清潔壓裂液的研究與應(yīng)用

1、云創(chuàng)通綜合清潔壓裂液的特點(diǎn)和華北油田的地質(zhì)特性，通過室內(nèi)研制優(yōu)選出了清潔壓裂液配方，在華北油田雁 9 斷塊與桐 47 斷塊整體壓裂改造中，使用清潔壓裂液與羥丙基胍膠壓裂液進(jìn)行了壓裂對(duì)比試驗(yàn)，清潔壓裂液壓裂井效果明顯好于羥丙基胍膠壓裂井的效果。清潔壓裂液的研究經(jīng)驗(yàn)為華北油田增儲(chǔ)上產(chǎn)提供了一條新的技術(shù)路線，為今后該技術(shù)的推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。一、室內(nèi)研究1.清潔壓裂液增稠與破膠機(jī)理在鹽水中，隨著表面活性劑濃度的提高，水分子排斥表面活性劑分子的親油基團(tuán)，使表面活性劑分子聚集，先形成親油基團(tuán)朝內(nèi)、親水基團(tuán)朝外的球狀膠束;由于親水基團(tuán)帶正電荷，這樣在球狀膠束的表面形成了一個(gè)正電層，帶正電荷的球狀膠束之間相

2、互排斥，并不能使溶液增粘。在溶液中加入平衡陰離子(有機(jī)陰離子)，抵消陽離子基團(tuán)之間的排斥力，球狀膠束轉(zhuǎn)變成棒狀膠束，棒狀膠束通過范德華力和分子間的弱化學(xué)鍵，相互之間高度纏結(jié)，構(gòu)成了網(wǎng)狀膠束，類似于交聯(lián)的長(zhǎng)鏈聚合物形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀膠束結(jié)構(gòu)使表面活性劑膠束溶液具有了凝膠性質(zhì)，溶液粘度大幅度增加并具有了一定的彈性。當(dāng)清潔壓裂液與地層原油、天然氣接觸時(shí)，由于膠束的內(nèi)部是親油的，烴分子會(huì)鉆入到膠束的內(nèi)部，使膠束膨脹，相互纏結(jié)的棒狀膠束就會(huì)松開，棒狀膠束向球狀膠束轉(zhuǎn)變，使液體粘度降低，最終變成單個(gè)分子，溶于烴中。當(dāng)清潔壓裂液被地層水稀釋時(shí)，也會(huì)破壞表面活性劑的膠束而失去粘度。由于在壓裂井里總有這一種或

3、兩種破膠因素存在，所以不需要另加破膠劑。2.清潔壓裂液配方的優(yōu)選試驗(yàn)合成出了表面活性劑 VES，表面活性劑 VES、膠束促進(jìn)劑 SYN、鹽 KCL 三種組分相互制約，對(duì)粘度影響很大。最佳組合，粘度滿足要求，成本最低。將 VES、KCL、膠束促進(jìn)劑按一定比例加入清水中，攪拌形成粘彈性膠體。用RV-20 流變儀在不同溫度下、剪切速率 170s-1 下連續(xù)測(cè)定壓裂液粘度，60min 后粘度?30mPa?s 的壓裂液配方，可定為該溫度下的壓裂液配方，研制優(yōu)選出了 20,90?清潔壓裂液配方。3.清潔壓裂液的主要性能清潔壓裂液主要是靠表面活性劑分子在水中形成的膠束團(tuán)來增稠的，其抗剪切性能、造縫與攜砂性能

4、與胍膠、苦藶?zāi)z等壓裂液有所不同。3.1 清潔壓裂液的耐溫性能清潔壓裂液對(duì)溫度非常敏感，溫度升高，粘度急劇下降，必須增加表面活性劑的濃度來彌補(bǔ)粘度損失。3.2 清潔壓裂液的抗剪切性能由表 2 可以看出，清潔壓裂液也有剪切變稀的特點(diǎn)。清潔壓裂液與瓜膠等聚合物壓裂液的粘度形成機(jī)理不一樣。聚合物壓裂液不耐剪切，由于分子鏈的斷開，剪切過程中聚合物的粘度會(huì)永久的喪失。清潔壓裂液的粘度是通過形成棒狀膠束和棒狀膠束的相互纏結(jié)形成的。膠束的形成和相互纏結(jié)是表面活性劑分子之間的聚集行為，其變化的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流體的流動(dòng)速率，表現(xiàn)為清潔壓裂液的表觀粘度隨時(shí)間變化很小(見圖 2)以及通過高剪切后體系的粘度又能夠得到恢復(fù)

5、。3.3 清潔壓裂液的攜砂性能清潔壓裂液攜帶支撐劑的原則與聚合物不同。聚合物壓裂液主要靠粘度攜砂，清潔壓裂液主要靠粘彈性攜砂。傳統(tǒng)的支撐劑攜帶原則是，聚合物壓裂液的粘度在剪切率為 100s-1 時(shí)至少應(yīng)有 100mPa?s，或在剪切率為 170s-1 時(shí)應(yīng)有 50mPa?s。這個(gè)原則來自常規(guī)壓裂液的使用經(jīng)驗(yàn)，其流變特性一般遵循冪律流體模型。清潔壓裂液的攜砂機(jī)理主要表現(xiàn)為粘彈性攜砂。美國 STIMLAB 公司通過大型輸砂模型對(duì)胍膠壓裂液和清潔壓裂液進(jìn)行了攜砂實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出:胍膠壓裂液在 100s-1 的剪切速率下最低攜砂粘度為100mPa.s，在 170s-1 的剪切速率下最低攜砂粘度為 50mPa?s;而清潔壓裂液在100s-1 的剪切速率下最低攜砂粘度為 30mPa.s， 在 170s-1 的剪切速率下最低攜砂粘度為 25m