1、1第第8 8章章压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂第三篇第三篇 采油化学采油化学第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂8.1 8.1 压裂液压裂液 8.1.1 8.1.1 引言引言 压裂就是用压裂就是用压力压力将地层压开，形成裂缝并用支将地层压开，形成裂缝并用支撑剂将它支撑起来，以减小流体流动阻力撑剂将它支撑起来，以减小流体流动阻力,增加导增加导流面积的增产、增注措施。流面积的增产、增注措施。（2 2）压裂的作用）压裂的作用 是是低渗透油藏、碳酸盐低渗透油藏、碳酸盐油藏主要的增产、增注油藏主要的增产、增注措施。措施。（1 1）什么是压裂？）什么是压裂？l粘度高粘度高l摩
2、阻低摩阻低l滤失量少滤失量少l对地层无伤害对地层无伤害l配制简便配制简便l材料来源广材料来源广l成本低成本低（3 3）压裂液：）压裂液：压裂液是压裂过程中所用的液体。压裂液是压裂过程中所用的液体。（4 4）对压裂液要求：）对压裂液要求：第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂8.1 8.1 压裂液压裂液 8.1.1 8.1.1 引言引言（5 5）压裂液的分类）压裂液的分类稠化油基压裂液稠化油基压裂液油基冻胶压裂液油基冻胶压裂液水基压裂液：水基压裂液：稠化水压裂液稠化水压裂液水基冻胶压裂液水基冻胶压裂液水基泡沫压裂液水基泡沫压裂液水包油压裂液水包油压裂液稠化水包油压裂液稠化水包油
3、压裂液油基压裂液：油基压裂液：水为溶剂或水为溶剂或分散介质分散介质油为溶剂或油为溶剂或分散介质分散介质适宜压裂水敏地层适宜压裂水敏地层第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂8.1 8.1 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。稠化水压裂液稠化水压裂液常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。合成高分子合成高分子生物高分子生物高分子改性天然高分子改性天然高分子部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺羧甲基纤维素羧甲基纤维素黄胞胶黄胞胶第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用
4、添加剂8.1 8.1 压裂液压裂液8.1.2 8.1.2 压裂液压裂液稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。稠化水压裂液稠化水压裂液l 常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。l 配稠化水压裂液时，可利用协同效应。配稠化水压裂液时，可利用协同效应。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂8.1 8.1 压裂液压裂液8.1.2 8.1.2 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂8.1 8.1 压裂液压裂液8.1.2 8.1.2 压裂液压裂液质量分数一般为质量分数
5、一般为0.5-5.0%0.5-5.0%水基冻胶压裂液水基冻胶压裂液成胶剂即水溶性聚合物（详见成胶剂即水溶性聚合物（详见p198p198表表8 81 1）。）。交联剂则决定于聚合物中可交联的基团和交联条件。交联剂则决定于聚合物中可交联的基团和交联条件。破胶剂主要用破胶剂主要用过氧化物过氧化物，通过氧化降解破胶。，通过氧化降解破胶。水基冻胶压裂液主要由水基冻胶压裂液主要由水、成胶剂、交联剂和破水、成胶剂、交联剂和破胶剂胶剂配成。具有高粘度、底摩阻、低滤失、对地层伤配成。具有高粘度、底摩阻、低滤失、对地层伤害小等特点。害小等特点。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂8.1 8.1
6、 压裂液压裂液8.1.2 8.1.2 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液聚丙烯酰胺的聚丙烯酰胺的醛冻胶醛冻胶pH46pH46聚丙烯酰胺的聚丙烯酰胺的锆冻胶锆冻胶聚丙烯酰胺的聚丙烯酰胺的铬冻胶铬冻胶pH46pH46羟基的临位顺式交联（碱性条件）羟基的临位顺式交联（碱性条件）硼酸硼酸对对GMGM的交联反应的交联反应 水包油压裂液水包油压裂液与稠化水相比水包油乳状液有更好的与稠化水相比水包油乳状液有更好的粘温关系粘温关系水包油压裂液主要由水、油和乳化剂配成。水包油压裂液主要由水、油和乳化剂配成。水：淡水、盐水、稠化剂水：淡水、盐水、稠化剂油：原油、馏分油油：原油、馏分油乳化剂：离子型、非离
7、子型、两性表面活性剂乳化剂：离子型、非离子型、两性表面活性剂（p202p202表表8 84 4）l 配制：配制：l 特点：特点：第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂8.1 8.1 压裂液压裂液8.1.2 8.1.2 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液水包油压裂液水包油压裂液与稠化水相比水包油乳状液有更好的粘温关系；与稠化水相比水包油乳状液有更好的粘温关系；特特点点有很好的降阻性能有很好的降阻性能(?)；依据乳化剂不同，能自动破乳排液依据乳化剂不同，能自动破乳排液(？)。能用在比较高的温度（能用在比较高的温度（160 160 ）下；）下；第第8 8章章 压裂液及压裂
8、用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液HLB值值818，加量，加量13，油水比，油水比50：5080：20水基冻胶包油压裂液水基冻胶包油压裂液水包油压裂液中加入交联剂水包油压裂液中加入交联剂水基泡沫压裂液水基泡沫压裂液水基泡沫压裂液是指以水作分散介质，以气作分散水基泡沫压裂液是指以水作分散介质，以气作分散相的压裂液。相的压裂液。低粘度（但悬砂能力强）；低粘度（但悬砂能力强）；低摩阻；低摩阻；低滤失量；低滤失量；低含水量；低含水量；压裂后易于排出；压裂后易于排出；对地层污染少。对地层污染少。特特点点第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂
9、用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液水基泡沫压裂液水基泡沫压裂液 起泡剂：起泡剂：ASAS、ABSABS、OPOP、烷基硫酸酯盐、季铵盐、烷基硫酸酯盐、季铵盐等，加量等，加量0.5-2.0%0.5-2.0%，泡沫特征值，泡沫特征值0.5-0.90.5-0.9。水基冻胶泡沫压裂液水基冻胶泡沫压裂液 水基水基冻胶冻胶泡沫压裂液是指以水基泡沫压裂液是指以水基冻胶冻胶介质，以气介质，以气作分散相的压裂液。作分散相的压裂液。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加
10、剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液粘弹性表面活性剂压裂液粘弹性表面活性剂压裂液 主要有主要有水、长链表面活性剂、水溶性盐和（或）醇水、长链表面活性剂、水溶性盐和（或）醇配制而成。配制而成。长链表面活性剂长链表面活性剂可选用阴离子型、阳离子型、非离可选用阴离子型、阳离子型、非离子型和两性的活性剂。子型和两性的活性剂。水溶性盐水溶性盐可选用无机盐和有机盐，如氯化钾、硝酸可选用无机盐和有机盐，如氯化钾、硝酸钾、水杨酸钠等。钾、水杨酸钠等。醇醇可选用乙醇、异丙醇等。可选用乙醇、异丙醇等。具有无残渣、低伤害、剪切稳定等特点。具有无残渣、低伤害、剪切稳定等特
11、点。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（1 1）水基压裂液）水基压裂液粘弹性表面活性剂压裂液粘弹性表面活性剂压裂液 长链表面活性剂溶于一定浓度的盐和醇时，抑制了其长链表面活性剂溶于一定浓度的盐和醇时，抑制了其水溶性，促使长碳链缔合，生成线性胶束，相互纠缠，水溶性，促使长碳链缔合，生成线性胶束，相互纠缠，产生结构，提高了压裂液的粘度，使其能挟砂压裂地层。产生结构，提高了压裂液的粘度，使其能挟砂压裂地层。拉伸作用下，线性胶束结构显示出粘弹性。拉伸作用下，线性胶束结构显示出粘弹性。稠化油压裂液稠化油压裂液 将稠化剂溶于油中配成。将稠化剂溶于油中配成。
12、脂肪酸皂脂肪酸皂常用的稠化剂常用的稠化剂磷酸磷酸酯酯油溶性聚合物油溶性聚合物第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（2 2）油基压裂液）油基压裂液A.A.脂肪酸皂脂肪酸皂 超过一定浓度以后，超过一定浓度以后，脂肪酸皂脂肪酸皂可在油中可在油中形成结构形成结构，产生结构粘度，将油稠化。产生结构粘度，将油稠化。稠化机理稠化机理A.A.脂肪酸皂脂肪酸皂A.A.脂肪酸皂脂肪酸皂 使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、氯化铝）活化。氯化铝）活化。B.B.磷酸酯磷酸酯 使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、使用时磷酸酯
13、溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、氯化铝）活化。氯化铝）活化。B.B.磷酸酯磷酸酯C.C.油溶性聚合物油溶性聚合物 在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生结构粘在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生结构粘度，将油稠化。度，将油稠化。稠化油压裂液稠化油压裂液第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（2 2）油基压裂液）油基压裂液C.C.油溶性聚合物油溶性聚合物 在油中超过一定浓度，即可形成结构，产在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生结构粘度，将油稠化。生结构粘度，将油稠化。油基冻胶压裂液油基冻胶压裂液 当油中稠化剂的浓度足够大时，稠化油压裂液就转当油中稠化
14、剂的浓度足够大时，稠化油压裂液就转化为油基冻胶压裂液。化为油基冻胶压裂液。油基冻胶比稠化油有更高的粘度，有更好的携砂能油基冻胶比稠化油有更高的粘度，有更好的携砂能力，能用于压裂更深的地层。力，能用于压裂更深的地层。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（2 2）油基压裂液）油基压裂液油包水压裂液油包水压裂液油包水压裂液主要由油、水和乳化剂组成。油包水压裂液主要由油、水和乳化剂组成。l优点优点l缺点：缺点：粘度高、悬砂能力强、滤矢量低、对油层伤害小。粘度高、悬砂能力强、滤矢量低、对油层伤害小。流动磨阻很高。流动磨阻很高。第第8 8章章 压裂液及压裂用
15、添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（2 2）油基压裂液）油基压裂液油包水压裂液油包水压裂液 油包酸压裂液不仅可减轻酸对管线的腐蚀，油包酸压裂液不仅可减轻酸对管线的腐蚀，在乳状液破坏后，还可给出酸液，将压裂产生在乳状液破坏后，还可给出酸液，将压裂产生的裂缝溶蚀加宽，提高压裂效果。的裂缝溶蚀加宽，提高压裂效果。油包水压裂液主要由油、水和乳化剂组成。油包水压裂液主要由油、水和乳化剂组成。油包酸压裂液油包酸压裂液第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（2 2）油基压裂液）油基压裂液油基泡沫压裂液油基泡沫压裂液 油油：原油、柴油或煤油：原
16、油、柴油或煤油 气体气体：二氧化碳和氮：二氧化碳和氮 起泡剂起泡剂：含氟的聚合物含氟的聚合物油基泡沫压裂液主要由油、气和起泡剂组成。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.1 5.1 压裂液压裂液（2 2）油基压裂液）油基压裂液防乳化剂防乳化剂粘土稳定剂粘土稳定剂助排剂助排剂润湿反转剂润湿反转剂支撑剂支撑剂破坏剂破坏剂减阻剂减阻剂降滤失剂降滤失剂第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂(1)(1)支撑剂支撑剂 支撑剂是指用压裂液带入裂缝，在压力释放后用以支撑裂缝的物质。密度低、强度高、化学稳定性好、便宜易得。粒径一
17、般在0.4-1.2mm要求要求:第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂常用支撑剂常用支撑剂高强度的支撑剂高强度的支撑剂天然支撑剂天然支撑剂低密度的支撑剂低密度的支撑剂化学稳定性好的支撑剂化学稳定性好的支撑剂石英砂、氧化铝、锆石、核桃壳等石英砂、氧化铝、锆石、核桃壳等烧结陶粒、核桃壳等烧结陶粒、核桃壳等微孔烧结陶粒、核桃壳等微孔烧结陶粒、核桃壳等酚醛树脂覆盖的砂粒、有机硅覆盖等酚醛树脂覆盖的砂粒、有机硅覆盖等第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂(1)(1)支撑剂支撑剂（2
18、 2）破坏剂破坏剂 在指定时间内能将压裂液的粘度减到足够在指定时间内能将压裂液的粘度减到足够低的化学剂。由于破坏后的压裂液易从地层排低的化学剂。由于破坏后的压裂液易从地层排出，因此可减小压裂液对地层的污染。出，因此可减小压裂液对地层的污染。常用的破坏剂：常用的破坏剂：过氧化物过氧化物酶酶潜在酸潜在酸潜在螯合剂潜在螯合剂压裂液中使用的破坏剂主要是破胶剂。压裂液中使用的破坏剂主要是破胶剂。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂过氧化物是含有过氧基（过氧化物是含有过氧基（-O-O-O-O-）的化合物。的化合物。过氧化物是通过聚合物过氧化物
19、是通过聚合物氧化降解氧化降解，破坏冻胶结构。，破坏冻胶结构。A.A.过氧化物过氧化物破坏剂破坏剂第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂破坏机理破坏机理B.B.酶类酶类破坏剂破坏剂 对对聚糖聚糖水解降解水解降解起催化作用，破坏冻胶结构。起催化作用，破坏冻胶结构。使用条件使用条件 酶只能用于温度低于酶只能用于温度低于6565和和pHpH值在值在3.53.58 8范范的条件下。的条件下。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂 潜在酸是在一定条件下能转变为酸的物质。潜在酸是在一定
20、条件下能转变为酸的物质。通过改变条件（通过改变条件（pHpH值），使冻胶交联结构破坏值），使冻胶交联结构破坏而起作用。而起作用。C.C.潜在酸类潜在酸类破坏剂破坏剂破坏机理破坏机理第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂 破坏机理破坏机理 潜在螯合剂是在一定条件下能转潜在螯合剂是在一定条件下能转变为可螯合交联剂的物质。变为可螯合交联剂的物质。低于低于6060、6060和高于和高于6060的条件的条件下水解产生草酸或丙二酸，螯合作为交下水解产生草酸或丙二酸，螯合作为交联剂的金属离子，破坏冻胶的交联结构。联剂的金属离子，破坏冻胶的交联结构
21、。C.C.潜在螯合剂潜在螯合剂破坏剂破坏剂竞争络合的机理竞争络合的机理第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂油基冻胶压裂液主要用油基冻胶压裂液主要用乙酸钠、苯乙酸钠乙酸钠、苯乙酸钠等破胶。等破胶。如乙酸钠对磷酸酯铝盐的破胶。如乙酸钠对磷酸酯铝盐的破胶。（3 3）减阻剂）减阻剂 在紊流中，流体流动阻力是由尺度大小随机、运动在紊流中，流体流动阻力是由尺度大小随机、运动随机的漩涡形成所引起。漩涡总是逐渐分解而产生尺度随机的漩涡形成所引起。漩涡总是逐渐分解而产生尺度越来越小的漩涡。漩涡越小，能量的粘滞损耗越大。越来越小的漩涡。漩涡越小，能量
22、的粘滞损耗越大。压裂液减阻剂是指在压裂液减阻剂是指在紊流状态下紊流状态下能减小压裂液流动阻能减小压裂液流动阻力的化学剂。力的化学剂。减阻机理：减阻机理：第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂（3 3）减阻剂）减阻剂在在高质量浓度高质量浓度使用时，它是使用时，它是稠化剂稠化剂；在在低质量浓度低质量浓度使用时，它是使用时，它是减阻剂减阻剂。聚合物可同时是稠化剂和减阻剂。聚合物可同时是稠化剂和减阻剂。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂 聚合物减阻机理：聚合物减阻机理：它是通
23、过它是通过储藏紊流能量储藏紊流能量的机理减小压裂液的流动的机理减小压裂液的流动阻力。阻力。聚合物是以蜷曲的状态存在。漩涡可以把能量传聚合物是以蜷曲的状态存在。漩涡可以把能量传递给聚合物，使其发生弹性型变。这些能量在减递给聚合物，使其发生弹性型变。这些能量在减阻剂应力松弛时释放出来，还给漩涡，维持紊流阻剂应力松弛时释放出来，还给漩涡，维持紊流状态。状态。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂（3 3）减阻剂）减阻剂水基压裂液用水减阻剂水基压裂液用水减阻剂油基冻胶减阻剂油基冻胶减阻剂（4 4）降滤失剂降滤失剂 能减少压裂液从裂缝中向地层
24、漏失的化学剂。能减少压裂液从裂缝中向地层漏失的化学剂。降滤失剂的作用：降滤失剂的作用：减少压裂液对地层的污染，并可在压裂时使压减少压裂液对地层的污染，并可在压裂时使压力迅速提高。力迅速提高。第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂 常用的降滤失剂：常用的降滤失剂：油溶性降滤生剂油溶性降滤生剂水溶性降滤失剂水溶性降滤失剂酸溶性降滤失剂酸溶性降滤失剂降滤失剂在压裂后降滤失剂在压裂后能被溶掉能被溶掉，不会污染地层。，不会污染地层。水溶性聚合物、水溶性水溶性聚合物、水溶性皂、水溶性盐颗粒等。皂、水溶性盐颗粒等。蜡、松香、聚苯乙烯等蜡、松香、聚
25、苯乙烯等碳酸钙粉、石英粉等碳酸钙粉、石英粉等第第8 8章章 压裂液及压裂用添加剂压裂液及压裂用添加剂5.2 5.2 压裂液用添加剂压裂液用添加剂（4 4）降滤失剂降滤失剂本章小结本章小结（1 1）常用的压裂液体系、组成及其适用性。）常用的压裂液体系、组成及其适用性。（2 2）常用的压裂添加剂种类、机理及其适用条件。）常用的压裂添加剂种类、机理及其适用条件。思考题：思考题：（1 1）水基压裂液主要有哪几类？）水基压裂液主要有哪几类？（2 2）常用的稠化剂有哪几类？简述其稠化机理。）常用的稠化剂有哪几类？简述其稠化机理。（3 3）常用的支撑剂、破坏剂有哪几类？简述其稠化机）常用的支撑剂、破坏剂有哪几类？简述其稠化机理。理。
