李阿莹论文：延长油田用压裂液的优点与不足
第三章 压裂液概述
水利压裂技术自1948年J.B.Clark的论文介绍后，其在石油工业中的应用被逐步推广，至今已发展成为使油气井增产、增注的一项重要技术措施。
3.1概述
压裂液实际上是压裂施工过程中向井内（油层）所注入的全部工作液的总称。按所起的作用可将压裂液划分为预前置液、前置液、携砂液、和顶替液。压裂施工时，在主压裂液前泵入近乎水一样稀而低粘的基液，以防止低层损害和帮助开始形成裂缝及冷却地层，此为预前置液。当循环、试压、试挤等工序完成后，以高压向地层注入不带支撑剂的粘性压裂液——既是前置液，其作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝，产生动态裂缝长度和宽度，为后面的携砂液进入做准备，另还起着一定的降温作用。当压力、排量、吸水指数等判断裂缝已压开时，便开始加砂，既让压裂液携带支撑剂进入裂缝，这时的压裂被称为携砂液，其作用是进一步扩展和延伸裂缝及冷却地层。当加砂完毕后，继续向井筒内注入压裂液就称为顶替液。顶替液也像预前置液一样，属于低粘性基液并具有低摩阻损失特性。所划分的压裂液中，一般携砂液在压裂液总量中占的比重最大且性能最重要，故常作为压裂液的代名词。
3.2 分类
压裂液按化学性状分类（分散介质）可分为： 水基----交联冻胶，线性胶。 油基----稠化柴油（原油），油冻胶。 乳化----水包油，油包水（水基-线性，交联） 泡沫----氮气，二氧化碳，双元。 醇基----甲醇。 气体----纯二氧化碳。 3.2.1水基压裂液体系。
水基压裂液：交联冻胶压裂液和线性压裂液。是用水溶胀性聚合物（称为成胶剂）经交链剂交联后 形成的冻胶。
交联冻胶压裂液：是目前压裂液应用的主要类型，发展的方向是低伤害低成本。
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交联冻胶在上世纪60年代末开始使用，被认为是压裂技术上的重大进步。交联冻胶在使用上表现出很强的粘弹性和塑性，在水力造缝与携砂能力等方面优于线性胶压裂液。常用成胶剂有植物胶（胍尔胶，田菁，皂仁等），纤维素衍生物（羟乙基纤维素，羧甲基羟乙基纤维素等），以及合成聚合物（聚丙烯酰胺，聚乙烯醇）。 3.2.1.1特点：
1.安全，不会引起火灾。
2.清洁，易于对作业设备和场地进行清理。 3.水源易得，成本低
4.水是最好的溶剂，易于选择添加剂对压裂液进行改性，因而水基压裂液具有广泛的适用性。
5.水的粘度低，易于泵送。若添加了降阻剂，则具有更好的紊流降阻效果。 6.水的密度大，造成的液柱压力高，相应的减少了压裂施工所需的水功率。但对于低压地层，高液柱压力会使反排困难，需添加增能助排剂或加强机械抽排，以提高液体的反排率。
7.水进入地层会改变相对渗透率和毛细管性质，从而降低油气生产层的油气有效渗透率。尤其对于油润湿地层会引起水赌。添加具有低表面张力的，能将油润湿表面转换成水润是表面的表面活性剂，能防止和解除水堵。
8.水进入地层会引起地层粘土矿物和水膨胀和迁移，造成地层渗透率伤害。添加防膨剂，以减低粘土表面的负电性，抑制粘土膨胀。
9.在井眼附近水与油易形成油水粘乳液，以致降低油气井的产能。应慎用表面活性剂，以防止地层油润湿和地层乳化。添加乳化剂可以破坏油水乳化。
10．用作水基液稠化剂的高分子聚合物、所含水不溶物和压裂后未破胶降解的残胶，以及不相容物产生的残渣，都会引起地层渗透率的下降。应制备水不溶物含量，及残渣量低的稠化剂，并加强配伍性和破胶性实验及措施。 3.2.1.2 适用范围
除少数低压、油润湿，强水敏地层外，水基压裂液适用于大多数油气层和不同规模的压力改造。 3.2.1.3 选择条件：
在优选压裂所用工作液时，应从压裂液的综合性能满足压裂工艺的要求即压裂液应当与储层配伍，对储层造成的潜在性伤害尽可能的从各方面着手，优选出高效、低
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伤害、适合储层特质的压裂液体系。延长油田储层埋藏浅、物性差、为典型埋藏浅、低压超低渗砂岩油藏。综合考虑延长油田地质特征及施工工艺要求，压裂液的选择应满足下列要求：
滤失少。这是造长缝、宽缝的重要条件，压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少；在压裂液中添加防滤失剂，能改善造壁性，大大减少滤失量。
悬砂能力强。压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液主要有较高的粘度，支撑剂即可悬浮于其中，这对支撑剂在缝中的分布是非常有利的。
摩阻低。压裂液在管道中的摩阻越小，则在设备功率一定的条件下，用于造缝的有效功率也就越大。摩阻过高会导致井口施工压力过高，从而降低排量甚至限制压裂施工。 稳定性好。压裂液应具备热稳定性，不能由于温度的升高而使粘度有较大的降低。流体还应有抗机械剪切的稳定性，不会因流速的增加而发生大幅度的降解。
配伍性好。压裂液进入油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流的物理—化学反应。
低残渣。要尽量降低压裂液中水不溶物（残渣）的数量，以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率。
易于返排。施工结束后大部分注入液体应能尽量返排出井外，以减少压裂液的损害，排液越完全，增产效果越好。
货源广、便于配制、价钱便宜。 3.2.1.4 存在的问题
经过半个世纪的发展，水基压裂液已成为水力压裂的主体。但是，水基压裂液还存在很多问题没有解决，主要表现在以下几个方面。
防腐稳定性差：目前绝大多数植物胶压裂液稠化剂为胍胶或田菁及其改性产品，细菌很容易繁殖导致压裂液基液变质（特别是高温地区、远距离运送压裂液），影响压裂施工的组织，导致重大经济损失。必须添加杀菌剂以保持短时间内的相对稳定，增加了施工的复杂性和液体成本。
摩阻难以控制：植物胶压裂液采用交联技术来提高压裂液的携砂能力，而交联速度受多种因素的影响，压裂液冻胶的摩阻难以控制或控制程度有限。目前深部油气藏、火成岩油气藏井况条件和施工设备的局限性已严重阻碍了压裂施工，摩阻问题已成为相当严重的问题之一。
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剪切稳定性差：半乳甘露聚糖空间网络结构为动力学不稳定体系和热力学不稳定体系。无论其组分或粘度如何，所有压裂凝胶在剪切和加热下都将变稀，都只能在短时间内保持相对稳定。
伤害问题严重：首先，聚合物残渣带来的严重伤害。（只有30～40%可排出，很大部份滞留在地层中，特别是支撑裂缝，导流能力巨幅下降，甚至成为无效裂缝，严重影响施工效果。）其次是交联剂引起的伤害（过渡金属离子结垢）；再者是生物损害。（110℃以下地层由于细菌繁殖传播，造成腐蚀、储层流体酸化、结垢、粘性多聚糖生物软泥等，降低渗透率）。这些问题已成为阻碍水力压裂工艺技术发展的主要问题。 3.3.2 油基压裂液体系
油基压裂液是以油为溶剂或分散介质，加入各种添加剂，满足压裂工艺性能要求而形成的压裂液。适用于低压，偏油润湿，强水敏的储层 3.3.3 乳化压裂液体系
是介于水基与油基之间的压裂液流体，它由两相组成：水相和油相。适用于水敏，低压地层
3.3.4 泡沫压裂液体系
泡沫压裂液一般由气相和液相组成，气相（一般为70%～75%的CO或N2）以气泡的形式分散在整个的连续液相中。 适用于低压水敏性储层，特别是气藏。 3.3.5醇基压裂液体系
醇基压裂液是以醇作为溶剂或分散介质配制的压裂液。它的成本较高，而且易燃，粘度低，携砂效果不理想，但与水基压裂液相比，它更适用于水敏和低压、低渗透油层的压裂改造。现场使用较少。
3.4压裂液的国内外研究与应用状况
1947年水力压裂首次在现场实施成功后的初期，人们喜欢应用以原油、成品油所配成的油基压裂液，原因是水基压裂液会对水敏地层造成损害。到1950s年代，出现以控制水敏地层损害的方法后，水基压裂液才得以应用，但此时仍以油基压裂液为主。进入1960s年代，胍尔胶增稠剂问世，标志着现代压裂液化学的诞生。在1970s年代，成功的将胍尔胶化学改性而获得其多种衍生物产品，以及完善了相应的交联体系，使水基压裂液迅速发展并在应用的压裂液类型中取得主导地位。在1980s年代，
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由于致密气藏开采和部分低压油井压后返排困难等问题，泡沫压裂液又得以应用并取代了部分水基压裂液。到1990s年代及以后，压裂液技术无论是其体系本身还是应用工艺都日趋成熟，在油气田开采中发挥了重要作用。水利压裂技术发展至今，国内外使用的压裂液已有多类，其中水基压裂液因其具有成本较低、配液方便等优点而仍得以最广泛的使用，据国外报道，其用量占了全部压裂液的65%。本课题研究延长油田用压裂液----胍胶压裂液及清洁压裂液即属水基压裂液。
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