泡沫压裂液添加剂与压裂方法(美国专利介绍)
压裂液的特点与适用范围
压裂液的特点与适用范围一、水基压裂液水基压裂液是以水作为分散介质（溶剂），再添加多种添加剂配制而成的一种压裂液。
按稠化方式和稠化程度不同分为水基冻胶压裂液、线性胶压裂液和活性水压裂液。
1、水基压冻胶裂液主要由水、稠化剂、交联剂和破胶剂配制而成。
特点：粘度高，可调性好，易于控制，造缝性能好，携砂能力强；摩阻低，滤失量小，耐温、耐剪切能力好，能在指定的时间内破胶排液，配制材料货源广。
适用范围：除少数低压、油润湿，强水敏地层外，适用于大多数油气层和不同规模的压裂改造，可以完成高温、高压、深井、超深井、高砂比、大砂量等高难度压裂作业。
2、线性胶压裂液（稠化水压裂液）以稠化剂和表面活性剂配置而成的粘稠性水溶液。
特点：粘度较低，携砂性能差，降滤失性能略好，有一定造缝能力。
适用范围：主要用于压裂防砂、砾石充填、低温（小于60℃）、浅（小于1000）井的压裂改造；或用于低砂量、低砂比的煤层气或不携砂注水井压裂。
3、活性水压裂液加有表面活性剂的低粘水溶液。
特点：粘度几乎为零，滤失量大，依靠大排量可以携带较少支撑剂。
适用范围：适用于浅井低砂量、低砂比的小型解堵压裂和煤层气井压裂。
二、油基压裂液以就地原油或柴油作为分散介质与各种添加剂配制而成的压裂液称为油基压裂液。
稠化剂：磷酸酯交联剂：铝酸盐特点：粘度较高、耐温性能较好、携砂能力较强、对储集层伤害较小。
缺点：价格昂贵、施工困难、易燃。
三、泡沫压裂液泡沫压裂液是指在水力压裂过程中，以水、线性胶、水基冻胶、酸液、醇或油作为分散介质，以气体作为作为分散相（不连续相），与各种添加剂配制而成的压裂液。
按分散相类型不同，泡沫压裂液体系可以分为氮气泡沫压裂液、二氧化碳泡沫压裂液和空气泡沫压裂液。
优点：粘度高，携砂和悬砂性能好，摩阻损失小、滤失量小，液体效率高、在相同液量下裂缝穿透深度大；含水量小，密度低，气体膨胀能力强，易于压后返排，对油层污染小。
缺点：温度稳定性差，使用范围受到限制，由于井筒气—液柱的压降低，需要的施工泵压高，对于深度大于2000m以上的油气层施工难度大，设备特殊，成本较高。
油田化学压裂液及压裂用添加剂ppt课件
常用的破坏剂：
潜在酸 潜在螯合剂
压裂液中使用的破坏剂主要是破胶剂。
1.过氧化物破坏剂
过氧化物是含有过氧基（-O-O-）的化合物。 过氧化物是通过聚合物氧化降解，破坏冻胶结构。
胶囊
2.酶类破坏剂
破坏机理 对聚糖水解降解起催化作用，破坏冻胶结构。
使用条件 酶只能用于温度低于65℃和pH值在3.5～8范
下层 提纯分离 甘油
上层：高级 脂肪酸钠 下层：甘油、 NaCl溶液
肥皂的去污过程
1）脂肪酸皂
亲油基，碳原子数大于8
脂肪酸钠皂
稠化机理
超过一定浓度以后，脂肪酸皂可在油中形成结构， 产生结构粘度，将油稠化。
1）脂肪酸皂
Al3+ 脂肪酸铝皂
1）脂肪酸皂 单皂
双皂 通过羟桥连接，形成结构，将油稠化
前言
（1）什么是压裂？
压裂就是用压力将地层压开，形成裂缝并用支 撑剂将它支撑起来，以减小流体流动阻力的增产、 增注措施。
（2）压裂的地位 是低渗透油藏、碳酸盐油藏主要的增产、增注措
施。
Why do we hydraulically fracture oil & gas reservors?
Hydraulic fracturing can create cracks in the unconventional reservoirs by which the oil and gas can flow to wellbore.
的条件下。
3.潜在酸 定义
潜在酸是在一定条件下能转变为酸的物质。
破坏机理
通过改变条件（pH值），使冻胶交联结构破坏 而起作用。
4.潜在螯合剂
(1)定义
CO2泡沫压裂液的研究与应用
石 油 勘 探 与 开 发 8 , 2 * = NM O 8 = * 2 5 , D * E5 E << 3 = * 8 M E ,
3 P Q ( & / E P ( %
剪切速率下， 测得的 > + ? 泡沫质量交联泡沫压裂液的 耐温耐剪切性能见表! 。
表! 耐温耐剪切试验结果
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压裂工艺基础知识介绍
压裂工艺基础知识介绍目录一、压裂工艺概述 (2)1. 压裂的定义与目的 (2)2. 压裂技术的发展历程 (3)3. 压裂工艺的重要性 (5)二、压裂工艺基本原理 (6)1. 压裂液的组成及作用 (7)（1）主要成分 (8)（2）添加剂的功能 (9)2. 压裂液的流动性与黏度控制 (10)3. 岩石的破裂机理 (11)（1）应力与应变的关系 (12)（2）岩石的破裂条件 (13)三、压裂工艺操作流程 (14)1. 井场准备与设备配置 (16)（1）井场选址与布局 (17)（2）设备选择与配置 (18)2. 施工前的准备工作 (19)（1）井筒处理 (21)（2）压裂液的准备 (21)3. 压裂施工流程 (23)（1）压裂液的注入 (24)（2）压力控制 (25)（3）裂缝的扩展与控制 (26)4. 施工后的工作 (28)（1）井场清理 (29)（2）数据分析与评估 (30)四、压裂工艺的关键技术 (31)一、压裂工艺概述压裂技术是一种常用的油气藏开发技术，是指通过将高压介质注入油气藏缝中，以增加缝隙的有效面积，从而提高油气采收率的一种工艺。
压裂就是利用外力的强大冲击，使岩石裂缝变大或者新形成裂缝，从而扩大油气藏的产能。
评价及设计:对油气藏进行详细的测井、物理模型模拟等，确定压裂的适宜性及最佳工艺参数，例如压裂液种类、压裂泵送量、压裂压力等。
压裂泵送:通过压裂泵等设备，将压裂液以高压泵入油气藏中，使岩石裂开。
压裂液选择:压裂液种类多样，常见的有水基粉体系、水基酸体系、油基体系等，其选择要考虑油气藏特征和压裂目标。
控压处理:压裂完成后，需要通过控压处理，稳定油气藏，防止裂缝过早闭合。
压裂技术在油气田开发中得到广泛应用，特别是对低渗透或岩性和天然裂缝发育不良的油气藏，其效果显著，能够有效提高油气产能。
1. 压裂的定义与目的压裂技术是油气井增产及煤层气、页岩气等非常规油气资源高效开发的一种关键工艺。
在地下油气井实施过程之中，由于岩石的密实性和高渗透层间的限制，油气井的生产能力受到自然渗透率的束缚，进而导致产能低下。
新型延迟自生热增压泡沫压裂液研究
剂 的使用 量 。另外 ， 通过 室 内实验优 选 出了 １ 酸 种
性催化剂 Ｃ 该催化剂不会对设备造成腐蚀损害 ， ，
现 场 配置工作 液 时可 以不添加 缓蚀 剂 ， 一定 比例 按
这类 低压 和水 敏性较 强地 层 中应用 时 ， 在 的问题 存 主要 表现 在 以 下 ３个 方 面¨ Ｊ难 动 用 储 量 品位 ：
摘要 ： 随着川西地 区中浅层 气藏 采 出程度加深 ， 地层能量逐渐降低 ， 裂液返排率下 降， 压 常规 压
裂技术 已不 能适应开发 需要 。为解决该 问题 ， 制 了具 有低 腐蚀低 伤害性 能、 沫携砂性好 、 研 泡
低 滤失、 返排 速度 快的新型延迟 自生热增 压泡沫压 裂液 ， 并进 行 了现 场应 用。实验 结果表 明， 该压 裂液体 系压后返排速度快 ， 见气早 ， 工工艺成功 率为 １０ 。该研 究在一定程度 上增加 施 ０％
１ 新 型延迟 自生热泡沫 压裂液 的研 究
前期 研 究 出 的延 迟 自生 热 增 压类 泡 沫 压裂 液 体系 ， 化 剂 浓 度 较 高 ， ０ ５ ％ ， 地 层 伤 稠 为 ．０ 对
于维持压裂液高黏阶段 ， 延长泡沫稳定时间。
２ 新型压裂液性能评价
２ １ 膨 胀性 能 ．
害较大。另外 ， 其添加剂对设备 、 液罐 、 地面管线和 井内管柱存在腐蚀问题。为克服不足之处 ， 对泡沫 压裂液整体性能进行优化。首先 ， 将原有稠化剂加 量百分 比由 ０５ ％降到 ０４ ％ ， ．０ ．３ 有效降低 了稠化
新 型延 迟 自生 热增 压 泡 沫压 裂 液 通过 生 热反
应， 产生大量的微泡沫， 体积急剧膨胀 ， 可起到升压
作用 。分别 在 室温 ４ ５ ｃ 条件 下 ， 价新 型 自生 ０、０（ ＝ 评
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２００５年６月 青海石油 第２３卷第２期
泡沫压裂液添加剂与压裂方法（美国专利介绍）
１．概 述
单静 邵永恒谢政译
（青海油田公司钻采工艺研究院）
该项发明提供了多种环保型泡沫压裂液添加剂与地层压裂方法，这些添加剂可使压裂液
泡沫化并使之稳定。这些泡沫压裂液的基本构成：水、稠化剂（用于水的稠化并增加其粘度）、大
量气体（用于泡沫化）及大量的添加剂（用于稠化水的泡沫化作用与稳定作用），这些稠化水又
由水合角朊构成。
２．有关说明
（１）地层压裂方法含有以下过程：准备泡沫压裂液，它由水、稠化剂、气体与添加剂组成；
用上述液体压裂地层并至少产生一条裂缝。
（２）上述压裂液中的水由淡水、盐水组成。
（３）上述压裂液中的交联剂由乳甘露、纤维衍生物及生物聚合物组成。
（４）上述乳甘露由胍胶、羟丙基胍胶与羧甲基羟丙基胍胶组成。
（５）上述稠化剂是一种纤维衍生物，它由羟乙基纤维，羧甲基羟乙基纤维及羟乙基纤维组
成（含乙烯基磷酸）。
（６）上述稠化剂是一种磺原酸胶。
（７）上述稠化剂的含量是水成份重量的０．１２５％一０．３７５５％。
（８）上述气体由空气、氮气组成。
（９）上述气体的体积是水体积的２０％一８０％。
（１０）上述水合角朊占水体积的０．２％一１％。
（１１）上述压裂液含有交联剂。
（１２）交联剂由硼化合物及另外一种化合物（后一种化合物可提供锆Ⅳ离子、钛Ⅳ离子、铝
离子与锑离子。）
（１３）交联剂的数量是稠化剂重量的０．００１％一０．１％。
（１４）添加剂由碳、过氧化氢、硫化铜及溴化锌组成。
（１５）压裂液中有支撑剂。
带单静，女，工程师，１９８９年毕业于石油大学钻井工程专业，现在钻采工艺研究院设计科工作。
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青海石油 ２００５年６月
（１６）支撑剂由无包层砂、树脂包层砂、烧结铝土砂、陶瓷粒与玻璃珠组成。
（１７）支撑剂浓度是１～１０磅／加仑压裂液。
３．综合论述
对地层进行水力压裂时，常用粘性胶体压裂液，以提高油气产量，在一定的速度、压力下把
压裂液泵人井内而使地层产生裂缝，压裂液携带的砂粒亦随之进入地层，地层中的压裂液破胶
．
后，原来呈悬浮状态的砂粒即在地层中沉淀，这些砂粒阻止裂缝闭合并提供油气通道。裂缝形
成并得到支撑后，对压裂液进行返排，返排作用主要靠压裂液中的延迟破胶剂（在地面与压裂
液混合）。延迟破胶剂有酸性破胶剂、氧化破胶剂与酸破胶剂。
压裂时压裂液的密度必须较低，以避免对地层产生过高的静水压力，因此已研制了一系列
轻质压裂液，包括泡沫压裂液，泡沫压裂液包括多种表面氧化剂，如泡沫剂与泡沫氧化剂，然而
这些表面活性剂还未达到环保要求，即这些表面活性剂与地表水混合时还不能完全降解（而造
成水污染）。
因此，需要进一步对泡沫压裂液进行改进、对泡沫剂与稳定剂进行改进（二者在地表中完
全降解并产生无害物质）及对泡沫压裂液的使用方法进行改进。
（１）改进后的产品
改进的产品是泡沫压裂液、泡沫添加剂（用于压裂液的泡沫化与稳定化，对环境无害）。泡
沫压裂液的基本组成有水、交联剂（用于稠化水的形成及其粘度提高）、大量气体（用于产生泡
沫）及环保型添加剂（用于稳定稠化水的化学性质，它由水合角元构成）。添加剂先加至清水中，
然后再加至压裂液中，最后加入气体以形成泡沫压裂液。
（２）改进产品的使用方法
压裂液中的水可以是淡水或盐水，盐水可以是饱合盐水或不饱合盐水，水中加入交联剂以
形成稠化水，有多种交联剂（包括天然多糖化合物或合成多糖化合物）。也使用了改性交联剂，
如羧烃基羟衍生物（羧甲基胍胶、羟丙基胍胶），还使用了双衍生物胶体（羧甲基羟丙基胍胶）。
上述基本物质的改性纤维及衍生物也可作为交联剂，水溶性纤维乙醚包括羧甲基纤维、羧
甲基乙荃纤维、烃乙基纤维、甲羟基丙荃纤维、甲基纤维、乙基纤维、丙基纤维、基纤维、乙羟基
甲荃纤维、甲荃乙基纤维与羟丙基甲荃纤维等，但是优先使用了羟乙基纤维与羟乙基甲纤维
（最常用的纤维衍生物是乙基纤维，它由乙烯磷酸配制而成）。
其它的交联剂还有：①生物聚合物，如磺原酸；（ 水溶性有机聚合物，其分子重量大于
１０００００，如聚丙烯酰胺与聚甲基丙烯酰胺，其中７５％～５％的羟基酰胺经羟基化而形成羟基功
能团，７５％～５％丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物与丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺发生了共聚反应，
这些水溶性有机聚合物可以与交联剂发生反应，这种交联剂的成份有水、锆化合物（化合价
４）、羧基酸与氨化物；③蟹合有机交联剂。
在上述交联剂中，由乳甘露、纤维衍生物与生物聚合物组成的交联剂得到了优先使用：①
在乳甘露交联剂系列中，胍胶、羟丙基、胍胶与羧甲基、羟丙基胍胶得到了优先使用；②在纤维
衍生物交联剂系列中，羟基乙基纤维、羧甲基羟乙基得到了优先使用（含有乙烯基磷酸）；③在
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第２３卷第２期 单静：泡沫压裂液添加剂与压裂方法（美国专利介绍） ６９
生物聚合物交联剂系列中，磺元酸酯胶得到了优先使用。泡沫压裂液中的气体是空气或氮气，
优先使用氮气，其体积占水体积的２０％一８０％。
用于压裂液的泡沫化与稳定化的介质是一种环保型水解角元添加剂，ｈｏｏｆ与ｈｏｒｎ ｍｅａｌ发
生水解作用后形成这种添加剂：在高压容器中用石灰对ｈｏｏｆ与ｈｏｒｎ ｍｅａｌ进行加热，其产物是
水解蛋白质（粉沫状），它含有８５％的蛋白质，在剩余的１５％成分中，有０．５８％的非溶性物质与
少量的可溶性物质（后者的主要成分一一ＣａＳＯ 、Ｍｇｓｏ 与ＫＳＯ ）。
预先在水溶液中以４０％的重量比对这种水解角朊蛋白质进行溶解。溶液中还可加抗冻剂
以方便寒冷地区的贮存与运输。抗冻剂的加量是０．１％ ０．１２５％（重量比）。
为了进一步提高压裂液中稠化水的粘度，在稠化水中加入交联剂。交联剂的使用量是
０．００１％一０．１％（重量比）。
如果需要再进一步提高泡沫压裂液的粘度与稳定性，那么还可使用一种粘度增强剂。
如前所述，压裂液中还含有支撑剂，如树脂包层砂、非包层砂、烧结铝土、陶瓷材料与玻璃
珠，其使用量是每加仑压裂液１ １０磅。
常用的泡沫压裂液有以下几种成份：淡水、稠化剂（乳甘露、纤维衍生物与生物聚合物）、大
量氮气与少量的添加剂，常用的压裂方法有以下几个过程：（ａ）准备泡沫压裂液（ｂ）地层压裂。
以下列举２个配液实验，以便对上述作补充说明：
【例１］在Ｗａｒｉｎｇ混合器中加入１升自来水与２％的ＫＣ１溶液，再加入２．４ｇ烃丙基胍胶（２０
磅／１０００加仑），加入一种钠化合物以调节其ＰＨ至６．０，充分搅拌溶液２０ｍｉｎ以保证胍胶完全水
化，利用Ｆａｎｎａ３５型粘度仪测其粘度，在３００ｒｐｍ时测值是１２ＣＰ，这时的溶液称为稠化水。
取１００ｍｌ稠化水放人另一个混合仪，以非常低的速度加入０．５ｍｌ角朊泡沫剂以产生泡沫，
逐步增加搅拌速度直至泡沫液的高度不再增加，这时加入６０克２０／４０的砂粒（５磅／加仑），边
加边搅拌以保证砂粒均匀分布。
把上述液体倒人５００ｍｌ带刻度的容器中以观察沉淀现象，室温下１小时后有５％的砂粒发
生沉积现象，即９５％的砂粒呈悬浮状态。
【例２］ 在Ｗａｒｉｎｇ型混合仪中加入１升自来水及２％的ＫＣ１溶液，再加入２．４ｇ烃丙基胍
胶（２００磅／１０００加仑），用双蜡酸钠将混合物的ＰＨ值调至６．０，再充分搅拌２０ｍｉｎ而使胍胶充
分水化，经Ｆａｎｎａ３５型粘度仪测试，其粘度在３００ｒｐｍ时是１２ＣＰ，这是第１种混合液。准备第２
种 昆合液，其成分有：１０ｍｌ自来水，泡沫稳定剂（含２克磺化钠）及１．６６克碘。
取１００ｍｌ第１种混合液（水合稠化液）并放人Ｗａｒｉｎｇ型混合仪中，在搅拌过程中先加入
０．５ｍｌ第２种混合液，再以很低的搅拌速度加入０．５ｍｌ角朊泡沫剂以产生泡沫。
搅拌速度逐步增加直至泡沫的高度不再上升。加入２０／４０砂粒并同时搅拌以保证砂粒均
匀分布。把以上液体倒人５００ｍｌ带刻度的容器中以观察沉砂现象。在室温下，１小时后发现有
极少的砂粒发生沉积，即有９９％以上的砂粒呈悬浮状态。
因此，采用该项发明中的技术可达到本文所讨论的目的及其它有关要求。
译自“美国专利”，专利号６，４５４，００８
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