压裂液技术分析PPT课件

1,压裂液技术,.,第2页,压裂是油气井增产的主要措施之一。压裂就是用高压泵将压裂液注入地层，使地层的裂缝扩大和造成新的裂缝并填入支撑剂，从而提高地层的渗透率。压裂液的作用就是传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝。在压裂工艺设备解决后，压裂的效果主要取决于压裂液。现代压裂液按配制材料化学性质和压裂液体系最终性状的不同而分类命名，包括水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂胶束压裂液等。目前，国内外有各种压裂液体系以适应不同油气藏和不同施工工艺的要求。,前言,.,第3页,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、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）。90年代有机硼延迟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液技术。,国内外压裂液体系发展回顾,压裂液发展历程：,前言,.,第4页,前言一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂四、压裂液选择,目录,.,第5页,压裂液(fracturingFluid)定义-压裂施工中用到的工作液。-压裂液是由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定化学体系。-按泵注顺序和所起的作用不同，压裂液分为预前置液、前置液、携砂液和顶替液。,一、压裂液综述,.,第6页,压裂液的基本功能之一是将支撑剂由井筒经孔眼携带到裂缝前沿指定位置，因此压裂液的悬浮和携带(压裂砂的)能力是其基本要求，这就要求它必须具有必要的”有效粘度”。,一、压裂液综述,.,第7页,粘度-控制缝宽（近井地带）-影响支撑剂传输液体滤失-控制总的液体滤失-影响裂缝的几何尺寸密度-控制静水压梯度-影响支撑剂传输破胶性能-影响改造效果-影响裂缝尺寸-影响支撑剂传输,一、压裂液综述,摩阻-控制施工压力-影响注入排量pH值-控制交联反应时间-影响液体性能配伍性-影响改造效果,.,第8页,一、压裂液综述,.,第9页,压裂液的粘温曲线,一、压裂液综述,.,第10页,影响压裂液流变反应过程因素包括：温度剪切速率剪切历史稠化剂浓度交联剂浓度破胶剂浓度,一、压裂液综述,.,第11页,压裂液效率,低效压裂液,短缝,高滤失,长缝,高效压裂液,低滤失,一、压裂液综述,.,第12页,一、压裂液综述,.,第13页,一、压裂液综述,.,第14页,压裂液伤害基质渗透率伤害滤液残渣胶体支撑带伤害残渣胶体,一、压裂液综述,.,第15页,残胶的伤害,一、压裂液综述,.,第16页,一、压裂液综述,.,第17页,不同压裂液对支撑裂缝导流能力保持率对比,一、压裂液综述,.,第18页,压裂液应用必备的条件-与地层岩芯和流体配伍性良好；-能造出一定宽度、有足够导流能力的裂缝；-造缝并沿涨开的裂缝输送支撑剂；-耐温、耐剪切；-施工完成后能够破胶，迅速返排；-易于控制、安全；-经济可行。,一、压裂液综述,.,第19页,前言一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂四、压裂液选择,目录,.,第20页,压裂液按化学性状分类-水基-交联冻胶、线性胶-油基-稠化柴油（原油）、油冻胶-乳化-水包油、油包水（水基-线性、交联）-泡沫-氮气、二氧化碳、双元-醇基-甲醇-表活剂清洁压裂液其它：气体、酸性、低分子、自生热压裂液等,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第21页,(1)水基压裂液体系水基压裂液：交联冻胶压裂液和线性胶压裂液。交联冻胶压裂液：是目前压裂液应用的主要类型，发展的方向是低成本、低伤害。交联冻胶在上世纪60年代末开始使用，被认为是压裂液技术上的重大进步。交联冻胶在使用上表现出很强的粘弹性和塑性，在水力造缝与携砂能力等方面优于线性胶压裂液。,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第22页,(2)油基压裂液,是以油作为溶剂或分散介质，与各种添加剂配制成的压裂液。磷酸酯溶解于烃类（柴油或轻质原油），添加少量铝酸盐后，通过Al3+的交联作用，形成油基冻胶体系。适用于低压、偏油润湿、强水敏地层。缺点：1、容易引起火灾。2、易使作业人员、设备及场地受到油污。3、基油成本高。,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第23页,乳化压裂液是在水相和油相中加入具有乳化作用的表面活性剂配制而成；根据分散介质的不同，分为水包油状压裂液和油包水状压裂液。特点：对地层伤害小，成本比油基压裂液低，耐温性差适应于浅井、低温、低砂比的水敏性地层压裂。,（3）乳化压裂液,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第24页,泡沫压裂液是氮气、二氧化碳或空气分散于压裂液中的分散体系特点：具有高悬浮能力的低密度体系；摩阻小；滤失量小；含水量相对少，压裂后易排出，对油层污染小；泡沫的稳定性差。适应范围:适应于低压、低渗、水敏性地层。,（4）泡沫压裂液,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第25页,泡沫质量影响粘度,粘度,cp,泡沫质量,%,0,20,40,60,80,100,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第26页,（5）清洁压裂液-粘弹性表面活性剂,粘弹性表面活性剂(ViscoelasticSurfactant,简称VES)压裂液是长链脂肪酸的季铵盐类阳离子表面活性剂溶解在盐水中形成的胶束溶液。网状胶束结构使表面活性剂胶束溶液具有了凝胶的性质,溶液粘度大幅度增加并具有了一定的弹性，粘弹性表面活性剂压裂液由此得名。国外的商品名是ClearFRAC(Schlumberger)，国内将其译为清洁压裂液。,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第27页,McBain小胶团（CCMC）,Hartley的球形胶束（CCMC）,Debye的腊肠式棒状胶束（C10CMC）,棒状胶团六角束（C继续增大）,加入表面活性剂，在水中形成棒状胶束结构,利用烃类有机物增溶到胶束中并使其分裂而破胶。,（5）清洁压裂液-粘弹性表面活性剂,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第28页,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第29页,清洁压裂液特点：,无残渣、伤害小粘度低，携砂能力强，可以减少不必要的缝高发育，使裂缝在有效的砂体内延伸，特别适用于浅薄油层的压裂改造。遇油自动破胶，遇水稀释破胶，可以解决低温井破胶难的问题。,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第30页,5、降阻水压裂液,清水压裂优点:（1）易形成有一定导流能力的长裂缝（2）消除冻胶损害，不含残渣，有利于返排；（3）延伸已有的天然裂缝或形成相互连通的天然裂缝；（4）成本较低。,清水压裂缺点:（1）工作液效率低、用量大（2）工作液粘度低、形成的裂缝宽度较窄（3）携砂能力差；（4）要求较高的泵注排量，以补偿工作液的高滤失；,主要有降阻剂等添加剂配置而成.,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第31页,美国不同压裂液类型发展趋势对比,1950,1960,1970,1980,1990,2000,发展方向：低残渣、低伤害、低成本、配置简单、可操作性强,二、压裂液常用体系及发展方向,.,第32页,前言一、压裂液综述二、压裂液常用体系及发展方向三、压裂液添加剂四、压裂液选择,目录,.,第33页,稠化剂杀菌剂破胶剂pH值调节剂表面活性剂粘土稳定剂,发泡剂温度稳定剂转向剂降滤剂交联剂,1.构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括,三、压裂液添加剂,.,第34页,2.压裂液添加剂应用的基本要求每种液体需要最少的添加剂；检查所有添加剂的配伍性；添加剂对温度和pH的敏感性，按设计的配比加入。,三、压裂液添加剂,.,第35页,压裂液添加剂-稠化剂,水溶性聚合物作为稠化剂(增稠剂)是水基压裂液的基本添加剂。植物胶（如胍尔胶、香豆胶、田菁胶、皂仁胶、槐豆胶、魔芋胶和海藻胶）及其衍生物纤维素的衍生物(如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等)；合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）,以及生物聚合物（黄胞胶）。,三、压裂液添加剂,.,第36页,羟丙级瓜儿胶,合成聚合物,纤维素的衍生物,三、压裂液添加剂,.,第37页,胍胶是一种由甘露糖和半乳糖组成的长链高分子聚合物，原料是生长在巴基斯坦和印度的胍胶豆胚乳。胍胶粉有15%-18%的不溶残余物。利用丙烯氧化物可将胍胶改性为羟丙基胍胶（HPG），可去除聚合物中大量的植物成分，水不溶残余物最小时仅含2%-4%。,三、压裂液添加剂,.,第38页,按行业标准SY/T5764-1995和SY/T5766-1995检测七项,重要的、直接影响压裂液性能的指标是水不溶物和粘度。,常用稠化剂性能,三、压裂液添加剂,.,第39页,压裂液添加剂-交联剂,交联剂是能通过交联离子（基团）将溶解于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶的化学剂。常用交联剂一般分为无机和有机两类，无机类有十水合四硼酸钠（俗成硼砂），一般为非延迟交联；有机类包括有机硼络合物（JL系列），多为可延迟交联。交联时间为线性胶溶液加入交联剂至呈现刚性结构所需要的时间。,三、压裂液添加剂,.,第40页,压裂液添加剂-交联剂,延迟交联有利于交联剂的分散，产生更高的粘度并改善压裂液的温度稳定性。同时，延迟交联使管路中流动的大部分是线性胶，而能形成低的泵送摩阻。行业标准SY/T6216-1996规定交联剂检测8项指标，关键是交联时间、耐温能力和破胶能力。有机硼交联压裂液具有可控制的延迟交联作用、耐高温和自动破胶三大特性。,三、压裂液添加剂,.,第41页,压裂液添加剂-破胶剂,使压裂液交联冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少储层伤害。水基交联冻胶压裂掖常用的破胶剂有酶、氧化剂（常用过硫酸盐）和酸。生物酶和催化氧化剂适应于21-54；一般氧化剂适应于54-93。低温破胶活化剂，针对过硫酸铵分解温度较高而开发的还原性化学品，有效降低了破胶剂活化温度。,三、压裂液添加剂,.,第42页,压裂液添加剂-pH值调节剂,pH调节剂可控制稠化剂水合增粘速度、交联剂所需的pH值范围和交联时间；当pH值较低时，大多数液体迅速破胶；当pH值较高时，压裂液的温度稳定性好，破胶时间较长；压裂液的pH值应控制在合理的范围。,三、压裂液添加剂,.,第43页,压裂液添加剂-表面活性剂,破乳剂:与原油之间配伍性好，有效破除油液乳化。助排剂:降低表、界面张力，增大接触角，减小毛管力，有利于压裂液返排。互溶剂:可与烃和水互溶的化合物，降低水溶液的表面张力，促进残液的返排。,三、压裂液添加剂,.,第44页,压裂液添加剂-粘土稳定剂,防止粘土膨胀、分散和运移无机盐KCl，提高压裂液矿化度，有效压缩使粘土膨胀的双电层，并且钾离子大小恰能进入粘土的硅氧四面体的六角空间，防止粘土膨胀、分散和运移。阳离子聚合物，带正电的表面活性剂被带负电的粘土吸附，造成电荷中和并降低粘土的离子交换能力，使粘土不再因吸附水合阳离子而发生膨胀。,三、压裂液添加剂,.,第45页,压裂液添加剂-杀菌剂,所有的水含有细菌；水基液必须加有杀菌剂；杀菌剂能控制厌氧菌或喜氧菌繁殖；细菌侵袭有机聚合物，损坏其链和降低粘度。加入杀菌剂主要是为了防止因聚合物降解导致粘度下降，影响交联、携砂。,