油田化学——压裂液及压裂用添加剂

1第八章压裂液及压裂用添加剂前言（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。Whydowehydraulicallyfractureoil&gasreservors?Hydraulicfracturingcancreatecracksintheunconventionalreservoirsbywhichtheoilandgascanflowtowellbore.前言压裂液选择酸化工艺3、本节内容压裂添加剂压裂技术第一节压裂液粘度高摩阻低滤失量少对地层无伤害配制简便材料来源广成本低压裂液的定义：压裂液是压裂过程中所用的液体。对压裂液要求：压裂液的分类稠化油基压裂液油基冻胶压裂液水基压裂液：稠化水压裂液水基冻胶压裂液水基泡沫压裂液水包油压裂液稠化水包油压裂液油基压裂液：水为溶剂或分散介质油为溶剂或分散介质适宜压裂水敏地层一、水基压裂液稠化水压裂液是将稠化剂溶于水中配成。1.稠化水压裂液常用的稠化剂主要是水溶性聚合物。合成高分子生物高分子改性天然高分子部分水解聚丙烯酰胺羧甲基纤维素、瓜尔胶黄胞胶配稠化水压裂液时，可利用协同效应。2.水基冻胶压裂液成胶剂即水溶性聚合物。交联剂则决定于聚合物中可交联的基团和交联条件。破胶剂主要用过氧化物，通过氧化降解破胶。水基冻胶压裂液主要由水、成胶剂、交联剂和破胶剂配成。聚丙烯酰胺的醛冻胶（甲醛）pH4~6部分水解聚丙烯酰胺的锆冻胶（锆的多核羟桥络离子）部分水解聚丙烯酰胺的铬冻胶pH4~6硼酸对GM的交联反应3.粘弹性表面活性剂压裂液viscoelasticsurfactant(VES)粘弹性表面活性剂压裂液主要由水、长碳链表面活性剂、水溶性盐和（或）醇配成。水溶性盐可采用无机盐和有机盐，如氯化钾、硝酸钾、水杨酸钠等。水溶性醇可采用乙醇、异丙醇等。长碳链表面活性剂可采用阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型的长碳链表面活性剂，如：具有柔顺性大于10倍CMC当长碳链表面活性剂溶于一定浓度的盐和（或）醇溶液中时，盐和（或）醇抑制了表面活性剂的水溶性，促使长碳链缔合，生成线性胶束，互相纠缠，产生结构提高了压裂液的粘度，使它能携砂压裂地层。破胶机理1.地层流体稀释，粘弹性丧失。2.与烃类接触，胶束溶胀，VES分子溶于烃中，破胶。表面活性剂的线性胶束形成结构在拉伸作用下，表面活性剂线性胶束结构显示出它的粘弹性。粘弹性表面活性剂压裂液具有无残渣、低伤害、剪切稳定等特点。(清洁压裂液)用量大（3%-4%），价格昂贵，抗温能力低于116℃。剪切4.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一、水基压裂液水包油压裂液主要由水、油和乳化剂配成。水：淡水、盐水、稠化剂油：原油、馏分油乳化剂：离子型、非离子型、两性表面活性剂配制：特点：一、水基压裂液4.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；特点有很好的降阻性能；依据乳化剂不同，能自动破乳排液。（阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂）能用在比较高的温度（160℃）下；5.水基泡沫压裂液水基泡沫压裂液是指以水作分散介质，以气作分散相的压裂液。一、水基压裂液低粘度（但悬砂能力强）；低摩阻；低滤失量；低含水量；压裂后易于排出；对地层污染少。特点二、油基压裂液1.稠化油压裂液将稠化剂溶于油中配成。脂肪酸皂常用的稠化剂磷酸酯油溶性聚合物工业制皂流程简述动、植物油脂混合液胶状液体上层：高级脂肪酸钠下层：甘油、NaCl溶液上层肥皂下层甘油压滤干燥加填充剂,提纯分离NaOH△NaCl固体盐析肥皂的去污过程1）脂肪酸皂超过一定浓度以后，脂肪酸皂可在油中形成结构，产生结构粘度，将油稠化。稠化机理亲油基，碳原子数大于8脂肪酸钠皂1）脂肪酸皂Al3+脂肪酸铝皂1）脂肪酸皂双皂单皂通过羟桥连接，形成结构，将油稠化使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、氯化铝）活化。2）磷酸酯单皂使用时磷酸酯溶于油中，用铝盐（如硝酸铝、氯化铝）活化。2）磷酸酯3）油溶性聚合物在油中超过一定浓度，即可形成结构，产生结构粘度，将油稠化。2、油基压裂液2.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，有更好的携砂能力，能用于压裂更深的地层。二、油基压裂液3.油包水压裂液二、油基压裂液油包水压裂液主要由油、水和乳化剂组成。优点缺点：粘度高、悬砂能力强、滤失量低、对油层伤害小。流动摩阻很高。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，将压裂产生的裂缝溶蚀加宽，提高压裂效果。二、油基压裂液油包酸压裂液4.油基泡沫压裂液油：原油、柴油或煤油气体：二氧化碳和氮气起泡剂：含氟的聚合物二、油基压裂液油基泡沫压裂液主要由油、气和起泡剂组成。第二节压裂用添加剂压裂用添加剂包括：防乳化剂粘土稳定剂助排剂润湿反转剂支撑剂破坏剂减阻剂降滤失剂一、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。（2）支撑剂的要求（1）定义一、支撑剂(3)常用支撑剂高强度的支撑剂天然支撑剂低密度的支撑剂化学稳定性好的支撑剂石英砂烧结陶粒微孔烧结陶粒、核桃壳酚醛树脂覆盖的砂粒(SiO2)二、破坏剂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出，因此可减小压裂液对地层的污染。常用的破坏剂：过氧化物酶潜在酸潜在螯合剂定义：压裂液中使用的破坏剂主要是破胶剂。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。1.过氧化物破坏剂胶囊破坏机理2.酶类破坏剂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范的条件下。定义潜在酸是在一定条件下能转变为酸的物质。通过改变条件（pH值），使冻胶交联结构破坏而起作用。3.潜在酸破坏机理(1)定义(2)破坏机理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。低于60℃、60℃和高于60℃的条件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。4.潜在螯合剂竞争络合的机理三、减阻剂压裂液减阻剂是指在紊流状态下能减小压裂液流动阻力的化学剂。（1）定义：通过储藏紊流能量，减少压裂液的流动阻力。机理三、减阻剂聚合物可同时是稠化剂和减阻剂。在高质量浓度使用时，它是稠化剂；在低质量浓度使用时，它是减阻剂。水基压裂液用减阻剂油基冻胶减阻剂四、降滤失剂能减少压裂液从裂缝中向地层漏失的化学剂。1.定义：2.降滤失剂的作用：减少压裂液对地层的污染，并可在压裂时使压力迅速提高。四、降滤失剂3.常用的降滤失剂：油溶性降滤失剂水溶性降滤失剂酸溶性降滤失剂降滤失剂在压裂后能被溶掉，不会污染地层。水溶性聚合物蜡、松香碳酸钙粉本章完