压裂液的组成部分
压裂液技术剖析!
液粘度大幅度增加并具有了一定的弹性，粘弹性表面活性剂压裂液由 此得名。国外的商品名是 ClearFRAC(Schlumberger ) ，国内将其译 为清洁压裂液。
April 16, 2021
二、压裂液常用体系及发展方向
（5）清洁压裂液-粘弹性表面活性剂
▲加入表面活性剂，在水中形成棒状胶束结构
5、降阻水压裂液
主要有降阻剂等添加剂配置而成.
❖ 清水压裂优点: ❖ （1）易形成有一定导流能力的
长裂缝
❖ （2）消除冻胶损害，不含残渣 ，有利于返排；
❖ （3）延伸已有的天然裂缝或形 成相互连通的天然裂缝；
❖ （4）成本较低。
❖ 清水压裂缺点: ❖ （1）工作液效率低、用量大 ❖2008（-5-227）工作液粘度低、形成的
April 16, 2021
三、压裂液添加剂
压裂液添加剂- 稠化剂
水溶性聚合物作为稠化剂(增稠剂)是水基压裂液的基本添加剂。 植物胶（如胍尔胶、香豆胶、田菁胶、皂仁胶、槐豆胶、魔芋胶和海藻 胶）及其衍生物
2008-5-27
纤维素的衍生物(如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等)； 合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等 ）,以及生物聚合物（黄胞胶）。
代压裂液化学；
2008-5-27
❖ 60年代开展了瓜尔胶改性研究及其交联水基压裂液体系（B、Al）；
❖ 70年代提高水基压裂液体系（无机钛和锆）、泡沫液；
❖ 80年代有机钛、锆交联水基压裂液体系及其泡沫压裂液体系（N2和 CO2）。
❖ 90年代有机硼延迟交联水基压裂液新体系，胶囊破胶剂技术。
❖ 2000年以后低稠化剂浓度水基压裂液和清洁压裂液技术。
压裂液(2)
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图6-8 滤失系数与缝长关系曲线
曲线分析： 从1、2曲线可看出，在相同条件下，排量大，则裂缝 延伸长；
从3、4曲线可看出，在压裂液性能好的情况下，滤 失量减少比提高排量效果好。（需查原著： 3、4曲线 的压裂液性能是否相同？）
滤失过程： 所谓低粘压裂液（压裂液粘度与地层流体粘度接近）
C2 4.3103 P
K..C f a
Cf ── 储层综合压缩系数，（KPa）-1；
μa ── 储层流体粘度，mPa·S。
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3.受造壁性控制的滤失系数C3
在压裂液向地层的渗滤过程中，压裂液中的水和 细粉沫就通过孔隙进入地层，而粗颗粒物质则聚 集在裂缝面上，形成防滤失阻挡层，通常称为滤 饼。 滤饼的形成，有效地降低了滤失速度。 C3采用试验确定:
通过对压裂液综合滤失系数和排量对缝长的影响的研 究，得到图6-8所示的一组曲线。
条件：压裂液80m3，缝宽5mm
曲线1表示排量Q＝0.4m3/min时，压裂液滤失系数 C与缝长L的关系曲线。
曲线2表示排量Q＝4.0m3/min时，压裂液滤失系数 C与缝长L的关系曲线。
曲线3表示排量Q＝4.0m3/min时，压裂液滤失系数 C与滤失体积百分比之间的关系曲线。
应用受到一定的限制。
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（3）酸基压裂液 １．酸基压裂液的特点 酸基压裂液基液为酸，能溶解地层中的堵塞物，
能溶蚀岩石中的颗粒及其胶结物，增加缝的导流能力。 但滤失量大，对地面设备及井下管住有强烈的腐蚀作 用，施工中易对人体产生伤害。
２．适应范围 适应于碳酸盐类油气的酸化压裂及含灰质较多的 砂岩地层的解堵酸处理。
压裂液性能及分类
(1)前置液：其作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝，同时还起到一定的降温作用。为提高其工作效率，特别是对高渗透层，前置液中需加入降滤失剂，加细砂或粉陶(粒径100~320目，砂比10%左右)或5%柴油，堵塞地层中的微小缝隙，减少液体的滤失。
⑤配伍性好，压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体相接触，不应产生不利于油气渗滤的物理、化学反应，即不引起地层水敏及产生颗粒沉淀。这些要求是非常重要的，往往有些井压裂后无效果就是由于配伍性不好造成的。
⑥低残渣。要尽量降低压裂液中的水不溶物含量和返排前的破胶能力，减少其对岩石孔隙及填砂裂缝的堵塞，增大油气导流能力。
(2)携砂液：它起到将支撑剂(一般是陶粒或石英砂)带入裂缝中并将砂子放在预定位置上的作用。在压裂液的总量中，这部分占的比例很大。携砂液和其它压裂液一样，都有造缝及冷却地层的作用。
(3)顶替液：其作用是将井筒中的携砂液全部替入到裂缝中。
根据不同的设计工艺要求及压裂的不同阶段，压裂液在一次施工中可使用一种液体，其中含有不同的添加剂。对于占总液量绝大多数的前置液及携砂液，都应具备一定的造缝力并使压裂后的裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。这样它们必须具备如下性能：
表3-1粘度对悬砂的影响
粘度，mPa·s
1.0速度,m/min
4.00
0.56
0.27
0.08
0.04
③摩阻低。压裂液在管道中的摩阻越大，则用来造缝的有效水马力就越小。摩阻过高，将会大大提高井口压力，降低施工排量，甚至造成施工失败。
④稳定性好。压裂液稳定性包括热稳定性和剪切稳定性。即压裂液在温度升高、机械剪切下粘度不发生大幅度降低，这对施工成败起关键性作用。
压裂液
C3
m 2A
0.005m A
(m
/
min )
19
• 综合滤失系数
1 1 1 1 c C1 C2 C3
• 当只有造壁性时：C = C3 • 当无造壁性时： 1 1 1
c C1 C2
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（五）综合滤失系数C对裂缝延伸的影响
从水力压裂的基本原理我们已经知道，裂缝延伸得愈 长，其增产效果就越显著。
•
φ ── 地层岩石孔隙度，小数；
• μ f ── 裂缝内压裂液的粘度， • mPa·S；
•
V ── 压裂液滤失速度，m/min；
•
t ── 滤失时间，min。
• 当压裂液的粘度大大超过地层原油的粘度时， 压裂液的虑失速度主要取决于压裂液的粘度。
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2.受地层岩石和流体压缩性控制的滤失系数C2
假设: 地层岩石和流体可压缩，其压缩系数为Ｃf（等 于常数）； 渗滤前缘的位置不随时间变化。
(1) 前置液（破裂液）：作用： 造缝， 降温，防滤，防卡
要求：粘度高 (2) 携砂液 携砂,延伸裂缝，降温
要求： 粘度高 悬砂性好 (3) 顶替液 替砂
中间顶替液 末尾顶替液
3
2. 压裂液性能要求
1. 2. 3. 4.稳定性好（热稳定性、抗机械剪切速率稳定性） 5. 6. 7. 8.货源广、价格便宜、便于配制
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若干度大于0.9，则泡沫变成雾状，其悬砂能力大 大下降。
因此，施工中，控制泡沫干度是十分重要的。通 常压裂施工中，将干度控制在0.7～0.8范围内。
1.特点：泡沫压裂液密度低，粘度高，悬砂能力 较强，含水少，对地层污染小。但泡沫稳定性较差。
压裂液
压裂液大体作用:1、携带支撑剂到地层；2、压开裂缝；3、降低地层温度。
压裂液分类及作用压裂液可分为：A 水基压裂液（稠化水压裂液，水冻胶压裂液，水包油压裂液，水基泡沫压裂液）；B 油基压裂液（稠化油压裂液，油冻胶压裂液，油包水压裂液，油基泡沫压裂液）。
C乳化压裂液；D纯气体压裂液1）前置液：作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入，它还起到一定的降温作用。
有时为了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。
2）携砂液：作用是将支撑剂带入裂缝中并将砂子放到预定位置上去。
在压裂液的总量中，这部分占的比重较大。
有造缝及冷却地层的作用。
3）顶替液：作用是打完携砂液后，用于将井筒中全部携砂液替入裂缝中。
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。
压裂液的性质压裂液的性能要求：黏度高，润滑性好，滤失量小，低摩阻，对被压裂的流体层无堵塞及损害，对流体矿无污染，热稳定性及剪切稳定性能好、低残渣、配伍性好、破胶迅速、货源广，便于配制，经济合理。
①滤失小。
这是造长缝、宽缝的重要性能。
压裂液的滤失性，主要取决于它的粘度，地层流体性质与压裂液的造壁性，粘度高则滤失小。
在压裂液中添加降滤失剂能改善造壁性大大，减少滤失量。
在压裂施工时，要求前置液、携砂液的综合滤失系数≤ 1 × 10 -3 m/min 1/2 。
②悬砂能力强。
压裂液的悬砂能力主要取决于其粘度。
压裂液只要有较高的粘度，砂子即可悬浮于其中，这对砂子在缝中的分布是非常有利的。
但粘度不能太高，如果压裂液的粘度过高，则裂缝的高度大，不利于产生宽而长的裂缝。
一般认为压裂液的粘度为50~150mPa·s 较合适。
由表3-1 可见液体粘度大小直接影响砂子的沉降速度。
表3-1 粘度对悬砂的影响粘度，mPa·s 1.0 16.5 54.0 87.0 150砂沉降速度,m/min 4.00 0.56 0.27 0.08 0.04③摩阻低。
压裂液
高效、环保---粘弹性表面活性剂的压裂液（VES）目前,国内外压裂液增稠剂均为羟丙基瓜胶等聚合物,这些压裂液基本上满足了现场施工要求。
但由于聚合物分子量大,在水中分散溶解性差,水不溶物相对较多,使其利用率较低,现场只能以提高加量来弥补溶解性差带来的剂量损失。
另外,增稠剂与交联剂交联形成了超大分子,水溶解性更差,压裂结束后,有相当一部分水不溶物(2 0 %～6 0 % )和未彻底破胶的超大分子驻留在地层裂缝中,使地层渗透率下降,降低了压裂改造效果。
国外石油公司研制了液体效率高、对地层污染小的清洁压裂液,文中也对该类产品进行了研发和实验,并取得了一定的成果。
交联破胶机理VES清洁压裂液是一种无聚合物的粘弹性液体,是靠一种特殊合成的低分子量表面活性剂,在一定浓度的盐溶液介质条件下,形成蠕虫状胶束缠结成网状结构而将水增稠,达到交联目的。
当遇到有机物或其它亲油性物质时,蠕虫状胶束被分解成小球状胶束,网状结构也被破坏,溶液粘度降低,达到压裂液破胶目的。
压裂液基本组成及添加剂的优选VES 清洁压裂液基本组成主要有特殊的表面活性剂、特定浓度的盐溶液、激活剂和稳定剂等,VES清洁压裂在一定环境下能够形成抗温、抗剪切的粘弹性液体。
由Schlumberger 公司开发的清洁压裂液，其商品名ClearFrac。
就是典型的VES，其分子在水中一定条件下形成棒状结构的胶束，长棒状胶束之间高度“缠结”，形成类似于交联的聚合物网状结构，具有粘弹效应和高的有效粘度，使液体具备优良的悬砂和携带性能含有VES表面活性剂溶液可以具有高粘度和粘弹性，能将其用作压裂液悬浮支撑剂。
当VES压裂液进入含油的岩芯或地层以后，亲油的有机物将被增溶到胶束中，使棒状胶束膨胀，最终崩解成较小的球形胶束，VES凝胶破解，变成粘度很低的水溶液。
碳氢化合物如油和气有这种作用，将迅速地减少VES液体的粘度到最低水平。
所以，这种体系不需要另加破胶剂Quantum奎世的高温清洁压裂液VES168，相比于国外同期的VES，具有更优越的性能。
煤层气行业压裂液-相当经典
02
煤层气行业压裂液的应 用
煤层气开采中的压裂液应用
压裂液在煤层气开采中起到关键作用 ，通过向煤层中注入压裂液，能够使 煤层产生裂缝，增加煤层气的渗透性 ，从而提高煤层气的产量。
压裂液的选择需要根据煤层的特点和 开采条件进行优化，以确保压裂效果 和煤层气的开采效率。
煤层气增产中的压裂液应用
高效化
随着煤层气开采技术的发展，对压裂液的效率要求越来越 高。未来压裂液的发展将更加注重高效化，以提高煤层气 开采效率。
环保化
环保要求日益严格，未来压裂液的发展将更加注重环保性 能，开发低毒、低污染、易降解的压裂液体系，以及压裂 液的循环利用技术。
个性化
不同煤层地质条件对压裂液的要求不同，未来压裂液的发 展将更加注重个性化，根据不同煤层地质条件定制适合的 压裂液体系。
和维护较为复杂。
压裂液的作用
造缝作用
压裂液在高压下将煤层 压开并形成裂缝，增加 煤层气渗透面积，提高
开采效率。
支撑作用
压裂液在裂缝中起到支 撑作用，防止裂缝闭合， 保持煤层气渗透通道的
通畅。
携砂作用
压裂液将破碎的岩石颗 粒携带至地面，保持井 筒通畅，便于后续排采
作业。
降低摩擦作用
压裂液在泵送过程中可 降低管路和泵的摩擦阻
在煤层气增产过程中，压裂液的注入能够扩大煤层裂缝，提高煤层气的渗透性， 从而增加煤层气的产量。
针对不同的增产需求，需要选择不同类型的压裂液，如低粘度、高粘度、泡沫压 裂液等，以达到最佳的增产效果。
煤层气排采中的压裂液应用
在煤层气排采过程中，压裂液的注入能够提高煤层气的解吸 速度和采收率。
压裂液在排采过程中起到调节地层压力的作用，有助于控制 煤层气的生产速度和采收率。同时，合理的排采制度也是提 高煤层气采收率的关键因素之一。
6-水力压裂
当P试验P真实时
2 压裂液粘度影响的滤失系数Cv
假设 压裂液为牛顿型液体且作线性层流流动； 压裂液呈活塞式侵入，即侵入段地层流体被顶替； 压裂液和地层岩石均不可压缩； 压差ΔＰv为常数。
理论基础：达西定律计算实际滤失速度
最终得到:
m2
MPa
mPa.S
3 地层流体压缩性影响的滤失系数Cc
本构方程
宾汉型液体
在一定的剪切应力作用下才能流动，最后接近牛顿液体，剪切应力与剪切速率成线性关系。
本构方程
典型压裂液:泡沫压裂液
粘弹性液体
流体特征： 当除掉剪切力时，这种流体会恢复或部分恢复原来受到剪切作用期间所具有的形变。这种具有部分弹性恢复效应，也具有非牛顿性和与时间有关的全部粘性性质的流体称为粘弹性流体。 目前使用的水基冻胶压裂液大部分都表现出具有部分或全部粘弹特征。
类型：水外相型 油外相型
特点:破乳快、污染小； 热稳定性差、成本高
4 泡沫压裂液
组成：液相 + 气相 + 添加剂泡沫液 液相: 稠化水、盐水、水冻胶、原油 或成品油、酸液 气相： 氮气、二氧化碳、空气、天然气等
适用范围 K<1mD， 粘土含量高的砂岩气藏 低压、低渗浅油气层压裂
三、 地应力的测量及计算
（1） 矿场测量 — 水力压裂法 — 井眼椭圆法
（2）实验室分析 —滞弹性应变恢复 （ASR） —微差应变分析 （DSCA）
（3） 有限元计算
第二节 压裂液
压裂液及其性能要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的伤害 压裂液选择
2 油基压裂液
适应性: 水敏性地层、有些气层 发展: 矿场原油 稠化油 冻胶油 基液: 原油、汽油、柴油、煤油、凝析油 稠化剂: 脂肪酸皂(脂肪酸铝皂、磷酸脂铝盐等) 特点: 污染小、遇地层水自动破乳； 易燃、成本高、热稳定性较差。
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压裂液的组成部分
压裂液是一种用于油田开发中的重要工艺技术，它通过将高压液体注入到岩石层中，以打破岩石结构并增加油气渗透性。
压裂液的组成部分是非常重要的，不同的组分可以实现不同的目的和效果。
本文将从以下几个方面介绍压裂液的组成部分。
1. 水：水是压裂液的主要成分，通常占到总体积的80-90%。
水的主要作用是作为溶剂和传质介质，将其他组分溶解并输送到岩石层中。
水还可提供压力和冲击力，帮助打破岩石结构。
2. 悬浮剂：悬浮剂是压裂液中的固体颗粒，通常是石英砂或陶粒。
悬浮剂的作用是增加压裂液的黏度和密度，增加岩石层的压力，并促进岩石的断裂和裂缝扩展。
3. 改性剂：改性剂是用于改变压裂液性质和性能的化学添加剂。
常见的改性剂包括降黏剂、增黏剂、表面活性剂等。
降黏剂可以降低压裂液的黏度，减少液体阻力；增黏剂可以增加压裂液的黏度，提高液体携带能力；表面活性剂可以减小液滴的表面张力，降低岩石表面的湿润能力。
4. 酸化剂：酸化剂是一类能够溶解岩石矿物质的化学物质，可以增加压裂液的酸性。
酸化剂的作用是溶解岩石矿物质，扩大岩石的孔隙和裂缝，提高岩石的渗透性和储集能力。
5. 破胶剂：破胶剂是一类用于打破压裂液胶体结构的化学物质，通常是氧化亚铁或过氧化物。
破胶剂的作用是打破压裂液的胶体结构，使其流动性更好，增加液体的携带能力和渗透性。
6. pH调节剂：pH调节剂用于调节压裂液的酸碱性，通常是碱性物质。
pH调节剂的作用是保持压裂液处于适宜的酸碱平衡状态，减少对岩石的腐蚀作用。
7. 防菌剂：防菌剂用于防止压裂液中的细菌和微生物的生长和繁殖。
防菌剂的作用是保持压裂液的稳定性和一致性，避免微生物对岩石和油气产生不利影响。
8. 缓蚀剂：缓蚀剂是一类用于减少压裂液对金属管道和设备腐蚀的化学物质，通常是有机酸或缓蚀剂。
缓蚀剂的作用是在压裂液中形成一层保护膜，防止金属腐蚀和氧化。
9. 漂浮剂：漂浮剂是一类用于使压裂液中的固体颗粒悬浮在液体中的化学物质，通常是聚合物或表面活性剂。
漂浮剂的作用是防止固体颗粒沉淀和堵塞油井管道，保持压裂液的流动性和渗透性。
10. 阻垢剂：阻垢剂是一类用于防止压裂液中的矿物质和盐类沉淀的化学物质，通常是缓蚀剂或络合剂。
阻垢剂的作用是与矿物质和盐类结合形成稳定的络合物，防止其沉淀和堵塞油井管道。
压裂液的组成部分包括水、悬浮剂、改性剂、酸化剂、破胶剂、pH
调节剂、防菌剂、缓蚀剂、漂浮剂和阻垢剂。
每种组分都有其特定的功能和作用，通过合理组合和调配，可以实现更高效的油田开发和增产效果。