水力压裂力学-5_精品文档优质PPT.pptx

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一般含有水溶性聚合物及其它添加剂具有可流动状态的水溶液被称为线性胶压裂液（有时也称稠化水）。

在线性胶中加入交联剂及其它添加剂形成具有粘弹性的交联冻胶被称为交联冻胶压裂液。

清水中含有少量减阻剂用作压裂液称为清水压裂液。

二、油基压裂液系统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。

在强水敏性储层，使用油基压裂液有利于避免由水基液而引起的地层损害。

使用油基压裂液的首要缺点是易燃性，施工安全性差；

大多数情况下，泵送摩阻明显高于水基压裂液体系；

与水相比，静水压头小，相同条件下要求压裂的泵压也较高；

由于以油为介质，添加剂用量大，成本高；

现场配制及质量控制也较水基压裂液系统难。

一般油基压裂液于现场应用较少。

油基压裂液系统1稠化剂和交联剂现今最普遍采用的油基压裂液是铝磷酸脂与碱的反应产物。

典型的稠化剂为有机脂肪醇与无机非金属氧化物五氧化二磷生成的磷酸酯用铝酸钠进行交联，可形成磷酸酯铝盐的网状结构，而成为高粘度油冻胶，并提高了温度稳定性。

2破胶剂典型的破胶剂是无水乙酸钠、碳酸氢盐、氧化钙和/或氨水溶液。

三、乳化压裂液两相：

水和油（加表面活性剂），分散相为内相。

水相由线性胶或交联冻胶压裂液即聚合物稠化剂和含有表面活性剂的淡水或盐水配制而成油相可以是原油或柴油。

油外相乳化液的粘性与基油十分相似，所以油外相乳化液产生与油的高粘度相联系的高摩擦阻力。

水的粘度低，且水相中加入聚合物可以降低摩阻，因此水外相乳化液具有较低的摩擦阻力。

三、乳化压裂液乳化压裂液粘度随着水相中聚合物浓度及油相体积比例增加而增大。

由于乳化压裂液含水量少、稠化剂用量低，同时在地层中乳化剂被地层吸附而自动破乳，具有低损害、易返排的特点。

乳化压裂液不足之处在于较高摩阻、高成本（除非原油能回收），同时热稳定性较差，上限温度120。

泡沫压裂液及其技术的发展,第一代泡沫压裂液：

70年代，水+起泡剂，N2，砂液比12lbgal，利于压后返排，解决低压气井；

第二代泡沫压裂液：

80年代，水+起泡剂+聚合物，N2、CO2，提高流体粘度，增加稳定性，砂液比45lbgal，高压油气藏；

第三代泡沫压裂液：

80年代末90年代初，水+起泡剂+聚合物+交联剂，以N2泡沫压裂液为主,粘度和稳定性进一步提高，造缝和携砂能力增强，适合于高温深井大型水力压裂，砂液比达5lbgal；

第四代泡沫压裂技术：

恒定内相技术，控制内相体积，降低施工摩阻,满足大型泡沫压裂施工。

泡沫压裂液,CO2泡沫压裂液的特点,CO2泡沫压裂液适用性应用范围广：

油气井，高温、低温油气藏，深井；

特别应用于低压、水敏性油气藏。

CO2泡沫压裂液的特点密度高：

接近水的密度，适合深井施工；

浮力大，携砂能力强；

水溶性较好，压后缓慢释放，提供了良好的溶解气驱，利于返排；

水溶液pH值低（35），降低了压裂液对基质的伤害；

水溶液具有低的表面张力，有利于压裂液返排。

不足酸性影响流变性能，提高稳定剂和起泡剂的用量；

与高沥青质、高含蜡原油混合，形成酸渣和蜡析出。

泡沫压裂液,泡沫压裂液流变学特性,泡沫压裂液为同时具有剪切变稀、粘弹性和触变性的非牛顿流体；

泡沫压裂液的流动曲线，可分别用幂率模型、Ellis模型、Cross模型和Carreau模型，以及修正共转Jeffreys模型进行表征，但仅就描述粘度曲线而言，幂率模型更为简捷实用；

采用5参数粘弹触变性本构方程可描述典型的泡沫压裂液流体的触变环，模型计算值与实验值吻合良好；

用广义Maxwell粘弹性本构方程可描述泡沫压裂液流体的粘弹性，证明泡沫压裂液流体具有松弛时间谱。

常规聚合物压裂液滞留残渣将破坏裂缝和堵塞支撑剂。

此测试结果是用30-lbm硼酸盐作交联剂，用酶作破胶剂在20/40目支撑剂、38度和1000psi。

瓜胶用甲基蓝染色,无聚合物压裂液无残渣滞留堵塞裂缝。

20/40目支撑剂、38度和1000psi,清洁压裂液无残渣，对裂缝渗透率保持高，主要缺点是成本高，国外现场施工超过20000井次，仅2002年就超过6000井次,清洁压裂液体系,理论基础-化学成因,粘弹性表活剂viscoelasticsurfactantmolecules形成虫形的胶束formlong,wormlikemicelles胶束缠绕Entanglementofthemicelles形成网状结构anetworkstructure破胶机理：

有机物或亲油性物质,清洁压裂液体系,水基与清洁压裂液组成对比,稠化剂交联剂杀菌剂粘土稳定剂pH值调节剂助排剂破乳剂其它,VES表面活性剂（2%5%）热稳定剂粘土稳定剂其它,清洁压裂液CLEARFRAC,瓜尔胶压裂液GUARFRAC,清洁压裂液体系,清洁压裂液与聚合物压裂液对比,聚合物压裂,清洁压裂液压裂,页岩,砂体,页岩,水基压裂液与清洁压裂液造缝特性对比,清洁压裂液体系,清洁压裂液流变特性,流体具有剪切变稀特性，即随着剪切速率的增加，流体粘度降低，同时随着剪切速率的降低，粘度增加；

流变特性符合幂律模型，即=Kn，其中，n为0.40.6，K为1.502.50Pasn；

目前，胶束流体最高耐温能力可达10080配方粘度：

70100mPa.s（60min，170s-1）具有粘弹特性，以弹性为主（GG），储能模量G为32.5Pa，损耗模量G为2.8Pa；

支撑剂沉降:

成都陶粒20目,0.51.510-3m/min,清洁压裂液体系,清水压裂液,清水压裂摩阻很高，相对于常规水基压裂液的23倍。

清水压裂液结构表现为彼此间有空隙并在进行复杂的微观运动的大量水分子所组成的聚集态。

流体表现为易流动特征，在静止时不能承受切力抵抗剪切形变，但在流动状态下，流体就具有抵抗剪切形变的能力，即粘滞性。

这是水力压裂流体发生机械能量损失的根源。

水力压裂过程中，高排量导致流速大于临界流速，流态表现为紊流状态，产生高的施工摩阻。

减小摩阻的途径防止边界层分离和在边界层中保持层流状态，在水溶液中添加适量的长链聚合物，可降低摩阻。

压裂液添加剂,水基压裂液添加剂水基压裂液添加剂包括：

稠化剂、交联剂、破胶剂、助排剂、粘土稳定剂、pH值调节剂、杀菌剂、破乳剂、降滤失剂和其它辅助性添加剂油基压裂液添加剂目前国内外常用的磷酸酯铝盐油冻胶压裂液主要由稠化剂、交联剂和破胶剂组成。

泡沫压裂液添加剂气体（空气、氮气和二氧化碳）、液体、起泡剂、稳泡剂清洁胶束压裂液添加剂清洁胶束压裂液主要由稠化剂、盐和破胶剂组成。

压裂液添加剂分类及作用,交联冻胶压裂液添加剂构成水基冻胶压裂液体系的组分主要包括稠化剂、交联剂、降滤失剂、温度稳定剂、pH调节剂、杀菌剂等保证施工要求的添加剂和破胶剂、粘土稳定剂、破乳剂、助排剂、滤饼溶解剂等保护储层作用的添加剂等。

稠化剂水溶性聚合物作为稠化剂（增稠剂）是水基压裂液的基本添加剂。

植物胶（如瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、皂仁胶、槐豆胶、魔芋胶和海藻胶）及其衍生物（羟乙、丙基和羧甲基）纤维素的衍生物（如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等）合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）以及生物聚合物（黄胞胶）。

纤维素的衍生物（如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等）合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）以及生物聚合物（黄胞胶）。

淀粉类产品开发为压裂液稠化剂的试验。

影响压裂液基液粘度的因素及解决办法分散性（颗粒大小、表面性质）水合速度（pH、搅拌速度、放置时间）,交联剂交联剂是能通过交联离子（基团）将溶解于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶的化学剂。

聚合物水溶液因交联作用形成水基交联冻胶压裂液。

交联剂的选用由聚合物可交联的官能团和聚合物水溶液的pH值决定。

常用交联剂一般可概括分为有机和无机两类，无机类包括两性金属（或非金属）含氧酸的盐、无机酸的两性金属盐，一般为非延迟交联。

有机类包括有机钛或锆（无机酸酯）、有机硼络合物、醛等，多为可延迟交联。

降滤失剂控制压裂液向地层的滤失，有利于提高压裂液效率，减少压裂液用量，形成长而宽的裂缝，提高砂液比，获得高导流能力的裂缝；

同时通过降低压裂液的滤失和滞留，可以缩短压裂液返排时间，减少对储层的损害。

行业标准SY/T6215-1996将降滤失剂按液态和固态分类，规定对降滤失剂需检测其十项性能共19个参数。

其中，除了形成压裂液后其液体滤失系数C3作为重要参数外，还强调了降滤失剂对储层影响的有关性能测定。

温度稳定剂高温下压裂液粘度下降是多种机理引起的，比较常见的机理是氧的存在起到了加剧压裂液降解的速度，因此抗高温稳定剂往往和除氧有关。

常用甲醇、硫代硫酸钠、三乙醇胺、亚硫酸氢钠等。

其中三乙醇胺在能除氧外还会相应提高压裂液的pH，这也有利于压裂液在高温条件下的粘度稳定。

国内使用协和的热稳定剂混合物TA系列能够很好的将压裂液用于150以上的地层。

pH调节剂在水基压裂液中，通常用pH值调节剂控制稠化剂水合增粘速度、交联剂所需的pH值范围和交联时间以及控制细菌的生长。

通常使用的pH值调节剂为碳酸氢钠、碳酸钠、醋酸、柠檬酸、富马酸和氢氧化钠等，配合使用可使pH值的控制范围达到要求。

杀菌剂甲醛、乙二醛、戊二醛及阳离子表面活性剂复配物用于抑制和杀死微生物，使配制的基液性质稳定，防止聚合物降解，同时阻止储层内的细菌生长。

破胶剂破胶剂是压裂液的一种重要添加剂之一，其主要作用是使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少储层损害。

水基交联冻胶压裂液常用破胶剂包括酶、氧化剂和酸。

生物酶和催化氧化剂系列是适用于2154的低温破胶剂；

一般氧化破胶体系适用于5493；

而有机酸适用于93以上的破胶作用。

粘土稳定剂在水基压裂液中，常加入粘土稳定剂防止粘土膨胀、分散和运移。

氯化钾是压裂液中常使用的粘土稳定剂，使用浓度一般为1.02.0%。

氯化钾不仅提供了充分的阳离子浓