可以是原油或柴油,根据表面活性剂即乳化剂性质不同,可以形成水包油(O/W)或油包水(W/O)两种类型的压裂液。HLB 值小的乳化剂易形成O/W 型,相反则形成W/O型。用于O/W 乳化压裂液的表面活性剂的HLB 值一般为7~18,油水体积比为50∶50~80∶20。用于W/O 乳化压裂液的表面活性剂的 HLB 值一般为3~6,油水体积比为60∶40。 五、其他压裂液 (一)醇基压裂液
醇基压裂液是以醇作溶剂或分散介质配制的压裂液。一般醇仅是作为水基压裂液的添加剂出现的,以其低表面张力消除水锁或起除氧作用而用作稳定剂。将其作为压裂液的主要成分应用具有:(1)成本高;(2)低级醇极易燃;(3)醇难以稠化,粘度低;(4)醇基液表面张力低,具有消除水锁的功能,但配制的醇泡沫不稳定。醇基压裂液适用于水敏、低压和低渗透油层的压裂。可以配成调化醇、醇冻胶或醇泡沫压裂液。但其易燃性、对人体伤害性与成本高,使得在水敏地层首先想到的是油基压裂液而不是醇基。醇冻胶压裂液往往是聚丙烯酸胺的衍生物,如二甲胺基甲基聚丙烯酚胺一甲醛田基冻胶压裂液,是用甲醛来交联的。
(二)胶束压裂液
胶束压裂液是近年开发的新型压裂液,其主要组分是表面活性剂。同以往压裂液的最大区别是它不会形成固相残渣,因此又称之为清洁压裂液。相对常规交联聚合物压裂液,胶中压裂液具有无固相、无残渣、低伤害、添加剂种类少。减少施一11 一前期配液L 序和混合时间、施工摩阻低、携砂能力强等特点。同时也存在两方面缺点,一是用温能力较低,适用温度24~79℃;二是成本较高。国外目前在加拿大、美国等地开展厂近500 口井的压裂应用,国内该压裂液体系也已用于现场。 (三)浓缩胶压裂液
而浓缩胶压裂液,实际上是为了解决现场配液的浪费和污染等问题而开发的将水基压裂液稠化剂制成浓缩的液态,在施工时能够随配随用,做到有批量混配向连续混配转化的水基压裂液的延伸。由于需要配备特定的设备,目前也还没有在国内推广。
水力压裂支撑剂
压裂液在地层内形成裂缝,然后使其保持张开直至压力下降。压力下降后裂缝的两个壁面会闭合,除非缝内有一些颗粒状物质如剥落的岩石、砂子或者其他类型的支撑剂存在(Re-public Geothermal 公司,1979)。 支撑剂的选择依据以下性能:(1)强度,(2)加载条件下支撑带高渗透率的保持特性,(3)内聚力特性,(4)价格低廉,(5)长期的化学稳定性。石英砂是最常用的一种支撑剂,其主要缺点是性脆,在高压下易于破碎。破碎产生的微粒会堵塞新压开的裂缝并在返排时磨损地面设备(如阀门和管件)。有的支撑剂在承压后会随时间推移而变形,从而使新张开的裂缝通道的渗透率降低。理想的支撑剂应该是:(1)完全支撑闭合压力或者上覆地层压力,(2)在采油作业期间保持高渗透性,(3)与流经它的各种流体不起化学反应,(4)价格低廉使措施成本较经济(Re-public Geothermal 公司,1979 年)。在低闭合应力条件下支撑剂颗粒尺寸较大,支撑段的渗透率较高,所以大颗粒直径支撑剂可用于浅井。含泥质油层或微粒运移严重的油层不宜选用大颗粒直径支撑剂。因为随时间的推移,地层中的微粒可能侵入支撑段形成部分堵塞从而使渗透率迅速降低。此时选用小颗粒直径支撑剂较好,因为它能防止地层微粒的侵入。鉴于破碎性和铺置问题,大颗粒支撑剂一般不用于深井。对上覆应力高的地层(井较深),裂缝选用石英砂混合物支撑时,颗粒尺寸分布和质量是重要因素。直径和密度较大的支撑剂要求裂缝能够较宽且容易迅速脱砂。 支撑剂相对密度是与输送有关的另一物理性质,某些情况下可能很重要。影响支撑剂输送的因素有流体的速度、粘度、密度和支撑剂的尺寸及密度。要铺设支撑剂,要求压裂液必须(1)形成足够的缝宽使支撑剂
颗粒能铺置,(2)在缝内保持足够的流速以把支撑剂携带到离井筒足够远的地方,(3)保持足够的粘度以把支撑剂携带到希望铺设的位置(Republic Geothermal 公司,1979)。密度大的支撑剂难于悬浮和在缝中输送,虽然高密度、高粘度流体能在井筒内输送这种支撑剂,但在流速较低的裂缝内就有问题。因此选择支撑剂就决定了压裂液及添加剂类型。
玻璃球曾经是最硬的支撑剂。因为其圆度和分选性好,能较好地填充,但在高温和接触盐溶液时对应力较敏感,在闭合压力下易破碎成微粒,Cooke (1973)的研究说明了用玻璃珠出现的问题,加之价格高,使玻璃珠用作支撑剂受到限制。在闭合应力不太高的浅井,核桃壳被认为很有用。因它们由纤维材料构成所以会变形,在深井中因温度高核桃壳会降解和破碎。在整个50 年代和60 年代早期一直使用核桃壳,这期间开始涌现出许多新产品。
60 年代在实验室和矿场都对超强度支撑剂(如铝球和钢球)进行了试验。其主要缺点是:(1)密度高;(2)在产层存在酸性环境时对腐蚀敏感;(3)价格高。70 年代出现的新型支撑剂有铝和铜包覆的玻璃珠。进口塑料石榴石和其他形式的铝氧化物以及陶瓷片或球珠。但由于制造费用高所以不经济。Exxon 公司研制出两种新产品:(1)烧结陶粒,它是由许多小陶粒烧结而成的球形支撑剂;(2)树脂预包砂。大小均匀的陶粒强度很高且耐大多数酸腐蚀;树脂预涂层(热固性塑料)使砂粒与井中腐蚀性流体完全隔绝,同时通过变形使砂粒不破碎来提高充填层的承载能力。从欧洲引进的氧化铝(陶粒)是强度很大的支撑剂。但价格和货源成问题。
AcFracTMPR 是一种热固性酚醛树脂预包砂(20~40 目白色颗粒),适用于中等的闭合应力为5000~10000 psi (35~70 MPa)的施工压力。当韧性树脂在裂缝内固化后,破碎和嵌入都将减少。这种树脂在45? (232℃)和一般酸处理是稳定的。在常用的盐水和油中都不溶解。
核压裂简介
美国政府机构和几家主要石油公司,都对核能在蕴藏大量油气的致密油藏的压裂力“面的潜在应用前景,进行了广泛的研究。世界范围内,有丰富的无法投产或低产油气藏,以及大量的含焦油砂岩和油页岩的存在,刺激了用原始开采工艺来提高最终采收率的技术经济可行的方法的发展。
核压裂的可行性已由美国 (GNOME 实验和GASBUGGY,及RIO,BLANCO 项目)和其他国家的矿场试验所证明,通常包含的因素有技术、经济、政治。环境和主观动机等方面。从技术上讲,水力压裂和核压裂的主要区别在于,水力压裂一般只形成单一裂缝,而核压裂却形成一个直径几百英尺的空穴,且其周围有大量裂缝放射状地延伸到附近岩石中。结果是采油有效半径非常大(Atkinson 和Lekas,1963),这就使产能可能很大。油页岩和焦油砂岩会被就地蒸发,油气以气态或液态被采出,因而省去了采矿作业。但如果考虑通过裂缝系统用原有热采工艺进行开采,则水力压裂技术要比核爆炸造穴工艺优越。另外,在水力压裂效率高的地区核压裂便不能与之竞争,因为后者费用太大。
选择核压裂油藏的原则是低渗、气层或低粘油层,并有非渗透大厚隔层遮挡。井筒核爆炸是通过使岩石及其饱和流体汽化而产生空穴的。坍塌成空穴的岩石形成一个井帼抛石层,大多数熔化后的物质和放射性副产品集中到这些层的底部(Atkinson,1964)。
对几次密闭地下核爆炸的研究表明,核装置产生空穴的几何特征有较统一的模式。现已有计算爆后几何形状特征与核装置的二次放射系数、下入深度和地层类型的数学关系式(Boardman 等,1964;Bray 等人,1965)。