《压裂液的发展及应用分析课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压裂液的发展及应用分析课件.ppt（41页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、压裂液的发展及应用大庆石油学院2010.3,第一章 压裂液的分类及性能 第二章 压裂液的应用及发展趋势 第三章 压裂液对油气层的伤害 第四章 清洁压裂液的研究与应用,第一章 压裂液的分类及性能第一节 压裂液的类型一、按液体性质分类1、水基压裂液（1）活性水压裂液（2）稠化水压裂液（3）水基冻胶压裂液2、油基压裂液（1）纯油基压裂液（2）稠化油压裂液（3）油冻胶压裂液,3、乳状压裂液（1）水包油乳状压裂液（2）油包水乳状压裂液4、泡沫压裂液（1）水泡沫压裂液（2）酸泡沫压裂液（3）油泡沫压裂液（4）醇泡沫压裂液5、酸基压裂液（1）活性酸压裂液（2）稠化酸压裂液（3）酸冻胶压裂液6、醇基压裂液（1
2、）稠化醇压裂液（2）醇冻胶压裂液,二、按压裂过程中作用分类1、清洗液 组成：5%盐酸+0.2%表面活性剂水溶液。作用：疏通压裂井段射孔孔眼，若孔眼畅通，此工序可省略。2、前置液 组成：不含支撑剂的压裂液，一般占携砂液的25%-50%。作用：造缝，降低地层温度，延伸裂缝。3、预前置液 组成：低粘度未交联的原胶液。作用：降低地层温度，满足高温油层的应用，若压裂液抗温性好，可省略。,4、前垫液 组成：含有特殊处理剂的隔离液。作用：对水敏、结垢或含蜡量高达地层，可提前泵入防膨剂、除垢剂或清蜡剂，若配伍性好，此工序可省略。5、携砂液 组成：高粘度交联的压裂液+支撑剂。作用：扩伸裂缝，携带支撑剂，形成高导
3、流能力的沙床。6、顶替液 组成：水或加入破胶剂的水溶液。作用：将携砂液全部替入地层。,第二节 压裂液的基本性能一、压裂液性能评价考虑因素1、压裂液在工程中的应用（1）高速率传递压力，克服地层应力，使岩石破裂。（2）高砂比携带支撑剂，完成裂缝填砂。2、压裂液对油层的伤害（1）油层的物化性质对压裂液的性能要求。（2）储层流体物化性质对压裂液的性能要求。,二、压裂液的滤失性 1、受粘度控制的压裂液滤失系数Cv 压裂液粘度大大超过油层内原有流体的粘度，滤失量Cv小。,2、受油层流体压缩性控制的压裂液滤失系数Cc 受压缩性和油层本身流体粘度所控制的，如不受压缩，滤失量是有限的。,3、受造壁性能控制的压裂
4、液滤失系数Cw 添加降滤失剂，在裂缝面上形成暂时滤饼，防止压裂液滤失。,M：滤失曲线斜率，无因次；聚合物压裂液滤失性测定结果表明，造壁性滤失系数CW都在10-4数量级，见表。,三、压裂液的流变性1、流体的类型（1）牛顿流体（2）宾汉流体（3）幂律流体（4）触变性流体（5）粘弹性流体2、测量方法（1）旋转粘度计对粘度的测量（2）锥板旋转粘度计的测量（3）管路流动仪的测量（4）动态模量的测量,3、压裂液的流变性（1）基液粘度 各种高分子稠化水溶液、矿物油、原油的粘度。代表基液的品质和稠化溶解速度。（2）压裂液初始粘度 基液交联15s-2min内的粘度。代表压裂液的携砂粘度，要求170s-1下，表观
5、粘度在100-200mPa.s。,（3）压裂液的流变性 1）压裂液的流变曲线：用粘度计测定室温至油层温度的流变曲线。2）压裂液粘温曲线：压裂液表观粘度随温度变化曲线。3）压裂液剪切稳定性：170s-1下，表观粘度与测定时间曲线。4）压裂液的粘时、粘温叠加效应：可以得出初始粘度、最高粘度、最低粘度等。5）压裂液的管路流动特性及摩阻压降。（4）破胶液粘度 在油层条件下压裂液破胶后的粘度，控制在10mPa.s以下。,四、压裂液对基岩渗透率的伤害1、岩心渗透率的测定方法 SY5336-88常规岩心分析推荐作法2、压裂液添加剂对渗透率的伤害3、压裂液破胶液对渗透率的伤害,五、压裂液的溶解性1、压裂液及其
6、添加剂的溶解性（1）水溶性（2）油溶性2、破胶液的溶解性3、破胶液与地层流体的相容性（1）沉淀性（2）乳化性,第二章 压裂液的应用及发展趋势第一节 压裂液的应用一、水基压裂液1、组成 水+稠化剂+交联剂+破胶剂+PH调节剂+杀菌剂+粘土稳定剂+破乳剂+消泡剂+降滤失剂+助排剂等。2、特点（1）水是最好的溶剂，安全，清洁，易得，成本低。（2）水溶液粘度低，密度较大，反排困难。（3）孔吼中易形成乳状液，产生水锁。（4）引起粘土的水化膨胀。3、应用范围 适用于大多数油气层和不同规模的压裂，除少数低压、油润湿和强水敏地层。,4、常用的添加剂（1）稠化剂 1）植物胶及其衍生物 瓜胶：白色略呈黄褐色粉末，
7、粘度187-351 mPa.s（25，1%水溶液，以下同），水不溶物19%-25%。羟丙基瓜胶：淡黄色粉末，粘度255-300mPa.s，水不溶物2%-4%。羧甲基羟丙基瓜胶：淡黄色粉末，粘度196-243mPa.s，水不溶物1.5%-4%。田菁胶：淡黄色粉末，粘度120-220mPa.s，水不溶物24%-32%。羟丙基田菁：淡黄色粉末，粘度90-120 mPa.s，水不溶物4%-18%。,羟丙基羧甲基田菁胶：淡黄色粉末，粘度50-110mPa.s，水不溶物4%-12%。水溶速度快，不需提前配制，可实现连续施工。羧甲基田菁胶：淡黄色粉末，粘度130-260 mPa.s，水不溶物3%-16%。羟
8、乙基田菁胶：淡黄色粉末，粘度60-100 mPa.s，水不溶物8%-17%。香豆子胶：灰黄色粉末，粘度150-320 mPa.s，水不溶物20%。皂仁胶：白色粉末，粘度500mPa.s，水不溶物25%。槐豆胶：淡灰黄色粉末，粘度200mPa.s，水不溶物30%。魔芋胶：淡褐色颗粒，粘度500mPa.s，水不溶物6%-30%。海藻胶：褐色颗粒，粘度80-110mPa.s，水不溶物12%-26%。,2）纤维素衍生物 羧甲基纤维素：白色或淡黄色絮状粉末，粘度50-1500mPa.s，水不溶物3%-6%。羟乙基纤维素：白色絮状粉末，粘度200-400mPa.s，水不溶物2%。羧甲基羟乙基纤维素：白色或
9、淡黄色絮状粉末，粘度10-300 mPa.s，水不溶物2%-4%。3）黄原胶 粘度可达3000mPa.s，水不溶物0.5%。4）合成聚合物 聚丙烯酰胺：白色颗粒，25，1%水溶液粘度300-1000 mPa.s，水不溶物0。甲叉基聚丙烯酰胺；羟甲基聚丙烯酰胺；聚丙烯酰胺衍生物。,（2）交联剂 1）两性金属或非金属含氧酸盐 硼砂（硼酸钠，十水合四硼酸钠）：无色结晶或颗粒，适应温度50-150。铝酸钠：白色颗粒，适应温度50。焦锑酸钾：白色粉末或颗粒，适应温度90-100。2）无机盐的两性金属盐 三氯化铬：暗绿色颗粒，适应温度80。重铬酸钾：橙红色结晶，适应温度80。三氯化铝：白色或浅灰色结晶，适
10、应温度80。硫酸铝钾：白色透明结晶或粉末，适应温度80。,硫酸铜：蓝色透明结晶，适应温度60。四氯化钛：无色有刺激性酸味的液体，适应温度120-150。氧氯化锆：白色丝状或针状结晶，适应温度120-150。3）有机酸酯 有机钛（双三乙醇胺双异丙基钛酸酯）：琥珀色至红棕色液体，适应温度150-180。有机锆：微黄透明液体，适应温度90-120。4）醛类 甲醛或乙二醛,（3）破胶剂 1）强氧化物 过硫酸钾、过硫酸铵、重铬酸钾、高锰酸钾、双氧水、特丁基过氧化氢等。2）酶 3）缓慢生成酸的化合物 三氯甲苯、苯甲酰氯 4）胶囊破胶剂,二、泡沫压裂液1、组成 水+气+起泡剂+稳泡剂等2、特点（1）泡沫的悬
11、浮性好（2）摩阻低、滤失小（3）含水少，压裂后易反排（4）温度稳定性差3、应用范围 适用于低压、水敏或含气地层。,三、油基压裂液 1、组成 油+脂肪酸类交联剂+增强剂+破胶剂+高分子增粘减阻剂等。2、特点（1）不清洁，成本高，不安全，易着火。（2）油粘度高，摩阻大，但密度较小，易反排。（3）溶于油的添加剂选择范围小。（4）与地层岩石及流体相容性好。3、应用范围 适用于低压、油润湿和强水敏地层。,四、乳状压裂液 1、组成 水+油+乳化剂+乳化稳定剂+破胶剂+高分子增粘减阻剂等 2、特点（1）乳状液具有一定的粘度（2）滤失量低，对地层伤害小（3）摩阻较高（4）成本低于油基压裂液 3、应用范围 适用
12、于低压、水敏地层。4、种类（1）水包油压裂液：表面活性剂的HLB值在7-18之间，油水体积比50：50-80：20。（2）油包水压裂液：表面活性剂的HLB值在3-6之间，油水体积比60：40。,五、酸基压裂液 1、组成 水+酸+耐酸稠化剂+缓蚀剂+破胶剂+助排剂等 2、特点（1）溶解地层的堵塞物，增加导流能力（2）处理剂具有耐酸性（3）设备的腐蚀性 3、应用范围 适用于碳酸岩地层的酸压或含灰质地层的解堵性压裂。,六、醇基压裂液 1、组成 醇作溶剂或分散介质配制的压裂液。2、特点（1）成本高，低级醇易燃（2）醇难以稠化，浓度低（3）醇溶液表面张力高，易水锁 3、应用范围 适用于水敏/低压和低渗透
13、油层压裂。,第二节 压裂液的发展趋势一、国内外压裂液发展概述 50年代初到60年代初是以油基压裂液为主，60年代初，以瓜胶稠化剂的问世，标志着现代压裂液的诞生。70年代，瓜胶化学改性成功以及交联体系的完善，水基压裂液迅速发展，在压裂液类型中占有主导作用。80年代泡沫压裂技术大规模在现场应用，取代了部分水基压裂液。目前仍是以水基压裂液为主(占65%)，泡沫压裂液(占30%)，油基压裂液、乳化压裂液(占5%)共存的局面。其中，在水基压裂液中，硼交联压裂液占40%，钛、锆交联压裂液占10%，未交联线性胶占15%。,二、稠化剂的发展 各油田根据国内现有资源研究适合于本油田使用的压裂液。胜利油田研制的田
14、菁胶压裂液、羟丙基田菁胶压裂液；大港油田研制的CMC铬冻胶压裂液；长庆油田研制甲叉基聚丙烯酰胺压裂液等；四川研制魔芋胶压裂液(CT9-1)；廊坊分院研制的香豆胶压裂液；胜利油田研制的SC-1型植物胶压裂液；新疆油田开发出的油基压裂液和清洁压裂液等。这些压裂液的研制成功，对我国低渗透油田的压裂改造，都起到了极大的促进作用。,三、交联剂的发展 广泛使用钛、锆有机金属交联压裂液体系，具有延迟交联、耐高温等特点，但破胶困难、导流能力下降，有时伤害率80%-90%，硼交联压裂液伤害率一般为10%-20%。改进的硼交联剂：改进硼交联压裂液取得了重大成功。硼交联技术主要有两种：有机硼溶液；缓溶硼酸盐或硼矿物
15、浆液。缓溶硼：Halliburton公司推出的硼酸盐改进产品，具有延迟交联作用，同时大量硼矿物不断溶解提供硼酸盐离子。有机硼交联剂，是将硼酸盐(如硼砂)与醇类、醛类或羧酸有机络合剂在一定条件反应，形成的均匀溶液。如HJ公司、Westem公司普遍使用。,四、破胶剂系列进展 1、胶囊破胶技术。2、低温酶破胶技术 3、耐高温破胶技术 4、对压裂液破胶机理及不同破胶剂的破胶作用研究,五、压裂液精确连续混配技术 连续混配是在施工过程中，直接将压裂用的稠化剂以干粉或浓缩胶的形式与压裂液其它添加剂一起加入水中，通过混合的搅拌专用设备，进行连续配液，以满足随后压裂施工需求的过程。实现连续混配，在压裂液方面的关
16、键技术在于：速溶稠化剂 聚合物悬浮体系 聚合物浓缩胶(LGC)。,六、压裂液配方优化及专家系统 1、根据储层特性和压裂工艺要求，选择合适的压裂液类型和优选压裂液添加剂。最近(美)H.J.Xiong等人提出了用模糊逻辑的方法进行优选。2、优化压裂液配方的程序化设计，Halliburton公司P.C.David等人研究了在压裂过程中热传递和热传递对压裂液设计的影响。3、将压裂液类型、添加剂类型、储层特征、工艺要求相结合，借助几十年来水力压裂形成的专家经验并与现代计算机系统相配套，建立数据，形成专家系统。,第三章 压裂液对油气层的伤害 压裂作业存在两重性：一方面是形成具有一定几何形状的高导流能力裂缝
17、，改善油气通道；另一方面是压裂液进入地层后，会引起部分损害。一、液体损害 1、压裂液滤液引起的地层粘土膨胀、分散、运移、堵塞孔道。改善措施：使用氯化钾作为粘土稳定剂，也可使用低分子量的阳离子聚合物稳定粘土。,2、滤液进入喉道后由于毛细管力的作用造成水锁 改善措施：水基压裂液中加入表面活性剂即助排剂，降低油水界面张力，减少毛细管力。提高压裂液破胶性能，减小压裂液在地层介质中流动的阻力。压裂液快速破胶，强制排液，减少压裂液在地层的滞留时间。使用液氮、CO2助排等。,3、润湿性反转使油相渗透率变小。改善措施：慎用表面活性剂，特别是阳离子表活剂，因为它能油湿粘土。使用优质压裂液，彻底破胶，减少压裂液残
18、渣，降低破胶液粘度以及防止地层微粒生成，消除油水界面膜稳定因素。在压裂液中使用优质破乳剂，消除压裂液进入地层后潜在的乳化堵塞。4、与地层流体配伍性差而产生沉淀等。,二、固体损害 残渣对压裂效果的影响存在双重性：一是形成滤饼，阻碍压裂液侵入地层深处，减轻了地层损害；另一方面是堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道；增强乳化液的界面膜厚度，难于破乳。,图1 较大微粒形成滤饼 图2 吸附于孔隙壁表面的沉积微粒 图3 孔隙喉道堵塞型沉积微粒夹堵,压裂液残渣及浓缩胶粘附在支撑剂表面，堵塞支撑剂间孔隙通道，甚至把支撑剂固结在一起，导致裂缝导流能力大大降低。,利用FCES-100型导流仪测定粒径为0.45-0.9mm石英砂在不同压力下导流能力变化，对比残渣含量对裂缝导流能力的影响。压裂液残渣越含量越大，对裂缝的导流能力伤害率越大。,闭合压力和导流能力关系图,三、瓜胶压裂液对油气层的伤害1、瓜胶压裂液对岩芯渗透率的伤害,2、瓜胶压裂液滤液对渗透率的影响,3、瓜胶压裂液滤失时间对渗透率的影响,四、降低伤害的措施（1）优选降滤失剂，减少压裂液滤失对储层造成伤害；（2）低水不溶物稠化剂，减少由于压裂液残渣对地层的伤害。（3）优选压裂液添加剂。加入防膨剂、交联剂、降粘剂以及铁离子稳定剂，降低水敏、盐敏和原油结蜡造成的伤害。（4）改善压裂液的破胶性能。使压裂液破胶迅速、彻底，减少对支撑裂缝导流能力的伤害。,
