压裂液化学和支撑剂

图3 羟丙基胍胶重复单元结构
羟丙基的取代作用使HPG在高温下比胍
胶更稳定，故HPG更适用于高温井（大
于150ºC）
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羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)也是一种胍 胶衍生物。这种“双重衍生”的胍胶既含有 HPG的羟丙基官能团，也含有羧酸取代 基。
纤维素衍生物也用于压裂液中。如羟乙 基纤维素(HEC)(见下图)或羟丙基纤维素 (HPC)。
第7章 压裂液化学和支撑剂
本章内容提要
7 .1 引 言 7 .3 油 基 液 7 .5 多 相 液 7 .7 支 撑 剂
7 .2 水 基 液 7 .4 酸 基 液 7 .6 添 加 剂 7 .8 施 工
压裂液化学和支撑剂
7.1 引言
压裂液主要功能--造缝、输送支撑剂。 还得有要求的粘度、能迅速返排，能较
多级前置液控制酸液滤失
双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤失
胶凝酸控制酸液滤失
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酸液滤失添加剂控制滤失 由于性能和费用局限，未广泛使用。
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酸处理前使用粘性前置液
前置液造缝，同时形成滤饼作为酸 液滤失的防护层；
但Nierrode和Kruk(1973)、 Coulter(1976)的研究表明，由前置液形 成的滤饼很快便被由酸液滤失产生的溶 蚀孔洞所穿透。
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铝磷酸酯聚合物稠化油的机理—“缔合机 理”，如下图所示：
图8 铝磷酸酯聚合物链的假想结构
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对于铝磷酯凝胶： 改变铝化合物和磷酸酯的用量—可
控制其粘度； 增加聚合物用量—可提高其粘度；
但相应会使粘度过高，难以吸出。解决 方法有2种：
1.以即泵即混的方式添加胶凝物； 2.审慎的控制溶液的组分；
使液体既有粘性又有弹性。
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图7 胶束缔合物
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VES的分裂机制—与烃类接触和由水成 液体稀释。
VES的优点—洗井后无残渣、对地层伤 害小、渗透率增加较明显、无需添加泡 沫剂。
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7.3 油基液
发展历程： 20世纪60年代—羧酸铝盐； 20世纪70年代—铝磷酸酯盐； 如今--铝磷酸酯化学剂；
够很好控制液体滤失。
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评价泡沫性能用泡沫质量：
泡沫质量
气体体积 泡沫体积 *
对于不同的泡沫质量：
1.低于52%，没有流动阻力。 2.在52%~95%之间，泡沫长变成薄雾， 气体为连续相。 3.大于52%，高气体浓度使气泡表面接触。
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若要进一步提高气泡的稳定性，可用： 1.聚合物稠化液相； 2.胍胶、HPG及黄原胶； 3.交联聚合物中的水相；
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图4 羟乙基纤维素重复单元结构
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黄胞胶是一种生物高聚物，它具有幂律 流体特征。而HPG溶液则具有牛顿流体 的特征。其结构见下图：
图5 黄胞胶重复单元结构
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不完全水解丙烯酰胺聚合物可用作降阻 剂。
这些聚合物可在低浓度下使用---小于 10lbm/1000gal。
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7.4 酸基液
酸压的效果取决于酸蚀裂缝的长度。 酸蚀裂缝的长度取决于酸液用量、酸反
应速度、酸液滤失量。 而影响酸有效裂缝穿透的主要原因是酸
液滤失量过多。
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7.4.1控制酸液滤失的材料和技术
控制酸液滤失的材料和技术
酸液滤失添加剂控制滤失
酸处理前使用粘性前置液
Scherubel和Crowe(1978)及 Ford(1981)也指出泡沫酸控制液体滤失 性能极佳。
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胶凝酸控制酸液滤失
胶凝酸的常用稠化剂有：黄原胶生 物聚合物、各种丙烯酰胺共聚物和通过 胶束缔合而稠化的酸液的某些表面活性 剂。
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各种稠化剂的优点和局限性： ➢ 温度大于50ºC时，胍胶和纤维素基稠化
图1 温度和不同交联剂类型对胍胶溶液的影响
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胍胶—是最初用于稠化压裂液的聚合物 之一。它是一种有甘露糖和半乳糖组成 的长链高分子聚合物。其分子结构如下 图所示：
图2 胍胶的结构 压裂液化学和支撑剂
在生产胍胶粉的过程中，利用丙烯氧化 物可得到胍胶的衍生物，即羟丙基胍胶 （HPG）。如下图：
好控制液体滤失、泵送摩阻低，同时还 要经济可行。 本章论述常用压裂液和添加剂的化学性 质。
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7.2 水基液
水基液特点—价廉、性良、易于控制。 水溶聚合物粘度受温度的影响较大。用
交联剂取而代之即可显著增加聚合物的 有效相对分子质量，还可增加溶液的粘 度。（见下图）
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温度高于120ºC时，延缓酸反应速度是作 业成功的关键；
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最常用的方法是在酸蚀前泵入一种粘性 的非反映前置液。
机理—增加缝宽、冷却裂缝表面。
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7.5 多相液
7.5.1 泡沫液
应用泡沫的优点： 能加速支撑裂缝中液体的回收率； 在水敏地层中泡沫液的效果明显； 泡沫产生的假塑性液体在低渗地层中能
剂缺乏稳定性； ➢ 黄原胶生物聚合物可在温度高达90ºC时
使用； ➢ 更高温度下，使用丙烯酰胺共聚物； ➢ 表面活性剂用作稠化剂时在剪切作用下
相当稳定。同时产生的废酸的粘度低。 其缺点在于会是胶束缔合得到破坏，温 度的应用范围有限。
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7.4.2控制酸反应速度的材料和技术
在低温自中温度的井中，延缓酸反应速 度不是关键问题；
用粘弹性表面活性剂（VES）（如下图） 与之配制可改善聚合物在高温环境的功 能。
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图6 粘弹性表面活性稠化剂的分子和结构式
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VES的作用机理是：
1.将其加入水中时，它会缔合成胶束结构。（见 下图）
2.水相环境盐度适宜，胶束成杆状。 3.水相环境有足够的盐度，胶束缔合，运动受阻，
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多级前置液控制酸液滤失 用胶凝前置液造缝，然后交替泵入
酸液和聚合物前置液。以便让其进入并 封填由此前泵入酸液和聚合物前置液。
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双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤 失
Nierrode和Kruk(1973)研究表明一种 以油作为内相、以胶凝酸作为外相的酸 外相乳化液具有良好的控制酸液滤失性 能。