压裂液化学和支撑剂ppt课件.ppt

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1、7.1引言压裂液主要功能--造缝、输送支撑剂。还得有要求的粘度、能迅速返排，能较好控制液体滤失、泵送摩阻低，同时还要经济可行。本章论述常用压裂液和添加剂的化学性质。7.2水基液水基液特点—价廉、性良、易于控制。水溶聚合物粘度受温度的影响较大。用交联剂取而代之即可显著增加聚合物的有效相对分子质量，还可增加溶液的粘度。（见下图）图1温度和不同交联剂类型对胍胶溶液的影响胍胶—是最初用于稠化压裂液的聚合物之一。它是一种有甘露糖和半乳糖组成的长链高分子聚合物。其分子结构如下图所示：图2胍胶的结构在生产胍胶粉的过程中，

2、利用丙烯氧化物可得到胍胶的衍生物，即羟丙基胍胶（HPG）。如下图：羟丙基的取代作用使HPG在高温下比胍胶更稳定，故HPG更适用于高温井（大于150ºC）图3羟丙基胍胶重复单元结构羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)也是一种胍胶衍生物。这种“双重衍生”的胍胶既含有HPG的羟丙基官能团，也含有羧酸取代基。纤维素衍生物也用于压裂液中。如羟乙基纤维素(HEC)(见下图)或羟丙基纤维素(HPC)。图4羟乙基纤维素重复单元结构黄胞胶是一种生物高聚物，它具有幂律流体特征。而HPG溶液则具有牛顿流体的特征。其结构见下图：图5黄胞

3、胶重复单元结构不完全水解丙烯酰胺聚合物可用作降阻剂。这些聚合物可在低浓度下使用---小于10lbm/1000gal。用粘弹性表面活性剂（VES）（如下图）与之配制可改善聚合物在高温环境的功能。图6粘弹性表面活性稠化剂的分子和结构式VES的作用机理是：1.将其加入水中时，它会缔合成胶束结构。（见下图）2.水相环境盐度适宜，胶束成杆状。3.水相环境有足够的盐度，胶束缔合，运动受阻，使液体既有粘性又有弹性。图7胶束缔合物VES的分裂机制—与烃类接触和由水成液体稀释。VES的优点—洗井后无残渣、对地层伤害小、渗透率

4、增加较明显、无需添加泡沫剂。7.3油基液发展历程：20世纪60年代—羧酸铝盐；20世纪70年代—铝磷酸酯盐；如今--铝磷酸酯化学剂；铝磷酸酯聚合物稠化油的机理—“缔合机理”，如下图所示：图8铝磷酸酯聚合物链的假想结构对于铝磷酯凝胶：改变铝化合物和磷酸酯的用量—可控制其粘度；增加聚合物用量—可提高其粘度；但相应会使粘度过高，难以吸出。解决方法有2种：1.以即泵即混的方式添加胶凝物；2.审慎的控制溶液的组分；7.4酸基液酸压的效果取决于酸蚀裂缝的长度。酸蚀裂缝的长度取决于酸液用量、酸反应速度、酸液滤失量。而影响

5、酸有效裂缝穿透的主要原因是酸液滤失量过多。7.4.1控制酸液滤失的材料和技术酸液滤失添加剂控制滤失由于性能和费用局限，未广泛使用。酸处理前使用粘性前置液前置液造缝，同时形成滤饼作为酸液滤失的防护层；但Nierrode和Kruk(1973)、Coulter(1976)的研究表明，由前置液形成的滤饼很快便被由酸液滤失产生的溶蚀孔洞所穿透。多级前置液控制酸液滤失用胶凝前置液造缝，然后交替泵入酸液和聚合物前置液。以便让其进入并封填由此前泵入酸液和聚合物前置液。双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤失Nierrode和K

6、ruk(1973)研究表明一种以油作为内相、以胶凝酸作为外相的酸外相乳化液具有良好的控制酸液滤失性能。Scherubel和Crowe(1978)及Ford(1981)也指出泡沫酸控制液体滤失性能极佳。胶凝酸控制酸液滤失胶凝酸的常用稠化剂有：黄原胶生物聚合物、各种丙烯酰胺共聚物和通过胶束缔合而稠化的酸液的某些表面活性剂。各种稠化剂的优点和局限性：温度大于50ºC时，胍胶和纤维素基稠化剂缺乏稳定性；黄原胶生物聚合物可在温度高达90ºC时使用；更高温度下，使用丙烯酰胺共聚物；表面活性剂用作稠化剂时在剪切作用下相当

7、稳定。同时产生的废酸的粘度低。其缺点在于会是胶束缔合得到破坏，温度的应用范围有限。7.4.2控制酸反应速度的材料和技术在低温自中温度的井中，延缓酸反应速度不是关键问题；温度高于120ºC时，延缓酸反应速度是作业成功的关键；最常用的方法是在酸蚀前泵入一种粘性的非反映前置液。机理—增加缝宽、冷却裂缝表面。7.5多相液7.5.1泡沫液应用泡沫的优点：能加速支撑裂缝中液体的回收率；在水敏地层中泡沫液的效果明显；泡沫产生的假塑性液体在低渗地层中能够很好控制液体滤失。评价泡沫性能用泡沫质量：对于不同的泡沫质量：1.低于

8、52%，没有流动阻力。2.在52%~95%之间，泡沫长变成薄雾，气体为连续相。3.大于52%，高气体浓度使气泡表面接触。若要进一步提高气泡的稳定性，可用：1.聚合物稠化液相；2.胍胶、HPG及黄原胶；3.交联聚合物中的水相；7.5.2乳化液它是两种不融和相的分散体系。它是高度粘稠溶液，具有良好的传输性。常用的乳化剂压裂液为聚乳化液。1.聚乳化液由67%的碳氢化合物作内相，33%的稠化盐水作外相；2.根据Roodh