1-压裂液性能评价方法
1-压裂液的分类及性能评价方法
• Mix Gel and Chemicals Consistently • Test Fluid at Realistic Temperature, Time • •
and Shear Rate Test Gel Using Correct Shear Rate History Do Multiple Tests to Ensure Repeatability
Linear Gel
Crosslinked
0.8
0.5
0.03
0.55
50
2000
MEASUREMENTS OF APPARENT VISCOSITY
• Use Actual Samples of Mix Water and
Chemicals That Will Be used on the Treatment
Where: a = Apparent Viscosity, cp k’ = Consistency Index, lb-secn ’ 2 / ft a n’ = Flow Behavior Index, Dimensionless = Shear Rate, sec-1
TYPICAL SHEAR RATES DURING FRACTURING
Cw
m A
0.0164m (Measured in Lab) A
= Slope of Volume vs t Graph = Area of Core Used to Measure Cw
MEASUREMENT OF WALL BUILDING COEFFICIENT (C w )
Slope = C w * Area / 0.0164
1) Compatible With the Formation Rock and Fluids 2) Generating Adequate Fracture Width to Accept the Proppant 3) Capable of Suspending Proppants and Transporting Them Deep into the Fracture 4) Maintain Viscosity During the Treatment and “Break” Afterwards 5) Cost Effective
压裂液性能评价
压裂液性能评价压裂过程中，要求压裂液具有高的携带支撑剂的能力、低的摩阻力及在不同的几何空间、不同的流动状态下优良的承受破坏的能力。
能否达到完善这些性能，首要的工作在于对压裂液流变性能进行正常评价。
压裂液性能的测试和评价是为配制和选用压裂液提供依据，为压裂设计提供参考。
（1）流变性能测定1）基液粘度：压裂液基液是指准备增稠或交联的液体。
基液粘度代表稠化剂的增稠能力与溶解速度。
压裂基液粘度用范35旋转粘度计或用类似仪器测定。
对于不同井深的地层进行压裂，对基液粘度有不同要求。
对于低温浅井（小于2000m）基液粘度在40～60mPa·s；对于中温井（井深2000～3000m），基液粘度在60～80mPa·s；对于高温深井（3000～5000m），基液粘度在80～100mPa·s。
2）压裂液的剪切稳定性：评价压裂液的剪切稳定性实际上是测定压裂液的粘—时关系。
在一定（地层）温度下，用RV3或RV2旋转粘度计测定剪切速率为170s-1时压裂液的粘度随时间的变化。
压裂液的粘度降到50mPa·s时所对应的时间应大于施工时间。
3）稠度系数K'和流动行为指数n'：用粘度计测定压裂液室温至油层温度下的流动曲线，如图18-8，用此图可以计算得出压裂液在不同温度下的K'和n'值，即n'=lgD1-lgD lg -lg 212ττ(18-15)式中n'—流动行为指数；τ—剪切应力，mPa ；D —剪切速率，s -1。
K'值越大，说明压裂液的增稠能力越强；n'值越大，说明压裂液的抗剪切能力越好。
但是K'值大，n'值就小。
n'值在0.2～0.7之间。
K'，n'值亦可以用旋转粘度计测定不同剪切速率下的应力值，再经计算得出。
（2）压裂液的滤失性测定压裂液向油层内的渗滤性决定了压裂液的压裂效率。
压裂支撑剂性能指标及评价测试方法
压裂支撑剂性能指标及评价测试方法1 范围本标准规定了压裂用支撑剂的技术术语、性能指标和评价测试方法。
本标准适用于中国石油天然气股份有限公司所属各油（气）田压裂施工所用压裂支撑剂的选择、使用以及相关的压裂支撑剂性能评价测试。
2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用本标准。
然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T6003.1 金属丝编织网试验筛SY/T 5108 压裂支撑剂性能测试推荐方法SY/T 6302 压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法3 术语与定义下列属于和定义适用于本标准。
3.1 压裂支撑剂fracture proppant在油气藏增产增注改造中，用于支撑水力裂缝的、具有一定强度的固体颗粒物物质称为压裂支撑剂。
天然石英砂和人造烧结陶粒均可作为压裂支撑剂。
3.2 球度sphericity支撑剂球度值支撑剂颗粒接近球形的程度。
3.3 圆度roundness支撑剂的圆度指其棱角的相对锐度或曲率的量度。
3.4 酸溶解度acid solubility在规定的酸溶液以及反应条件下，一定质量的支撑剂被酸溶液溶解的质量与总支撑剂质量的百分比，这一量值称为酸溶解度。
3.5 浊度turbidity在规定体积的蒸馏水中加入一定体积的支撑剂，经摇动并放置一定时间，液体的浑浊程度叫作支撑剂浊度。
3.6 视密度apparent density单位颗粒体积支撑剂的质量称为支撑剂视密度。
3.7 体积密度bulk density单位堆积体积的支撑剂质量称为支撑剂体积密度。
3.8 粒径均值mean diameter筛析试验中，上下筛孔的平均值与上下筛间支撑剂质量分数乘积的和除以上下筛间支撑剂质量分数之和，称为粒径均值。
3.9 抗破碎能力crush resistance对一定体积的支撑剂在额定压力下进行承压测试，确定的破碎率表征了支撑剂抗破碎的能力，破碎率高，抗破碎能力低；破碎率低，抗破碎能力高。
（压裂液性能评价
压裂液总结压裂液是压裂施工的关键性环节之一，素有压裂“血液”之称。
它的性能除了直接影响到水力压裂施工的成功率外，还会对压后油气层改造效果产生很大的影响。
压裂液在施工时应具有良好热稳定性和流变性能，较低的摩阻压降，优秀的支撑剂输送和悬浮能力，而在施工结束后，又能够快速彻底的破胶返排，残渣低、并且进入地层的滤失液与油气配伍性好，对储层造成的潜在性伤害应最小，从而获得较理想的施工效果。
因此，在优选水力压裂所用的工作液时，应从压裂液的综合性能满足压裂工艺的要求及压裂液应当与储层配伍，对储层造成的潜在性伤害尽可能地小两方面着手，优选出高效、低伤害、适合储层特征的优质压裂液体系。
压裂是油气井增产，水井增注的有效措施之一。
特别适于低渗透油气藏的整体改造。
压裂形成具有高导流能力的填砂裂缝，能改善储集层流体向井内流动的能力，从而提高油气井产能。
然而，压裂作业中压裂液进人储集层后，总会干扰储集层原有平衡条件，压裂措施本身包含了改善储集层和伤害储集层双重作用，当前者占主导时，压裂增产，反之则造成减产。
为了获得较好增产效果，就应充分发挥其改善储集层的作用，尽量减少对储集层的伤害。
一、压裂液对油气层的损害压裂液是压裂施工的关键性环节之一，素有压裂“血液”之称。
它的性能除了直接影响到水力压裂施工的成功率外，还会对压后油气层改造效果产生很大的影响。
压裂作业中压裂液造成油气层损害的主要原因有：一是由于压裂液及其添加剂选择不当造成压裂液与油气层岩石矿物和油气层流体不配伍造成损害；二是压裂液对支撑裂缝导流能力的损害；三是压裂施工过程中的损害。
1．压裂液与油层岩石和油层流体不配伍损害1）压裂液滤液对油层的损害在压裂施工中，向储集层注人了大量压裂液，压裂液沿缝壁渗滤人储集层，滤液的侵人改变了储集层中原始含油饱和度，并产生两相流动，流动阻力加大。
毛管力的作用致使压裂后返排困难和流体流动阻力增加。
如果储集层压力不能克服升高的毛细管力，则出现严重和持久的水锁。
压裂液性能评价
压裂液性能评价压裂液性能评价压裂过程中，要求压裂液具有高的携带支撑剂的能力、低的摩阻力及在不同的几何空间、不同的流动状态下优良的承受破坏的能力。
能否达到完善这些性能，首要的工作在于对压裂液流变性能进行正常评价。
压裂液性能的测试和评价是为配制和选用压裂液提供依据，为压裂设计提供参考。
（1）流变性能测定1）基液粘度：压裂液基液是指准备增稠或交联的液体。
基液粘度代表稠化剂的增稠能力与溶解速度。
压裂基液粘度用范35旋转粘度计或用类似仪器测定。
对于不同井深的地层进行压裂，对基液粘度有不同要求。
对于低温浅井（小于2000m）基液粘度在40～60mPa·s；对于中温井（井深2000～3000m），基液粘度在60～80mPa·s；对于高温深井（3000～5000m），基液粘度在80～100mPa·s。
2）压裂液的剪切稳定性：评价压裂液的剪切稳定性实际上是测定压裂液的粘—时关系。
在一定（地层）温度下，用RV3或RV2旋转粘度计测定剪切速率为170s-1时压裂液的粘度随时间的变化。
压裂液的粘度降到50mPa·s时所对应的时间应大于施工时间。
3）稠度系数K'和流动行为指数n'：用粘度计测定压裂液室温至油层温度下的流动曲线，如图18-8，用此图可以计算得出压裂液在不同温度下的K'和n'值，即n'=lgD1-lgD lg -lg 212ττ(18-15)式中n'—流动行为指数；τ—剪切应力，mPa ；D —剪切速率，s -1。
K'值越大，说明压裂液的增稠能力越强；n'值越大，说明压裂液的抗剪切能力越好。
但是K'值大，n'值就小。
n'值在0.2～0.7之间。
K'，n'值亦可以用旋转粘度计测定不同剪切速率下的应力值，再经计算得出。
（2）压裂液的滤失性测定压裂液向油层内的渗滤性决定了压裂液的压裂效率。
北美压裂液滤失性的评价方法概述
2 静态滤失性能的评价标准静态滤失评价标准ISO 13503-4:2006不考虑液体试样与多孔滤失介质在测试中发生反应情况。
2.1 压裂液试样制备标准认为，试样制备方法和步骤可能会影响其性能，应该按以下所列准确记录试样制备的步骤进行：(1)基液组成；(2)对基液的预处理，例如过滤；(3)压裂液试样的制备，从基液开始描述，例如去离子水，某处自来水，某处海水，或某类有机溶液；(4)搅拌设备、搅拌杯体积、总试样体积；(5)搅拌速度和搅拌时间；(6)添加组分及其用量；(7)各组分添加顺序和添加方法；(8)测量前静置/老化时间；(9)测试温度；(10)pH(水基压裂液)；(11)其他可能会对测试结果产生影响的制备方面的信息。
标准特别强调：在所有的制备步骤中，应该尽量减少将空气带入压裂液试样中。
2.2 测量方法滤失测试通过测量液体滤失进入多孔介质的速率来计算滤失系数，从而对完井施工的工程设计提供指导。
测试报告提出测试按该标准进行，就应该完全地遵循该标准中给出的步骤。
在进行测试时，要确保压裂液试样不会与测试仪器接触面反应产生污染物，不会改变测量组件的关键尺寸，并且不会损害测量时的机械操作。
标准并不要求一定要使用某一类型的滤失筒，但采用的滤失筒必须允许使用滤纸、或天然或合成岩心作为过滤介质，并且过滤介质在滤失筒内的安装必须保证液体试样不会0 引言压裂技术是油气藏增产的一个重要手段，广泛应用于常规和非常规开采中，许多储层不压裂增产的话就不能经济地产出油气。
其中压裂液的性能在作业中起到至关重要的作用，而满足压裂施工中的压裂液需要有足够的粘度在储层产生裂缝并促使裂缝向储层内部扩展，从地面携砂(支撑剂)进入裂缝并使支撑剂在裂缝中均匀分布，同时保证裂缝闭合时破胶返排、留下高导流率的支撑剂填充层。
北美对压裂液的性能评价标准和方法一般包括压裂液粘度[1]和流变性能测试[2]、静态滤失性能测试、动态滤失性能测试、降阻性能测试、和清洁性能测试。
1-压裂液性能评价方法
目录
1.概述 2.压裂液的主要用途 3.压裂液的类型 4.压裂液性能指标 5.压裂液关键性能评价
3.压裂液类型
(1)水基压裂液：水溶胀性聚合物经交链剂交链后形成的冻胶。 成胶剂：植物胶、纤维素衍生物、合成聚合物。 交联剂：硼酸盐，钛、锆等。 破胶剂：过硫酸胺、高锰酸钾和酶等。 其它添加剂:助排剂、粘土稳定剂等 (2)油基压裂液：对水敏性地层，多用稠化油，基液为原油、
D
2)幂律型流体压裂液 假塑型流体的本构方程： KD n
当n=1时，
KD n1 D
视粘度：
a KD n1
n小于1，所以剪切速率愈大，视粘度愈小。
假塑性液体具有两个流变参数，对幂律方程两边取对数
得到：
lg lg K nD
3)其它流动类型的压裂液
①宾汉型流体
流体具有屈服值，加上一定的压力后，流体才从静止状 态开始流动，剪切应力与剪切速率成线性关系,宾汉流 体的流动方程是： y D
压裂液类型 线型
交联型
线型 交联型
水外相多重乳化液
酸基泡沫 水基泡沫 醇基泡沫 线型体系 交联体系
主要组分①
通常应用对象
胶 化 水 ， HPG ， HEC CMHPG，CMHEC等
交 联 剂 +HPG ， HEC 或 CMHEC等
油，胶化油
短裂缝，低温 长裂缝，高温 水敏性地层，短裂缝
交联剂+油
水敏性地层，长裂缝
③顶替液 ：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预 防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携 砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
(2)压裂液的性能要求 前置液及携砂液，都应具备一定的造缝能力并
使裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。 ①滤失少 ②悬砂能力强 ③摩阻低 ④稳定性 ⑤配伍性 ⑥低残渣 ⑦易返排 ⑧货源广、便于配制、价钱便宜
清洁压裂液的制备和性能评价
清洁压裂液的制备和性能评价一、绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究内容和目标二、清洁压裂液的制备2.1 压裂液的组成2.2 清洁压裂液的优点2.3 清洁压裂液的制备原理2.4 清洁压裂液的加工流程三、清洁压裂液性能的评价方法3.1 压裂液性能指标3.2 清洁压裂液评价标准3.3 实验室性能测试方法3.4 井场性能测试方法四、清洁压裂液性能的评价结果4.1 局部组分的性能表现4.2 压裂液的混合平衡性能4.3 压裂液的粘度与流变性能4.4 压裂液的过滤性能五、结论与展望5.1 研究结论5.2 进一步工作建议5.3 清洁压裂液的应用前景附录：清洁压裂液的组分及其作用机理一、绪论1.1 研究背景和意义随着油气勘探和开发要求的不断提高，以及严格的环境保护要求，传统的压裂技术已经无法满足油气井生产的需求。
传统压裂技术中常用的压裂液成分中含有大量的有机物和化学添加剂，这些物质会造成严重的环境污染和沉积物的残留，对地下水和生态系统造成极大的危害。
因此，发展清洁压裂液技术，具有重要的现实意义和深远的历史意义。
清洁压裂液是一种环境友好型的压裂液，它的主要成分是水和少量环保型添加剂，可以大大减少对地下水和生态系统的污染。
同时，清洁压裂液具有良好的渗透能力，可以提高开采效率和产量，也可以减少油气井的维护和修复成本。
因此，发展清洁压裂液技术是石油工业实现可持续发展的重要手段。
1.2 国内外研究现状目前国内外许多研究机构都在探索清洁压裂液技术的研究，主要从清洁压裂液的制备、性能评价、应用等方面进行研究。
美国、加拿大、澳大利亚等国家已经在大规模使用清洁压裂液技术，发展了一系列清洁压裂液和压裂技术配套工具，取得了显著的经济和环境效益。
中国的清洁压裂液技术研究相对滞后，但在近年来取得了长足的进展。
国内的研究主要涉及清洁压裂液的成分优化、性能评价和应用等方面。
但是，目前还没有建立起一个完整的清洁压裂液产业链，需要进一步加强研究和推广应用。
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流体具有屈服值，加上一定的压力后，流体才从静止状 态开始流动，剪切应力与剪切速率成线性关系,宾汉流 体的流动方程是： y D ②屈服假塑型流体
流体是带有屈服值的假塑型液流体，其流变方程为：
n y KD
③胀流型流体 流变方程为:
n KD
(n>1)
(2)幂律液体流动过程中的视粘度计算
砂、发生水锥和防止近井地带的相平衡破坏而向凝析转化。
同理，用以上各项技术，也可达到注水井增注的目的。
1.概述-油层改造工作液的含义
油层改造工作液主要是指在油层改造过程中， 应用的压裂液和酸液。 压裂液主要用于油藏的压裂改造，是油层水力 压裂改造过程中的关键环节。它的主要功能是张开 裂缝、并沿裂缝输送支撑剂。因此，性能优良的压 裂液是保证压裂施工成功的关键因素，压裂液的性 能包括压裂液的流变性、滤失性、摩阻等均对压裂 施工产生重要影响。一种性能优良的压裂液应当满 足粘度高、摩阻低、滤失量小、对地层无伤害、配 制简便、材料来源广、成本低等条件。
n
2)缝流
2n 1 幂律液体在裂缝中流动的本Hale Waihona Puke 方程： w K 3 n
n
在缝中任意断面上压裂液的视粘度为：
2n 1 6v f K 3n w
n
6v W
n
n 1
(2)压裂液的性能要求
前置液及携砂液，都应具备一定的造缝能力并 使裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。
①滤失少
②悬砂能力强
③摩阻低
④稳定性 ⑤配伍性 ⑥低残渣 ⑦易返排
⑧货源广、便于配制、价钱便宜
目
录
1.概述
2.压裂液的主要用途
3.压裂液的类型
4.压裂液性能指标
5.压裂液关键性能评价
3.压裂液类型
(1)受压裂液粘度控制的滤失系数
当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时，压裂液的滤 失速度主要取决于压裂液的粘度。
滤失系数为：
3
滤失速度为：
K P C 5.4 10 f
1/ 2
v
C t
图3 滤失后地层中压力分布示意图
(2)受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数 当压裂液粘度接近于油藏流体粘度时，控制压裂 液滤失的是储层岩石和流体的压缩性。 1/ 2 (3)具有造壁性压裂液滤失系数 添加有防滤失剂的压裂液的滤失速度将受造壁性 控制。 0.005 m 0.005m C v 滤失速度： A A t
压裂液的分类及 性能评价方法
胜利油田分公司采油院
李爱山 2013年10月
目
录
1.概述
2.压裂液
3.压裂液的类型
4.压裂液性能指标
5.压裂液关键性能评价
1.概述-油井压裂酸化改造的基本原理
油井压裂酸化改造是通过消除井筒附近的伤害或在地 层中建立高导流能力的通道来提高油井的生产能力。常规 增产措施技术包括：水力压裂、压裂充填、碳酸盐岩和砂 岩基质酸化、压裂酸化。上述各项技术目的都是提高生产 指数，以增加产量或减小压降。减小压降可以防止油层出
4.压裂液性能指标(SY/T6376-2008)
4.压裂液性能指标(SY/T6376-2008)
4.压裂液性能指标(SY/T6376-2008)
目
录
1.概述
2.压裂液的主要用途
3.压裂液的类型
4.压裂液性能指标
5.压裂液关键性能评价
5.压裂液关键性能评价
5.1压裂液滤失性 压裂液滤失到地层受三种机理控制：压裂液的粘度，油 藏岩石和流体的压缩性及压裂液的造壁性。
(1)水基压裂液：水溶胀性聚合物经交链剂交链后形成的冻胶。
成胶剂：植物胶、纤维素衍生物、合成聚合物。
交联剂：硼酸盐，钛、锆等。
破胶剂：过硫酸胺、高锰酸钾和酶等。 其它添加剂:助排剂、粘土稳定剂等
(2)油基压裂液：对水敏性地层，多用稠化油，基液为原油、 汽油、柴油、煤油或凝析油，稠化剂为脂肪酸皂。 (3)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。多用于低压低渗油 气层改造 (4)醇基压裂液：甲醇、乙醇、异丙醇及相应的添加剂。
目
录
1.概述
2.压裂液的主要用途
3.压裂液的类型
4.压裂液性能指标
5.压裂液关键性能评价
2.
压裂液的主要用途
(1)压裂液的作用:造缝和携带支撑剂
①前置液 ：破裂地层并造成一定几何尺寸裂缝。在温度较高 的地层里，它还可起一定的降温作用。前置液一般用交联 的高粘压裂液。
②携砂液 ：将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂缝内预定 位置上。也有造缝及冷却地层的作用。携砂液由于需要携 带比重很高的支撑剂，必须使用交联的压裂液 ( 如冻胶等)。 ③顶替液 ：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预 防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携 砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
KC f C 4.3 10 P f
3
则滤失速度： 实验压差与实际施工过程不一致时，应进行修 1/ 2 正 Pf
C C P
C t
图4
静滤失仪示意图
滤 失 量 ml
表1
压裂液的基液 水基
不同的压裂液类型及主要组分
压裂液类型 线型 交联型 主要组分① 胶 化 水 ， HPG ， HEC CMHPG，CMHEC等 交 联 剂 +HPG ， HEC 或 CMHEC等 油，胶化油 交联剂+油 乳化剂+油+水 酸+起泡剂+N2 通常应用对象 短裂缝，低温 长裂缝，高温 水敏性地层，短裂缝 水敏性地层，长裂缝 适用于控制滤失 低压，水敏性地层
力差控制的，CⅢ由滤饼内外压力差控制的，
根据分压降公式可以得到综合滤失系数的另一
表达式：
C 2CC C
2 2 2 CC C2C 4C C2 C
5.2
压裂液流变性
(1)各类压裂液的流变曲线
1)牛顿流体压裂液
剪切应力与剪切速率成正比关系，牛顿流体的本构方程： D 2)幂律型流体压裂液
油基
线型 交联型
水外相多重乳化液
泡沫基
酸基泡沫
水基泡沫
醇基泡沫 醇基 线型体系 交联体系
水+起泡剂+N2或CO2
甲醇+起泡剂+N2 胶化水+醇 交联体系+醇
低压地层
低压存在水锁的地层 消除水锁
目
录
1.概述
2.压裂液的主要用途
3.压裂液的类型
4.压裂液性能指标
5.压裂液关键性能评价
4.压裂液性能指标(SY/T6376-2008)
水力压裂过程从地面到地下裂缝中分为四种流动过程， 即地面管线、井筒、射孔孔眼和裂缝中的流动。
四种流动基本上分为两大类，即管流及缝流。
n
1)管流
8v K 幂律液体在圆管内流动的本构方程为： d n n 1 3n 1 8v 其视粘度为： w K 4n d 3n 1 4 n
假塑型流体的本构方程：
n KD
当n=1时，
视粘度：
n1 D KD
n1 a KD n小于1，所以剪切速率愈大，视粘度愈小。
假塑性液体具有两个流变参数，对幂律方程两边取对数 得到： lg lg K n D
3)其它流动类型的压裂液 ①宾汉型流体
α
Vsp
tg m
0
1
2 3min 4 时间，
图5 静滤失曲线
图 6 动 滤 失 仪 示 意 图
图7
动、静滤失曲线比较图
(4)综合滤失系数
实际压裂过程中，压裂液的滤失同时受三种机 理控制，综合滤失系数如下：
1 1 1 1 C C C C
CⅠ由滤失带压力差控制的，CⅡ是由压缩带压