罗平亚新型清洁压裂液原及应用ppt课件.ppt

新型清洁压裂液原理及应用新型清洁压裂液原理及应用( (新型无残渣压裂液新型无残渣压裂液) )( (罗平亚罗平亚) )西南石油大学西南石油大学油气藏地质与开发工程国家重点实验室油气藏地质与开发工程国家重点实验室 1清洁压裂液： 水基压裂液破胶后无不溶物（残渣）或不溶物极低（测不出）的压裂液 (又称无残渣压裂液） 2 目前所有的水基压裂液毫无例外的都有残渣,这些残渣必然会对地层及充填层造成严重堵塞使其渗透率大幅度下降(其累计损害可达90%以上),从而大大降低压裂的效果,(对于低压、低渗油气层尤其突出,常常会造成压裂完全失效) 因此在目前油气田开发对压裂效果要来愈来愈高的形势下,消除残渣及其伤害成为当今压裂界共同关心的急待解决的重大技术难题也是本行业的前沿课题一清洁压裂液及其应用术3一一,清洁压裂液国内、外清洁压裂液国内、外现状现状4 据据报报道道，，19971997年年以以来来, ,目目前前国国外外在在全全球球范范围围内内采采用用清清洁洁压压裂裂液液进进行行的的压压裂裂作作业业已已经经超超过过21002100多多井井次次该该压压裂裂液液体体系系最最早早在在美美国国的的墨墨西西哥哥湾湾的的压压裂裂充充填填作作业业中中使使用用，，其其效效果果比比用用常常规规压压裂裂液液作作业业的的油油井井效效果果好好。

后后来来，，加加拿拿大大、、美美国国、、意意大大利利、、墨墨西西哥哥湾湾的的众众多多油油田田的的常常规规压压裂裂施施工工中中广广泛泛应应用用，，取取得得了了良良好好效效果果该该压压裂裂液液配配制制容容易易，，施工简单，摩阻小，携砂能力强，施工效果良好施工简单，摩阻小，携砂能力强，施工效果良好 这类清洁压裂液采用这类清洁压裂液采用特种表面活性剂作特种表面活性剂作““稠化剂稠化剂””，，在此表面活性剂溶液中当在此表面活性剂溶液中当浓度较高时形成类似于交联浓度较高时形成类似于交联聚合物一样的网络结构，聚合物一样的网络结构，使溶液具有必要的粘度和粘弹使溶液具有必要的粘度和粘弹性将这些特种表面活性剂称为性将这些特种表面活性剂称为粘弹性表面活性剂，简粘弹性表面活性剂，简称称““VESVES””（（ViscoelasticViscoelastic surfactant surfactant） 国外发展状况国外发展状况: :5 由由Schlumberger Schlumberger 公公司司开开发发的的清清洁洁压压裂裂液液，，其其商商品品名名ClearFracClearFrac。

就就是是典典型型的的VESVES，，其其分分子子在在水水中中一一定定条条件件下下形形成成棒棒状状结结构构的的胶胶束束，，长长棒棒状状胶胶束束之之间间高高度度““缠缠结结” ” ，，形形成成类类似似于于交交联联的的聚聚合合物物网网状状结结构构，，具具有有粘粘弹弹效效应应和和高高的有效粘度，使液体具备优良的悬砂和携带性能的有效粘度，使液体具备优良的悬砂和携带性能 含含有有VESVES表表面面活活性性剂剂溶溶液液可可以以具具有有高高粘粘度度和和粘粘弹弹性性，，能能将将其其用用作作压压裂裂液液悬悬浮浮支支撑撑剂剂当当VESVES压压裂裂液液进进入入含含油油的的岩岩芯芯或或地地层层以以后后，，亲亲油油的的有有机机物物将将被被增增溶溶到到胶胶束束中中，，使使棒棒状状胶胶束束膨膨胀胀，，最最终终崩崩解解成成较较小小的的球球形形胶胶束束，，VESVES凝凝胶胶破破解解，，变变成成粘粘度度很很低低的的水水溶溶液液碳碳氢氢化化合合物物如如油油和和气气有有这这种种作作用用，，将将迅迅速速地地减减少少VESVES液液体体的的粘粘度度到到最最低低水水平平所所以以，，这种体系不需要另加破胶剂这种体系不需要另加破胶剂 6    目前研制的清洁压裂液的机理目前研制的清洁压裂液的机理目前研制的清洁压裂液的机理目前研制的清洁压裂液的机理 McBain小胶团（小胶团（C C≺ ≺CMCCMC）） Hartley的球形胶束（的球形胶束（C C≻ ≻CMCCMC）） Debye的腊肠式棒状胶束的腊肠式棒状胶束（（C C≻ ≻10CMC10CMC）） 棒状胶团六角束棒状胶团六角束 （（C继续增大）继续增大）▲▲加入表面活性剂，在水中形成棒状胶束结构加入表面活性剂，在水中形成棒状胶束结构▲▲利用烃类有机物增溶到胶束中并使其分裂而破胶。

利用烃类有机物增溶到胶束中并使其分裂而破胶7 VESVES溶溶液液无无残残渣渣( (测测不不出出),),填填砂砂管管试试验验发发现现，，VESVES压压裂裂液液携携砂砂充充填填层层的的渗渗透透率率的的保保留留率率大大于于90%90%，，比比使使用用胍胍尔尔胶胶压压裂裂液液时时充充填填层层的的渗渗透透率率的的保保留留率率（（ 20 20  ））大大得得多多, ,压裂效果也好得多压裂效果也好得多 , ,达到清洁压裂液要求达到清洁压裂液要求 8存在问题存在问题: : 1, 1,需研制、开发专门特殊的表面活性剂需研制、开发专门特殊的表面活性剂; ; 2, 2,用量大用量大(3(3一一4 % )4 % ), ,且很难减小且很难减小; ; 3, 3,成本高成本高( (每方每方25002500一一40004000元以上元以上) ), ,且极难降低；且极难降低； 4,4,目目前前抗抗温温能能力力还还不不够够（（据据报报道道低低于于116 116 C C ））; ;且且难难以提高 5, 5,破胶不太好控制破胶不太好控制;(;(特别是气层特别是气层) ) 。

6, 6,初滤失速度大初滤失速度大; ;应考虑加降滤失剂应考虑加降滤失剂 …… ……9国内研究现状：国内研究现状： 国国内内长长庆庆油油田田、、大大庆庆油油田田, ,克克拉拉玛玛依依油油田田和和四四川川气气田田……先先后后引引进进Schlumberger Schlumberger 公公司司开开发发的的清清洁洁压压裂裂液液技技术术，，进进行行了了数数十井次的现场应用，均取得了工艺上的成功和很好的增油效果十井次的现场应用，均取得了工艺上的成功和很好的增油效果 在在国国内内自自行行研研制制与与研研究究也也在在很很多多油油田田普普遍遍开开展展并并取取得得一一定定的的进展进展: :如如 万庄分院研制出了万庄分院研制出了VES-70VES-70型粘弹性清洁压裂液体系型粘弹性清洁压裂液体系 该该清清洁洁压压裂裂液液完完成成了了2020多多井井次次现现场场试试验验效效果果良良好好例例如如在在某某油油田田是是邻邻井井使使用用常常规规水水基基压压裂裂液液压压裂裂井井产产量量的的2 2～～3 3倍倍证证实实了了它它配配制制简简便便、、低低粘粘度度、、高高弹弹性性和和良良好好的的剪剪切切稳稳定定性性、、携携砂砂能能力力强强、、减减阻阻效效果果良良好好（（减减阻阻率率达达到到7676％％））、、破破胶胶彻彻底底、、无无残残渣渣、、返返排排快，改善了增产效果。

快，改善了增产效果显示出清洁压裂液的巨大优势显示出清洁压裂液的巨大优势10 综上所述综上所述: 目前国内研究起步不久，正在沿着国目前国内研究起步不久，正在沿着国外的技术思路进行；而国外主要仍以外的技术思路进行；而国外主要仍以VESVES特种表活剂在较高浓度下形成棒状、片特种表活剂在较高浓度下形成棒状、片状状……胶束进而形成结构的原理为主即胶束进而形成结构的原理为主即以研制开发这类特种表活剂为主，但仍以研制开发这类特种表活剂为主，但仍然无法解决与国外清洁压裂液相同的难然无法解决与国外清洁压裂液相同的难题因此在题因此在 “热过热过””一段时间后目前处一段时间后目前处于仃滞阶段于仃滞阶段11小结小结: : 目前它己见目前它己见成效成效; ;但难以有突破性进展但难以有突破性进展: : ①①清洁压裂液的材料清洁压裂液的材料(VES)(VES)、体系、施工技、体系、施工技术、基本成功术、基本成功, ,应用效果也很好应用效果也很好; ; ②②成本太高难以承受成本太高难以承受. .无法推广应用无法推广应用; ; ③ ③抗温能力难提高抗温能力难提高( (难超过难超过120℃,120℃,据报道国据报道国外实验室己有外实验室己有150150℃℃的样品的样品).).        ®所以目前这项人们期待己久所以目前这项人们期待己久, ,又确有良好效果又确有良好效果的的革命性革命性新技术在国外推广并不迅速新技术在国外推广并不迅速; ;国内基国内基本仃滞本仃滞; ;®因此除继续沿着因此除继续沿着VESVES思路深入研究以尽量解决思路深入研究以尽量解决现有难题现有难题, ,争取有所突破外争取有所突破外, ,还必须还必须另劈溪径另劈溪径, ,探索新的思路探索新的思路, ,建立新的理论、研制开发出新建立新的理论、研制开发出新的增稠剂、研究出新的清洁压裂液体系及其应的增稠剂、研究出新的清洁压裂液体系及其应用技术用技术。

12  二二,新型新型清洁清洁(无残渣无残渣)压裂液压裂液 (非非VES 类型类型)研究研究13        主要研究内容主要研究内容:      ⑴⑴ 研究出清洁压裂液的一种研究出清洁压裂液的一种新原理新原理;       (2)按按它它设计、研制、开发出设计、研制、开发出一系列一系列适用于适用于各类地层条件各类地层条件,各类压裂作业要求的清洁压裂各类压裂作业要求的清洁压裂液液增稠剂及压裂液体系及应用技术增稠剂及压裂液体系及应用技术14㈠㈠,新型新型清洁压裂液原理清洁压裂液原理清洁压裂液清洁压裂液：： 水基压裂液破胶后无不溶物水基压裂液破胶后无不溶物（残渣）或不溶物极低（测不出）（残渣）或不溶物极低（测不出）的压裂液的压裂液 ( (又称又称无残渣压裂液）无残渣压裂液）, ,它是一种它是一种不须交联不须交联的的结构性水溶结构性水溶液液 15 1,1,为什么现用水基压裂液总为什么现用水基压裂液总有残渣呢有残渣呢? ? --( --(现用水基压裂液残渣现用水基压裂液残渣的来源及必然性的来源及必然性):):16®压裂液的基本功能之一是将支撑剂压裂液的基本功能之一是将支撑剂由井筒经孔眼携带到裂缝前沿指定由井筒经孔眼携带到裂缝前沿指定位置，因此压裂液的位置，因此压裂液的悬浮和携带悬浮和携带(压压裂砂的裂砂的)能力是其基本要求能力是其基本要求，，这就要这就要求它必须具有必要的求它必须具有必要的”有效粘度有效粘度”。

17®水基压裂液是依靠水溶性高分子水基压裂液是依靠水溶性高分子(天然高分子、改天然高分子、改性高分子、合成高分子性高分子、合成高分子)来建立其必要的有效粘度来建立其必要的有效粘度®但由于其分子结构但由于其分子结构(分子量、线型分子链分子量、线型分子链…)决定决定了它在高温、高矿化度油藏条件下很难了它在高温、高矿化度油藏条件下很难(无法无法)具具有所需的有效粘度，因此被迫有所需的有效粘度，因此被迫采用交联的办法采用交联的办法来来提高有效粘度以达到携砂的要求所以提高有效粘度以达到携砂的要求所以交联技术交联技术是压裂液技术的基础和必要条件是压裂液技术的基础和必要条件,也是它发展的重也是它发展的重要内容和方向要内容和方向18常用水溶性高分子常用水溶性高分子: : ⑴⑴, ,合成高聚物合成高聚物( (如如HPAM):HPAM):其自身不溶物可其自身不溶物可以作得很低以作得很低(≤0.2(≤0.2％％) ); ;但其分子结构比较简单，但其分子结构比较简单，能发生交联的官能团少，不易发生交联，进行能发生交联的官能团少，不易发生交联，进行交联所需技术复杂交联所需技术复杂, ,所以采用不多；所以采用不多； ⑵⑵, ,天然高分子及其改性产品天然高分子及其改性产品( (如各种改性如各种改性胍胶胍胶) ): :其组成复杂其组成复杂, ,能发生交联的官能团多、能发生交联的官能团多、易发生交联反应故成为国内外易发生交联反应故成为国内外压裂液主要增稠压裂液主要增稠剂。

剂但其本身含有较多的不溶物但其本身含有较多的不溶物(8%—10%)(8%—10%)因因此通过此通过化学改性降低其不溶物含量是压裂液技化学改性降低其不溶物含量是压裂液技术发展的另一个重要内容术发展的另一个重要内容19 而残渣的来源有二：而残渣的来源有二： ⑴⑴压裂液增稠剂本身的不溶物；压裂液增稠剂本身的不溶物； ⑵⑵交联作用产生的大量不溶物交联作用产生的大量不溶物; ; 它们虽经破胶也不能消除它们虽经破胶也不能消除, ,而对地层的堵塞而对地层的堵塞损害和对支撑剂充填层的严重堵塞损害和对支撑剂充填层的严重堵塞可使其渗可使其渗透率下降透率下降8080一一90%90%以上，从而大大降低压裂的以上，从而大大降低压裂的效果效果( (甚致完全失效甚致完全失效) )，因此，因此消除残渣及其伤消除残渣及其伤害是目前压裂液技术发展的必然趋势害是目前压裂液技术发展的必然趋势20　　　　2,2,解决此问题的思路之一：解决此问题的思路之一： ⑴⑴, ,采用本身无采用本身无( (极少极少) )不溶物的水溶不溶物的水溶性增稠剂性增稠剂, ,使其水溶液中无不溶物或可以忽使其水溶液中无不溶物或可以忽略不计略不计(≤ 10(≤ 10ppmppm);); ⑵⑵, ,同时同时, ,不交联就能使溶液不交联就能使溶液””有效有效粘度粘度””达到压裂施工的要求达到压裂施工的要求( (关健关健) ) ( (这在原来作不到，但现在其它学科这在原来作不到，但现在其它学科的发展使它己成为可能的发展使它己成为可能).).213,有助于压裂液技术有助于压裂液技术(清洁压清洁压裂液裂液)发展的其它学科的新发展的其它学科的新进展进展22⑴⑴,大幅度提高大幅度提高溶液有效粘度的新途陉：溶液有效粘度的新途陉：由现在由现在”溶液流变学溶液流变学”相关理论相关理论,溶液有效粘度的构溶液有效粘度的构成成: :①①. .聚合物分子链在溶液中的流体力学尺寸的大小。

聚合物分子链在溶液中的流体力学尺寸的大小 (它它随温度、矿化度的提高而急剧下降随温度、矿化度的提高而急剧下降) )；；②②. .高分子链间非共价健力相互作用的强弱及其状态高分子链间非共价健力相互作用的强弱及其状态 (它随温度、矿化度上升或下降或下降不多或不下降或它随温度、矿化度上升或下降或下降不多或不下降或反而上升，可以调、控反而上升，可以调、控) )③③, ,而溶液有效粘度等于这两部份的和而溶液有效粘度等于这两部份的和, , 即：即： 有效粘度有效粘度= = 非结构粘度非结构粘度十十 结构粘度结构粘度 23 以以前前增增粘粘原原理理以以因因素素①① 为为主主, ,没没有有能能够够作作到到利利用用因因素素②② ( (天天然然物物质质也也极极少少发发现现) )，，故故其其体体系系增增粘粘能能力力差差、、抗抗温温能能力力差差、、抗抗盐盐能能力力差差、、抗抗剪剪切切能能力力差差，，必必须须加加大大聚聚合合物用量和物用量和采用交联采用交联 近近几几年年在在原原有有基基础础上上如如何何充充分分利利用用分分子子链链间间作作用用( (即即①①十十②②) )来来建建立立溶溶液液粘粘度度的的理理论论和和实实践践问问题题己己经经解解决决。

故故利利用用这这些些成成果果完完全全有有可可能能使使体体系系的的有有效效粘粘度度因因此此而而大大大大提提 高高 、、 抗抗 温温 、、 抗抗 盐盐 、、 抗抗 剪剪 切切 能能 力力 也也 因因 此此 而而 大大 大大 增增 强强 所以完全有可能不交联也能达到要求所以完全有可能不交联也能达到要求24®这种无需交联其流变性就能达到要求的这种无需交联其流变性就能达到要求的流体称为流体称为““结构流体结构流体”:®常见的结构流体有常见的结构流体有: : 1,1,固相在液相中的多级分散体系固相在液相中的多级分散体系 , ,钻井液是其典型钻井液是其典型; ; 2,2,具有超分子结构的水溶液具有超分子结构的水溶液 ( (它它们不需交联自身的有效粘度就可能达到们不需交联自身的有效粘度就可能达到很高，而且可以调很高，而且可以调, ,控控) ) ……… ……………………… 25⑵,新兴的超分子化学与超分子结构溶液理论与实践：®超分子化学是研究多个分子通过非共价键作用超分子化学是研究多个分子通过非共价键作用（缔合）而形成（超分子）聚集体并具有其特（缔合）而形成（超分子）聚集体并具有其特定结构（超分子结构）和功能的科学。

是近十定结构（超分子结构）和功能的科学是近十多年发展起来的一个新兴交叉学科多年发展起来的一个新兴交叉学科®我们工作的关键是如何利用这新兴的超分子化我们工作的关键是如何利用这新兴的超分子化学相关理论和实践来获得具有我们所需要功能学相关理论和实践来获得具有我们所需要功能（（不交联就具有足够的携带能力和其它优良性不交联就具有足够的携带能力和其它优良性能）的超分子结构溶液能）的超分子结构溶液26®根据溶液流变学理论根据溶液流变学理论: :流体的悬浮、携带能力主流体的悬浮、携带能力主要由流体的静、动屈服值要由流体的静、动屈服值( (相当于结构粘度相当于结构粘度) )所决所决定，因此屈服值比有效粘度对其携带能力的影响定，因此屈服值比有效粘度对其携带能力的影响更大®根据流体粘弹性理论根据流体粘弹性理论：流体携带能力主要由其储：流体携带能力主要由其储能模量能模量( (弹性弹性) )及它与其耗能模量及它与其耗能模量( (粘性粘性) )之比决定之比决定⑶,⑶,关于流体的悬浮和携带能力关于流体的悬浮和携带能力: :27®而从其微观作用机理本质上讲这都是由而从其微观作用机理本质上讲这都是由结构流体结构流体( (溶液溶液) )中溶质分子链间缔合作中溶质分子链间缔合作用形成的用形成的超分子结构状态超分子结构状态所决定所决定。

®因此因此, ,有效粘度己不能准确表示流体有效粘度己不能准确表示流体( (溶溶液液) )的携带能力而其静、动屈服值的携带能力而其静、动屈服值( (相相当于结构粘度当于结构粘度) )或储能模量或储能模量( (弹性弹性) )更准确更准确28 ⑷⑷, ,综合应用上述超分子化学、溶液物理化综合应用上述超分子化学、溶液物理化学、结构流体流变学理论及其应用的新进展学、结构流体流变学理论及其应用的新进展，结，结合高分子化学及溶液理论合高分子化学及溶液理论, ,通过研究我们己经能通过研究我们己经能够设计、研制出这样的够设计、研制出这样的化学剂；化学剂；它们在溶液中分它们在溶液中分子链能自动缔合而形成多个分子的结合体子链能自动缔合而形成多个分子的结合体( (即超即超分子聚集体分子聚集体) )它们随速梯变化而可逆变化，由它它们随速梯变化而可逆变化，由它们们( (随着其浓度增加随着其浓度增加) )进而形成布满整个溶液空间进而形成布满整个溶液空间的超分子空间纲状结构，的超分子空间纲状结构，成为典型的结构成为典型的结构( (溶液溶液) )流体流体29 根据结构流体流变学原理这类流体必然具有：根据结构流体流变学原理这类流体必然具有： 高效增粘高效增粘 ( ( 有效粘度有效粘度= = 非结构粘度非结构粘度十十 结构粘度结构粘度) ) 抗温、抗盐；抗温、抗盐； 抗剪切；抗剪切； 剪切稀释性：剪切稀释性： 触变性触变性; ; 动、静屈服值动、静屈服值( (结构粘度结构粘度) )；； 粘弹性；粘弹性； ………… ………… 以上各种性能都可按要求通过分子结构设计进以上各种性能都可按要求通过分子结构设计进行调控。

行调控因此无需交联这类溶液的携带能力就可能因此无需交联这类溶液的携带能力就可能完全解决而且还具有现在惯用的交联压裂液希望完全解决而且还具有现在惯用的交联压裂液希望具有，又难以具有的特长和优点具有，又难以具有的特长和优点 304,4,新型清洁压裂液的新原理新型清洁压裂液的新原理( (理论理论依据依据) ): : (1)1)利用结构流体流变学的相关理论利用结构流体流变学的相关理论及其流体悬浮与携带原理解决无需交联及其流体悬浮与携带原理解决无需交联的压裂液就能具有足够的携砂能力和其的压裂液就能具有足够的携砂能力和其它优良性能的理论问题它优良性能的理论问题; ; (2)(2)利用超分子化学理论设计、研制利用超分子化学理论设计、研制出能形成具有以上功能的结构流体（溶出能形成具有以上功能的结构流体（溶液）的化学剂液）的化学剂( (增稠剂增稠剂) )及其溶液体系及其溶液体系（压裂液）压裂液）31 因因此此我我们们应应用用分分子子缔缔合合形形成成结结构构流流体体的的理理论论设设计计和和研研制制出出一一系系列列化化学学剂剂，，它它们们在在溶溶液液中中利利用用分分子子链链间间缔缔合合作作用用形形成成超超分分子子聚聚集集体体进进而而发发展展成成可可逆逆式式空空间间纲纲状状结结构构，，成成为为结结构构型型流流体体，，因因而而具具有有以以下下特特性性：：良良好好的的高高效效增增粘粘、、抗抗温温、、抗抗盐盐、、抗抗剪剪切切、、静静、、动动屈屈服服值值( (结结构构粘粘度度) )、、粘粘弹弹性性………………、、它它们们不不需需交交联联其其携携带带能能力力也也能能很很好好满满足足压压裂裂要要求求。

使用常用破胶剂就可破胶而无使用常用破胶剂就可破胶而无( (极少极少) )残渣 SGA SGA一一130130是这类新产品的一种是这类新产品的一种32 ( (二二),),新型压裂液性能评价新型压裂液性能评价33              溶液粘度溶液粘度----浓度关系浓度关系(170(170S )S )1,1,高效增粘能力高效增粘能力: :试验结果如图试验结果如图3.23.2所示所示: : 溶溶液液表表观观粘粘度度随随浓浓度度增增大大而而大大幅幅度度增增大大，，0.5 0.5 时时就可进到就可进到100100多多mpsmps1-1342,流变特性(1)(1)、抗剪切性：、抗剪切性：常规交联压裂液由于其交常规交联压裂液由于其交联作用的不可逆性则其联作用的不可逆性则其有效粘度必然随有效粘度必然随剪切时间增长而不断下降剪切时间增长而不断下降；而结构性流；而结构性流体由于其结构随剪切作用而可逆变化体由于其结构随剪切作用而可逆变化, ,则则当剪切（速率）作用一定时当剪切（速率）作用一定时, ,其结构将达其结构将达到与该剪切速率平衡的状态到与该剪切速率平衡的状态, ,则其有效粘则其有效粘度不再随剪切时间增长而下降度不再随剪切时间增长而下降, ,长期保持长期保持恒定，故表现出优良的抗剪切性恒定，故表现出优良的抗剪切性。

因此因此它更能适合于需要泵送时间较长的压裂它更能适合于需要泵送时间较长的压裂作业（如深井、大型压裂作业（如深井、大型压裂………)………)35压裂液的抗剪切性能压裂液的抗剪切性能 下下图图是是清清洁洁压压裂裂液液在在110℃110℃和和120℃120℃恒恒定定温温度度下下恒恒定定剪剪切切试验试验, , 压裂液的粘度始终保持恒定在所需要的数字压裂液的粘度始终保持恒定在所需要的数字     清清洁洁压压裂裂液液剪剪切切试试验验  （（110℃））清清洁洁压压裂裂液液剪剪切切试试验验   （（120℃））36(2)、、剪切稀释性：剪切稀释性： 是结构性流体固有的特性，因此能很好解决流动中在是结构性流体固有的特性，因此能很好解决流动中在保证良好携砂的前题下大幅度降低流动阻力；保证良好携砂的前题下大幅度降低流动阻力； 达西达西- -韦氏摩擦系数与流速的关系曲线韦氏摩擦系数与流速的关系曲线(91#(91#试粉剂的质量含量试粉剂的质量含量0.5%)0.5%)37　　　　(3),(3),流变参数流变参数: : 由由图图解解法法求求得得含含主主剂剂0.50%0.50%及及辅辅剂剂0.015%0.015%压压裂裂液液的的K K和和n n值值，，与与常常规规高高分分子子交交联联压压裂裂液液一一样样, ,也也显显示示屈屈服服应应力力, , 测测定定其其屈屈服服应应力力ττy y 为为9.4 9.4 PaPa。

具具有有较较高高的的稠稠度度系系数数和和屈屈服服应应力力及及低低的流动特征指数的流动特征指数且升高温度影响不大且升高温度影响不大表表3.1 3.1 压裂液的流变参数压裂液的流变参数温度，温度，℃℃80809090100100110110120*120*130*130*n n0.1250.1250.1030.1030.1080.1080.1050.1050.1130.1130.1180.118K K，，Pa.SPa.Sn n38.438.432.432.431.831.831.531.530.630.628.328.3相关系数相关系数0.96360.96360.97320.97320.98450.98450.98230.98230.99120.99120.97650.9765　【注】　【注】* * KCl2%+KCl2%+主剂主剂0.7%+0.7%+辅剂辅剂0.018%0.018%38 压裂液在高达压裂液在高达120120℃℃、、130130℃℃高温条件下获得了比较高的屈服力，高温条件下获得了比较高的屈服力，预示了该体系在低流速下仍有携带能力预示了该体系在低流速下仍有携带能力 屈服应力屈服应力(120(120℃) (130℃)℃) (130℃)39压裂液粘弹性动态特征压裂液粘弹性动态特征 如图如图3.113.11。

从图可知，随着扫描频率的逐步增加，从图可知，随着扫描频率的逐步增加，压裂液的储能模量压裂液的储能模量G‘G‘和复合模量和复合模量G*G*增加，而损耗模量增加，而损耗模量却几乎不变，整个试验过程中弹性明显地大于粘性却几乎不变，整个试验过程中弹性明显地大于粘性 40试验表明一般情况下这类压裂液的储能模量及它与其耗试验表明一般情况下这类压裂液的储能模量及它与其耗能模量之比均大于常用的胍胶压裂液能模量之比均大于常用的胍胶压裂液,即其粘弹性更强即其粘弹性更强 模量测试（模量测试（110110℃，辅剂，辅剂0.02%0.02%））41胍胶压裂液的储能模量胍胶压裂液的储能模量G′G′和复合模量和复合模量G G* 表观粘度，表观粘度，Pa.SPa.S0.1050.2090.406储能模量，储能模量，G′G′17.633.248.7复合模量，复合模量，G*G*21.841.560.6表观粘度表观粘度Pa.SPa.S 0.011 0.021 0.011 0.021 0.0300.030 0.056 0.056 0.1080.108 0.200 0.200储能模量，储能模量，G′3.20 12.60 G′3.20 12.60 20.1020.10 26.40 26.40 29.5029.50 31.60 31.60复合模量，复合模量，G* 3.21 2.70 G* 3.21 2.70 20.2020.20 26.50 26.50 29.7029.70 31.70 31.70清洁压裂液的储能模量清洁压裂液的储能模量G′G′和复合模量和复合模量G*G*42     (4),新型压裂液新型压裂液流变性的流变性的抗温性与抗盐抗温性与抗盐性：性：        超分子溶液超分子溶液结构性流体的流变性从本结构性流体的流变性从本质上具有抗温和抗盐的因素，质上具有抗温和抗盐的因素，因此合理因此合理分子结构的分子结构的超分子溶液超分子溶液就能得到抗高温就能得到抗高温压裂液，压裂液，(无需交联无需交联)；同理也可用于各种；同理也可用于各种盐水盐水(加重、保护储层加重、保护储层)压裂液压裂液(同样无需同样无需交联交联)。

43样品样品初滤失量初滤失量( (m m3/m2)滤失系数滤失系数（（m/m/　　　　　　)滤失速度滤失速度( (m/min)m/min)J-1 3＃＃2.310-31.8610-43.410-5J-3 4＃＃6.710-31.7410-44.110-5J-6 5＃＃9.510-31.4810-44.210-5硼酸盐交联硼酸盐交联HPGHPG8.110-49.6810-4\有机硼交联有机硼交联HPGHPG4.210-45.3110-4\3,3,压裂液的滤失对比压裂液的滤失对比 44样品样品编号编号破胶破胶温度温度℃℃ CFB- CFB-130130　　　　% %破胶水化液粘度破胶水化液粘度/ /mPa.smPa.s0 0h h1.01.0h h2.02.0h h3.03.0h h4.04.0h h1#80800.050.051051056363424215153.23.22#90900.040.0498985858373718182.52.53#1001000.030.031021026060353515152.02.04#*1201200.010.011181187272333314141.51.55#*1301300.010.011251256565353515151.51.54,4,新型清洁压裂液在不同时间破胶后的粘度新型清洁压裂液在不同时间破胶后的粘度 【注】【注】* *主剂主剂0.6%+0.6%+辅剂辅剂0.015%0.015%，其他为主剂，其他为主剂0.5%+0.5%+辅剂辅剂0.013%0.013%。

455,5,新型压裂液新型压裂液破胶液的表面和界面张力破胶液的表面和界面张力（（25.94℃25.94℃）） 压压裂裂液液体体系系编号编号1＃＃2＃＃3＃＃4＃＃5#表表 面面 张张 力力（（mN/mmN/m））27.5227.1326.8226.6525.14界界 面面 张张 力力（（mN/mmN/m））0.680.620.530.420.35 466,6,残渣与伤害残渣与伤害压裂液残渣对比压裂液残渣对比压裂液压裂液新型清洁压裂液新型清洁压裂液超级胍胶压裂液超级胍胶压裂液残渣含量，残渣含量，ppmppm无残渣无残渣95047图图3.20 3.20 HPGHPG压裂液压裂液 清洁压裂液清洁压裂液 48压裂液压裂液岩心规格岩心规格( (d dL)(cmcm)煤油渗透率煤油渗透率( (10-3µm2)损害率损害率ηd d(%)伤害前渗透率伤害前渗透率K K1伤害后渗透率伤害后渗透率K K21#H1-1(2.6987.392)315297.45.592#H2-2(2.6987.408)294.3279.35.093#H3-3(2.6987.450)103.293.59.44#H4-4(2.6987.500)367.7344.56.3交联胍胶交联胍胶H5-5(2.6727.650)105.270.233.27VES压裂液压裂液8383   10.22清洁压裂液与胍胶压裂液的滤液对岩心伤害比较清洁压裂液与胍胶压裂液的滤液对岩心伤害比较 49图图3.24聚合物压裂液破胶液聚合物压裂液破胶液　　　对支撑充填层的影响　　　对支撑充填层的影响 3.253.25清洁压裂液破胶液支撑充填清洁压裂液破胶液支撑充填 50对支撑剂充填的伤害对支撑剂充填的伤害≤10％％图图3.21支撑充填层流动伤害试验结果支撑充填层流动伤害试验结果 图图3.213.21支撑充填层流动伤害支撑充填层流动伤害≥90≥90％　　图％　　图3.233.23清洁压裂液伤害清洁压裂液伤害≤10≤10％％ 51( (三三)“)“悬浮能力和携砂悬浮能力和携砂能力能力”” 评价评价52 利用大型的裂缝悬砂测量试验装置和高速摄像利用大型的裂缝悬砂测量试验装置和高速摄像装置跟踪（锁定）支撑剂颗粒，测定了在装置跟踪（锁定）支撑剂颗粒，测定了在静止和静止和一定流动条件一定流动条件( (模拟压裂工况模拟压裂工况) )下下、不同流变参数、不同流变参数的这种清洁压裂液和常规胍胶压裂液中支撑剂颗的这种清洁压裂液和常规胍胶压裂液中支撑剂颗粒的下降速度、沉降距离、平移距离等运动轨迹，粒的下降速度、沉降距离、平移距离等运动轨迹，研讨压裂液的携砂机理并对比了两类压裂液的携研讨压裂液的携砂机理并对比了两类压裂液的携砂能力砂能力: : 试验表明一般情况下这类压裂液的储能模量及试验表明一般情况下这类压裂液的储能模量及与其耗能模量之比均大于常用的胍胶压裂液。

根与其耗能模量之比均大于常用的胍胶压裂液根据结构流体流变学理论据结构流体流变学理论: :它的携带能力主要取决于它的携带能力主要取决于其储能模量及它与其耗能模量之比；因此在相同其储能模量及它与其耗能模量之比；因此在相同有效粘度的情况下此类清洁压裂液的携砂能力应有效粘度的情况下此类清洁压裂液的携砂能力应高于常规压裂液；而试验应证实了这一点高于常规压裂液；而试验应证实了这一点, , 53 流动试验回路原理图和使用高速摄像可观测压裂液和砂流动试验回路原理图和使用高速摄像可观测压裂液和砂粒在其中的流动特征粒在其中的流动特征 54双试验段流动测量回路实验架双试验段流动测量回路实验架( (西安交大西安交大) )55 矩型裂缝实验段（充满压裂液）矩型裂缝实验段（充满压裂液）56砂粒沉降速度随压裂液表观粘度的变化关系砂粒沉降速度随压裂液表观粘度的变化关系57不同粘度下砂粒的沉降过程不同粘度下砂粒的沉降过程(流速流速0.26米米/秒秒)瓜胶压裂液瓜胶压裂液 sag-130 sag-130压裂液压裂液时时 间间 ( (秒秒) )沉沉降降距距离离( (m mm m) )58砂粒沉降轨迹的比较砂粒沉降轨迹的比较(流速流速0.26米米/秒秒)平移距离（平移距离（m m））沉沉降降距距离离( (m mm m) )59®1,1,无需无需( (没有没有) )交联的结构性水溶液其携带能力完全交联的结构性水溶液其携带能力完全能达到和超过常用胍胶能达到和超过常用胍胶( (交联交联) )压裂液压裂液: : ®2,随着表观粘度增加其携砂能力及悬浮能力随之增随着表观粘度增加其携砂能力及悬浮能力随之增加加( (即降沉速度降低即降沉速度降低) )®3,3,当表观粘度相同时当表观粘度相同时, ,新型清洁压裂液的悬浮能力新型清洁压裂液的悬浮能力及携带能力总大于常规瓜胶压裂液及携带能力总大于常规瓜胶压裂液; ;较低粘度的新较低粘度的新型清洁压裂液比更高粘度的常规胍胶压裂液有相似型清洁压裂液比更高粘度的常规胍胶压裂液有相似或更好的携砂能力。

或更好的携砂能力®4,4, 低有效粘度而较高粘弹性其携带能力就能达到低有效粘度而较高粘弹性其携带能力就能达到压裂要求压裂要求, ,试验证明该新型清洁压裂液试验证明该新型清洁压裂液3030mPa.SmPa.S的携的携砂能力达刭常规胍胶压裂液的携砂能力砂能力达刭常规胍胶压裂液的携砂能力®5,5,我们设计、研制的无交联压裂液完全能达到予期我们设计、研制的无交联压裂液完全能达到予期目的 结论结论: :60(四),现场试验611 1、濮、濮65-965-9井井20052005年年2 2月月2 2日日采采用用GRAGRA压压裂裂液液，，压压裂裂沙沙二二上上7 71-21-2砂砂组组，，井井段段2512.9-2535.52512.9-2535.5m m，，8.3m/3n8.3m/3n，，加加陶陶粒粒1717m m3 3，，破破压压44.744.7MPaMPa，，排排量量3.853.85m m3 3/min/min压压后后日日产产液液4.24.2m m3 3，，日日产产油油1.11.1t t，，日日产产气气432432m m3 3，，压裂无效压裂无效　　　　本本次次压压裂裂同同一一层层段段井井段段：：2513.3-25352513.3-2535m m，，厚厚度度8.18.1m m，，层层数数3 3层层；；测测井井解解释释砂砂体体厚厚度度小小，，解解释释为为2 2级级水水淹淹层层，，地地层层温温度度: 83.5: 83.5℃℃。

　　　　本本次次施施工工共共泵泵入入地地层层压压裂裂液液121.6121.6方方，，加加砂砂1010方方约约1717吨吨施施工工破破裂裂压压力力49.849.8MPaMPa，，泵泵注注预预前前置置液液（（活活性性水水））时时泵泵压压4848MPaMPa，，泵泵注注前前置置液液（（压压裂裂液液））时时，，压压力力下下降降到到30.530.5MPaMPa，，加加砂砂压压力力2828MPaMPa，，平平均均砂砂比比20.7%20.7%，，顶顶替替（（活活性性水水））12.612.6方方，，顶顶替正常、顺利，施工获得圆满成功替正常、顺利，施工获得圆满成功 　　　　　　62现场试验情况：现场试验情况：　　而而采采用用清清洁洁压压裂裂液液现现场场施施工工表表明明，，其其摩摩阻阻仅仅相相当当于清水摩阻的于清水摩阻的49.6%49.6%，该压裂液的摩阻很低该压裂液的摩阻很低 　　压压后后4 4小小时时后后开开始始排排液液，，取取样样分分析析，，破破胶胶液液粘粘度度3.53.5mP.SmP.S，，pHpH值值为为7.07.0，，外外观观为为无无色色透透明明状状，，破破胶胶效果良好效果良好　　　　　　初初期期日日产产液液15 15 m3m3，，日日产产油油12.712.7t t，，日日产产气气2280 2280 m3m3。

一一直直稳稳产产6-12.36-12.3t/dt/d之之间间，，平平均均日日产产油油8.38.3t/dt/d，， 含含 水水 10-20%10-20% 常常 规规 压压 裂裂 每每 方方 砂砂 增增 油油0.060.06t/dt/d，，清洁压裂液每方砂增油清洁压裂液每方砂增油0.830.83t/d(14t/d(14倍倍) ) 　　　　　　　　63    濮濮65-965-9井压裂液施工曲线井压裂液施工曲线如果按常规压裂施工，预计施工压力如果按常规压裂施工，预计施工压力40-55MPa40-55MPa，而采用清洁压裂液，纯，而采用清洁压裂液，纯胶液泵压为胶液泵压为30.5MPa30.5MPa，加砂压力，加砂压力28MPa28MPa，如果不除去孔眼摩阻，其摩阻仅，如果不除去孔眼摩阻，其摩阻仅相当于清水摩阻的相当于清水摩阻的49.6%49.6%，该压裂液的摩阻很低该压裂液的摩阻很低64图图5.65.6a a　　濮濮65-965-9压裂施工效果对比压裂施工效果对比 65 2.文文99-2井井  　　　　 文文9999块含油面积小，动用石油地质储量较低，块含油面积小，动用石油地质储量较低，仅为仅为127*10127*104 4t t。

该块油层主要分布在沙二下该块油层主要分布在沙二下4 4砂组，砂组，沙二下沙二下5 5砂组只在顶部一个油层，而且含油小层砂组只在顶部一个油层，而且含油小层厚度较小，平均单层厚度只有厚度较小，平均单层厚度只有1 1_2m_2m由于储层单由于储层单一，水淹十分严重，剩余油主要分布在构造高部一，水淹十分严重，剩余油主要分布在构造高部位，沿徐楼断层呈南北条带状分布，含油高度较位，沿徐楼断层呈南北条带状分布，含油高度较小，小，产量低产量低(0,5t/d)(0,5t/d)、改造难度大已进行的压、改造难度大已进行的压裂无效果裂无效果66®本次压裂层段本次压裂层段S2S2下下4 4，，3-5#3-5#层，层，2958.6—2969.62958.6—2969.6m,m,，，温温度度120120 c c，，已进行压裂无效果已进行压裂无效果本试验压裂液主剂本试验压裂液主剂0.3%0.3%，辅剂，辅剂0.03%0.03%总用液量总用液量135.2135.2m3m3，，破裂压力破裂压力59 59 MPaMPa，，加砂压力加砂压力39.339.3MPaMPa，，加粉陶加粉陶1.81.8m3m3，，中陶中陶1212m3m3约约1717吨，平均砂比吨，平均砂比26.4%26.4%。

加粉陶加粉陶1.81.8m3m3，，中陶中陶1212m3m3约约1717吨，吨，平均砂比平均砂比26.4%26.4% 　　　　　加粉陶　加粉陶1.81.8m3m3，，中陶中陶1212m3m3约约1717吨，平均砂比吨，平均砂比26.4%26.4% 　　　压后　　　压后4 4小时后开始排液，取样分析，破胶液粘度小时后开始排液，取样分析，破胶液粘度1.51.5mP.SmP.S，，pHpH值为值为7.07.0，外观为无色透明状，，外观为无色透明状，破胶效果破胶效果良好 压后下泵生产，初期日产液压后下泵生产，初期日产液11.5 11.5 m m3 3，，日产油日产油7.37.3t t( (压前日产油压前日产油0.50.5t)t)，，目前日产油量仍稳产在目前日产油量仍稳产在6 6t t左右，左右，含水含水10%10%67    文文79-2279-22井施工曲线井施工曲线68现场试验效果现场试验效果: :®1 1、现场施工正常、顺利、现场施工正常、顺利, ,无任何反常及无任何反常及困难发生困难发生, ,现有装备和技术对它完全适用现有装备和技术对它完全适用®2,2,摩阻明显低于常规胍胶压裂液摩阻明显低于常规胍胶压裂液®3,3,压后增产原油效果明显比常规胍胶压压后增产原油效果明显比常规胍胶压裂液好裂液好( (对原来压裂效果差的油层更为显对原来压裂效果差的油层更为显著著) )。

69结论：结论：1. 1. “结结构构流流体体流流变变学学” 及及“分分子子间间缔缔合合超超分分子子化化学学”理理论论及及其其最最新新成成果果的的综综合合应应用用可可以以建建立立起起新新型型清清洁洁压压裂裂液液新新的的作作用用原原理理以以它它为为根根据据可可以以设设计计、、研研制制一一系系列列不不同同的的新新型型压压裂裂液液它它们们不不需需交交联联就就完完全全可可以以满满足足压压裂裂液液携携带带能能力力的的要要求求，，从从而而为为能能满满足足各各类类地地层层要要求求及及各各种种压压裂裂施施工工需需要要的的各各种清洁压裂液的开发开辟了一条广阔的途径种清洁压裂液的开发开辟了一条广阔的途径2.2.现现场场试试验验证证明明这这类类型型压压裂裂液液可可以以在在不不改改变变原原有有压压裂裂装装备备及及工工艺艺的的情情况况下下就就能能收收到到良良好好的的施施工工效效果果和增产效果和增产效果703 3、这类清洁压裂液与常规胍胶压裂液相比，它、这类清洁压裂液与常规胍胶压裂液相比，它有更好的抗剪切稳定性、和降低流动阻力的能有更好的抗剪切稳定性、和降低流动阻力的能力更适用于深井及大型压裂更适用于深井及大型压裂。

4,4,而且由于结构流体本身的抗温、抗盐特性而且由于结构流体本身的抗温、抗盐特性, ,为为抗温、抗盐压裂液的研究提供一种新的途径抗温、抗盐压裂液的研究提供一种新的途径( (使其抗温、抗盐比现用压裂液更为容易使其抗温、抗盐比现用压裂液更为容易) )5,5,由于不需交联则使压裂液只需配制由于不需交联则使压裂液只需配制, ,而又不增而又不增加新的工艺加新的工艺, ,则大大简化了水基压裂液体系配则大大简化了水基压裂液体系配方及施工工艺技术方及施工工艺技术6,6,为大幅度降低清洁压裂液成本提供了可能为大幅度降低清洁压裂液成本提供了可能( (新新型清洁压裂液增稠剂用量不高、因为型清洁压裂液增稠剂用量不高、因为不交联不交联, ,也不需防腐则其组分比常规压裂液少也不需防腐则其组分比常规压裂液少) ) 71 综上所述综上所述, , 本项研究成果本项研究成果: :®为为各类各类水基压裂液的完全水基压裂液的完全“清洁化清洁化””提供了必要而可行的理论和实提供了必要而可行的理论和实验依据和降低成本的可能和降低成本的可能®并为解决压裂液技术现有的一些难题并为解决压裂液技术现有的一些难题: :比如深井比如深井, ,大型压裂及抗高温、大型压裂及抗高温、加重压裂液加重压裂液…………等提供了新的技术路线。

等提供了新的技术路线®减少组分减少组分, ,简化配制工艺简化配制工艺, ,降低成本降低成本®因此因此, ,这类新型清洁压裂液不仅完全具有压裂液应有的品质这类新型清洁压裂液不仅完全具有压裂液应有的品质; ; 而且具有而且具有““清洁清洁””的特殊优点的特殊优点; ; 同时还具有解决现有压裂液体系众多技术难题的能力同时还具有解决现有压裂液体系众多技术难题的能力 因此也改变了压裂液材料和技术的发展方向这种改变为更有因此也改变了压裂液材料和技术的发展方向这种改变为更有利于压裂技术的发展提供了一种可能利于压裂技术的发展提供了一种可能72谢 谢!73。