压裂液

第二节压裂液

一、教学目的

掌握各种压裂液的类型，了解压裂液的类型，学会计算压裂液的几种滤失系数，掌握压裂液的流变性。

二、教学重点、难点

教学重点

1、压裂液的类型

2、压裂液的流变性

教学难点

1、压裂液的滤失系数

三、教法说明

课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表

四、教学内容

本节主要介绍三个方面的问题：

一、压裂液类型

二、压裂液的滤失性

三、压裂液的流变性

概况：

在影响压裂成败的各种因素中，除了压裂设备外，重要的是压裂液及其性能。

压裂液的类型及其性能对能否造出一条足够尺寸的、具有高的FRCD的填砂裂缝有密切的关系（压裂液类型、滤失性、流变特性）。

压裂液是一个总称。在压裂施工过程中，注入井内的压裂液在不同施工阶段有着各自的任务，所起的作用是不同的，可分为：

1、前置液（加砂前的压裂液），其作用（功能）为：

①破裂地层

②造成一定几何形态的裂缝，以便让其后的携砂液进入缝中（要

d←砂子直径）

求缝宽W≧(2～2.5)p

③延伸裂缝（使裂缝在长、宽、高三个方向上延伸）

④冷却地层与裂缝

通常前置液的用量占总液量的20%～40%。

2、携砂液（携带砂子的压裂液），其作用：

①携砂入缝，并在缝中保证布砂的要求，防止压开的裂缝闭合

②延伸和扩展裂缝

③冷却地层及裂缝

通常携砂液的用量更大，占总液量的60%～80%。

3、顶替液（把携砂液顶替入地层的压裂液），其作用：

①中间顶替液用来将携砂液送到预定位置

②最后顶替液将井筒中的携砂液全部替入裂缝

③也起延伸裂缝的作用

一般只用清水、溶性水就行了，顶替量为（1～2）倍油管体积。压裂液的性能要求：

①造缝能力强、滤失量少：

这是造长缝、宽缝的重要条件，压裂的造缝能力取决于压裂液的

效率，EFF越高，造缝能力越强。滤失性则主要取决于压裂液的粘度M和造壁性。

EFF=V裂缝/V总注入量

V总=V裂缝+V滤失量

通常EFF只有20%～30%，美国一些公司研制的超级压裂液（约含2/3粘性油，1/3盐水和1000mg/l表面活性剂），EFF可达80%以上。

②悬砂能力强（避免砂子沉入井底或过多地堆积在裂缝上）

这是压裂后形成高FRCD填砂裂缝的前提条件。

压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液只要有足够高的粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂子在缝中的分布是非常有利的。

③稳定性好

压裂液应具备热稳定性（不因T↗而使μ↓）

抗机械剪切稳定性（不因v↗而使μ↓）

④尽可能减少对地层的伤害

即要求压裂液具有低残渣（以免降低地层岩石及填砂裂缝的K）与地层流体配伍性好（不引起粘土膨胀，发生沉淀）。

⑤摩阻低

压裂液功率在管道中的摩阻愈小，则在设备马力一定的条件下，

P，降低排用来造缝的有效马力就愈多；反之，摩阻过高还会提高

wh

量Q，甚至限制施工进行，因此要求压裂液在油管中的摩阻低，在地层中造缝时的摩阻高，这样有利于造成宽裂缝。

所以出现了所谓的双台阶型压裂液：即流速高时，μ低（有利于降低摩阻）；流速低时，μ高（有利于形成宽裂缝）。

在U.S配制的聚合物油水乳状液（内相是轻质油、成品油，外相是水基冻胶）就属这种双台阶型压裂液。

⑥易返排

返排是压裂工艺中的重要环节，排液量的多少直接影响压裂效果，特别是低压井的排液尤为重要，可用N2、CO2助排。

⑦货源广、价廉

压裂液的费用是压裂成本中的重要组成部分，随着大型压裂的发展，压裂液的耗量很大，因此要求货源广，价格便宜。

（一）压裂液类型

1、水基压裂液：用水溶胀性聚合物(称为成胶剂)经交链剂交链后形

成的冻胶。施工结束后，为了使冻胶破胶还需要加

入破胶剂。不适用于水敏性地层。

冻胶是目前最常用、最有前途的一种，在国外占2/3。

特点：μ高、摩阻低、悬砂性能好，多用于高温深井、无水敏性地层。

2、油基压裂液：

①矿场原油或粘性成品油

②稠化油

优点：与地层配伍性好，在低压极水敏性地层中用它比用水基压裂液好。

不足：成本高、易失火、安全性差、脏。

3、酸基压裂液：如稠化酸、胶化酸（冻胶酸），多用于碳酸盐岩油气

层的酸压，不加砂。

4、泡沫压裂液：基液多用淡水、盐水、聚合物水溶液；气相为二氧

化碳、氮气、天然气；发泡剂用非离子型活性剂。

多用于低压低渗水敏性地层的压裂改造。 水基泡沫压裂液 内相：气体（CO 2、N 2、天然气）

外相：（基液）多用淡水、盐水、聚合物水溶

液、原油等

酸基泡沫压裂液（泡沫酸） 外相为酸（HCl ），内相为气

发泡剂：多为非离子表面活性剂 泡沫压裂液性能：用泡沫干度来表示：

在一定T.P 下 %100⨯=

ΓF V V g 泡沫体积气相体积 %100⨯+=e g g

V V V

%10011⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛+=g e V V 实验表明：Γ=65%～85%时，泡沫液各方面的性能均好。 当Γ<65%时，泡沫压裂液的μ太低

当Γ>92%时，泡沫不稳定（因Γ>92%，泡沫一般成雾状，气相变

成连续相）

泡沫压裂液的优点：

①易返排

注入泡沫压裂液到缝中，增加了排液的能量，P↓时膨胀，气体助排。

②泡沫压裂液本身具有良好的防滤失性，对地层伤害小

气—液两相滤失进地层后，任何一相的相渗透度都会降低，而泡沫液中的液相相对较少，二者共同作用的结果将大大减少对地层的伤害。

③具有足够的造缝能力与一定的携砂能力

④摩阻低（比水的摩阻低40～60%）

任何事物都是一分为二的，泡沫压裂液虽具有上述优点，但也有不足之处：

①成本高

②用于深井，需多台小车，设备有限

③井筒气液柱压力低，压裂过程中需要较高的注入压力

④使用泡沫压裂液砂比不能过

5、聚合物乳状液

70年代后由于水基冻胶而发展起来的，由2/3油+1/3稠化水组成。

内相：由2/3左右的原油、成本品、凝析油组成。

外相：1/3的水胀性聚合物+含有表面活性剂的淡水、盐水或酸液。

优点：①对地层伤害小（聚合物用量很少）

②滤失量低，压裂液效率高（60～90%）

③可配制成双台阶型压裂液