压裂液总结

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。故选择压裂液时首先应当考虑，当压裂液向储集层发生渗滤引起流动阻力增加时，储集层压力能否克服该附加阻力。另外使用压裂液添加剂不当时，会造成岩石润湿性反转，当油层由水湿转变为油湿时，可使油相渗透率大幅降低，压后产量减少。因此，要把降低表面张力与防止润湿反转结合起来。滤液在油层中滞留的时间越长，对油气层渗透率的损害越大。油气层渗透率越低，造成损害越严重。 2）压裂液滤液与油气层原油发生乳化造成伤害 用水基压裂液压裂时，压裂液滤液会侵入储集层与原油相接触，由于原油中有天然乳化剂如胶质、沥青质和腊等，因此当油水在储集层孔隙中相互接触，渗流时就形成了乳化液，乳化液粘度比地下原油粘度高 3.2－3.5倍，使渗滤阻力大大增加。而原油中的天然乳化剂附着在水滴上形成保护膜，使乳化液具有较高的稳定性。 当乳化液中的分散相通过毛管、喉道时将发生贾敏效应，该效应对流体产生阻力，此液阻效应是可以叠加的，而且一个分散液珠受阻后，还会使分散液珠聚集造成更严重的液堵，因此，防上压裂液滤液与油气层流体发生乳化现象是十分重要的。 3）压裂液与地层水不配伍的损害 压裂液与储集层流体的配伍性不好时，可能发生化学反应，产生沉淀，引起油层渗透性下降，造成油层伤害。 4）压裂液滤液引起储集层中粘土矿物膨胀和颗粒运移 几乎所有的砂岩储集层都含有一定量的水敏粘土矿物。对含粘土矿物的水敏性油层，用水基冻胶压裂液进行压裂时，将会对油层渗透率造成极大的损害。根本原因是在钻开地层之前，地层中的粘土矿物、地层水或盐水达到膨胀平衡，任何化学成分的改变或盐水浓度的降低，都能破坏这种平衡，引起粘土膨胀。当进行水力压裂时，水基压裂液滤液进人含粘土矿物的水敏性地层，使油层岩石结构及表面性质发生变化，大量的滤液与粘土矿物接触，这些粘土就会与地层流体离子浓度不同的滤液发生反应，粘土水化膨胀，颗粒分散运移，堵塞孔隙喉道，降低了储集层的孔隙度和渗透率，使油气井的产油气能力降低。粘土矿物对油层的损害，实质上就是破坏油层孔隙结构，降低了油层的渗透性。储油层的原始渗透率越低，由粘土矿物造成的渗透率损害就越大。 粘土矿物的成分不同，在储集层中含量不同，与压裂液接触后产生的影响也不同，同样，不同的压裂液也引起不同程度的粘土水敏膨胀和颗粒运移。 2．压裂液对储集层的冷却效应造成储集层伤害 压裂液进入储集层，会使储集层温度降低，从而使原油中的蜡及胶质、沥青质等析出，造成储集层伤害。此种伤害取决于储集层原油的性质，储集层原始温度、储集层降温幅度及储集层渗透率等因素。原油含蜡量高，降温幅度大，储集层渗透率低和储集层原始温度低的油层，“冷却效应”引起的储层伤害就大； SUttin等人认为，当油层原始温度低于80℃（一般石蜡溶点）时，如果压裂后关井时间小于8h，冷却效应将造成严重的伤害；当储集层温度高工80℃时，一般不会造成永久性的储集层伤害。 3．压裂液对支撑裂缝导流能力的损害 1）压裂液浓缩对支撑裂缝导流能力损害 实验研究表明，在压裂过程中，随着压裂液的注人形成裂缝。裂缝中压裂液不断滤失。当裂缝闭合后，裂缝中压裂液进一步浓缩，稠化剂的浓度将增加。还引起破胶剂浓度分布发生变化，参见羟乙基田青压裂液滤失试验数据见表l。从表1中可知羟乙基因著压裂液在滤失过程中的破胶剂浓度分布和聚合物浓度分布发生很大变化，滤饼中聚合物浓度约提高9倍，破胶剂浓度提高2倍。由此可见破胶剂浓度分布的不合理性。滤饼上聚合物浓度很高，而破胶剂含量相对较低，致使滤饼及其周围的压裂液不能破胶或只有部分破胶，破胶剂未能充分发挥作用，势必造成对支撑裂缝的伤害。 2）压裂液残渣对支撑裂缝导流能力损害 压裂液的残渣来源是稠化剂，不同植物胶残渣含量不同，胍胶压裂液残渣含量为915～945mg／l。，田青压裂液残渣含量为875～1548mg／l。残渣在岩石表面形成滤饼，可降低压裂液的滤失，并且阻止大颗粒残渣继续浸入储集层内。但较小颗粒残渣，穿过滤饼随压裂进人储集层深部，堵塞孔隙喉道，降低储集层渗透率。缝壁上的残渣，随压裂液的注可能沿支撑缝前移，压裂结束后，这些残渣返流堵塞填砂裂缝，降低裂缝导流能力，使填破裂缝完全堵塞，造成压裂失败。试验结果看出：田青冻胶压裂液，不管是常温或是加温情况下，加压让压裂液经过单后，在滤纸上迅速形成滤饼，滤饼上的残渣占压裂液总残渣量的 78％左右，常温情初 41nin内滤出液中的残渣仅占压裂液中残渣的8.6％，后 32min仅占 3.4％，在加温的滤液中的残渣占压裂液中残渣的7．7％。进人地层中的残渣量极少，且粒径很小。所含残渣形成的滤饼，既可以防止滤液进人地层，也可以阻止压裂液中的残渣进入地层，起到保护储集层的目的，但滤饼本身对储集层和裂缝导流能力是一种伤害，它降低储集性和裂缝的导流能力，因此如何减少压裂液残渣，是提高裂缝导流能力的一个方向。 4．压裂液储罐清洗不干净，将杂质、锈、垢等带人储集层引起损害。配液时，水质不好，使压裂液性能改变，并引人有害物质。 二．压裂液体系的选择 综上述，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。长庆各油田的储层物性差异大、渗透率低、油层薄、油气层深浅不一。综合考虑长庆油田的地层特征及施工工艺要求，压裂液的选择应满足下列条件： 1．良好的抗剪切性能和热稳定性。尤其是气井等深井，储层温度高，高剪切时间和施工时间长，压裂液要有足够的粘度，以确保携砂和造缝。 2．彻底破胶及低残渣。压裂液破胶水化程度直接影响支撑裂缝导流能力的大小。彻底水化破胶后易返排，压裂液返排越快，对油气层造成的损害越小。残渣多易堵塞油气层孔道，并严重损害支撑带渗透率。 3．与储层岩石和流体相配伍。配伍性是压裂液关键的特性，防止压裂液滤液引起储层粘土矿物水化、分散、运移和与储层流体形成沉淀，堵塞油气层孔道。 4．低滤失。控制滤失量是确保超深井压裂施工成功、减少储层损害和降低压裂液成本的重要内容。 5．低摩阻性能。低摩阻可以提高造缝能力和降低地面泵压及设备损耗。 6．压裂液在现场应用应简单易行，经济有效。 目前水力压裂液有水基、油基、泡沫、乳化、液态CO2等，不同的压裂液体系具有不同的特点及应用条件，见表1。 表1 国内外压裂液类型及使用现状 压裂 液类型 优点 缺点 适用范围 使用比例

国外 国内

水基 压裂液

廉价、安全、可操作性强、综合性能好 深度高，残渣、伤害高 除强水敏性储层

外均可用 60～65 ≥95

油基 压裂液

配伍性好、密度低、易返排伤害小 成本高，安全性差，耐温较低 强水敏，低压储

层 ≤5.0 ≤3.0

乳化 压裂液 残渣少、滤失低、伤害较小 摩阻较高，油水比较难控制 水敏，低压储层、低中温井 ≤5.0 ≤2.0

泡沫 压裂液

密度低、易返排，伤害小、携砂性好 施工压力高，需特殊设备 低压、水敏领导

25～30 ――

液态CO2

压裂液

不会引入任何流体，对地层无伤害，有利于压后施工设备特殊，成本远高于其它体系，施工规模干气气藏，低压

油藏 -- 0