缓速性能 可与岩石发生反应，使 pH值降低和盐浓度上升，从而使其黏度升高（可 达 300mPas以上），降滤和缓速性能得到显著改善 在酸压改造中， 酸性 VES压裂液 在裂缝壁面的滤失过程中，鲜酸易进入高渗透段，进而产生较多高渗透率孔道（蚓孔），同时 pH 值下降 , 黏度上升，增 黏后转向酸的作用深度和强度更大，降滤能力更强，从而可有效地降低高渗透区的滤失速率p 性能及优点2.4 酸性 VES压裂液（ 3）良好的缝内转向性能对于微细裂缝发育的储层，在缝内形成高黏堵塞，造成其在微细裂缝中的屏蔽暂堵，从而在缝内形成憋压转向，沟通其他酸压工艺不能沟通的新油区（ 4）低摩阻、低施工压力摩阻为清水的 1/5、胍胶的 1/2 ；对于深度 2000m深的井，可以降低施工压力约 10MPa（ 5）耐剪切、有效时间长黏弹性表面活性剂的胶束是自组装结构体，胶束在剪切力作用下可以被剪断；但外力撤出后，其胶束又可恢复交联，携砂能力好2.4 酸性 VES压裂液p 适用性（ 1） 针对老井重复改造根据老井的开采时间和结垢状况，初步评估结垢量，该体系可调整酸液类型和酸量。针对结垢严重的老井 ，该 体系可采 用 高酸浓度 酸 压施工（ 2） 针对新井改造在强酸敏地层可控制 pH范围为 4-6，并加入铁离子稳定剂，在碳酸盐地层也可将压裂和高浓度酸化有机结合，提高改造效果p 应用现状国内酸性清洁压裂液成型的产品不多 ， 产品耐温性能 稍差 ，酸浓度不高，施工交联比大， 目前还 不 易 控制p 纤维材料的作用 促进裂缝中支撑剂均匀分布 起桥接作用 随时间降解，对地层无伤害在美国 Bakken 地区，纤维素降解时 间少于 4天； 18个小时后在返排液中无纤维成分 防止出砂纤维材料剖面纤维充填纤维材料纤维充填压裂液在常规压裂液中加入纤维材料形成的纤维网状压裂液2.5 纤维充填 压裂液纤维充填压裂液p 优点2.5 纤维充填 压裂液 耐温性好： 65-204 有利于使用低粘度压裂液运移、悬浮和铺置支撑剂例如：将人造纤维混在携砂液中尾随注入，从而将支撑剂稳固在原始位置，而流体可以自由通过，达到预防支撑剂回流的目的 国外应用最多的为北美德克萨斯东部低渗透CottonValley地层，最大加砂规模 385t；施工超过 200井次 国内四川都遂 101井，加