清洁压裂液的研究与应用进展.pdf

石油化工水力压裂技术在油田中的应用始于20世纪40年代，经过近70年的发展，已经逐步成为提高油气井产能和油藏采收率的重要增产措施之一。水基冻胶压裂液具有流变性相对较好、成本相对较低等优势特点，在影响压裂成败的诸多因素中，起着十分关键的作用，并且已经被当作主要的压裂液应用了很多年。但是，由于水基冻胶这一类压裂液的稠化剂通常是由聚丙烯酰胺及胍胶等成分组成的，虽然这类成分成胶质量相对较好，但其溶解分散性相对较差，所以，非常容易降低地层渗透率，从而造成二次伤害。一、清洁压裂液的组成清洁压裂液主要是由盐水和粘弹性表面活性剂组成，据相关研究表明，在配置粘弹性表面活性剂清洁压裂液时，可以应用多种类型的表面活性剂，例如，阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、良性离子型和非离子型表面活性剂等。就目前阶段而言，在清洁压裂液配制中，最常用的稠化剂就是季铵盐阳离子表面活性剂。在配制过程中，当所用盐的离子型与反离子型表面活性剂相互结合时，只用采取极少量的盐就可以形成网状结构或线形柔性棒状胶束，以此来充分满足清洁压裂液的配制需求。二、清洁压裂液的作用机理清洁压裂液中的表面活性剂分子，主要包括疏水基和亲水基，与此同时，在分子链条中，还包含有正负电荷。在纯水环境中，亲水基会完全伸入水相中，以此来形成被长链疏水基包裹的球状胶束。如果再加入反离子或者盐类，那么在一定程度上，就会使表面活性剂等，在水和胶束之间的电荷被屏蔽，从而造成胶束之间的相互缠绕，在相互作用力下，从而转变成柔性棒状的胶束。除此之外，在疏水基的作用下，当胶束之间产生相互缠绕的情况时，则会形成网络空间结构。1.粘弹性机理长链脂肪酸衍生物季铵盐阳离子表面活性剂是弹性表面活性剂的主要类型之一，当高于临界胶束浓度时，就会形成棒状胶束，而棒状胶束的形成，在一定程度上，也容易形成空间网络结构，从而便于携带更多的支撑剂。与此同时，也要注意当其接触到水或烃类后，会使得其粘弹性快速下降，从而不需要破胶剂就可以直接反排到地面。2.破胶机理由于清洁压裂液在盐溶液中的流动性相对较差，但在其他疏水性物质或者含有碳氧化合物中的流动性相对较高，所以，胶束一旦接触到烃类物质或者水时，会使棒状胶束处于带电的环境之中，从而导致其膨胀破裂，最终形成球状的胶束。而球状胶束的形成，在一定程度上，也会导致其粘弹性迅速下降，空间网络结构解体，从而使其完全溶解在水中，并与清水一起返回地面，如此更有利于避免裂缝堵塞的现象发生。与此同时，地层水也会稀释清洁压裂液，从而使其粘弹性直线下降。3.抗剪切机理由于粘弹性清洁压裂液中不含有任何高分子聚合物，其粘弹度是通过胶束与粘弹性表面活性剂的相互缠绕而形成的，所以在一定程度上，也使其拥有较强的抗剪切能力，这也是与传统的胍胶压裂液粘度形成的机理的不同之处。粘弹性表面活性剂胶束的形成及相互缠绕，通常是粘弹性活性剂分子与聚集体之间的行为，其表现为粘弹性清洁压裂液的表现粘度并不会随着时间的变化而变化，并且在经过高剪切后，其粘度体系还能得清洁压裂液的研究与应用进展陈敏牛庆富李姗姗广饶六合化工有限公司【摘要】随着我国社会经济不断发展，科技水平不断提升，人们的生活质量越来越高，对石油资源的需求量也越来越大。近几年，随着各种油田工程建设的兴起，对石油的开采也越来越频繁，为了有效提高油井储层的渗透率，通常情况下，都会采用压裂工艺。传统的压裂液，溶解能力相对较差，在一定程度上，十分容易造成储层裂缝的堵塞。因此，为有效解决这一问题，加大对清洁压裂液的研究力度与实际应用，是十分必要的。基于此，针对清洁压裂液的研究与应用进展，展开论述，希望可以对我国石油开采事业的发展起到一定的助推作用，仅供参考。【关键词】清洁压裂液；研究；应用与发展【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.01338石油化工到很好地恢复。4.携砂原理理想的压裂液通常具有在管流中降压小，充分携带支撑剂和在裂缝闭合中失去活性等性能特点，只有这样才可以在施工过后，充分实现流体的顺利反排，以此来避免产生残留物。通常情况下，聚合物压裂液是靠高粘度来悬浮输送支撑剂，同时也要注意，在高粘液体的使用过程中，往往会由于高缝等不利因素，从而对使用过程造成一定影响。据相关研究表明，由于粘弹性表面活性剂分子在盐水中，排列在一起会形成杆状胶束和棒状，所以粘弹性表面活性剂的压裂液体系并不是靠粘度携砂。并且当粘弹性表面活性剂的浓度达到一定临界浓度时，就会使胶束出现互相缠绕的情况，从而形成三维网格结构。5.“零伤害”机理在传统压裂液使用过程中，由于聚合物残渣以及未能破胶的压裂液，在一定程度上，会大幅降低支撑剂充填的裂缝导流能力，从而导致压裂施工效率相对较低，施工质量相对较差。因此，为了有效提高其产能，必须最大限度地提高裂缝的清洁程度，以此来充分提高压裂施工的效率及质量。三、清洁压裂液的研究现状与现场应用1.阳离子型清洁压裂液阳离子型清洁压裂液具有价格低廉、合成工艺成熟、易于成胶及耐高温性强等多种特点。所谓阳离子型清洁压裂液是指一种新型的耐高温清洁压裂液，此类压裂液可以在高达138的地层温度下使用，并且操作相对简单，容易上手，这在一定程度上，也大幅降低了操作费用，减少了清洗时间，更有利于进一步提升施工效率及质量，从而实现增产效果。2.阴离子型清洁压裂液阳离子型清洁压裂液最主要的特点是生物降解性能相对较差，并且其吸附会使储集层发生湿润并反转产生地层伤害。由于阴离子型清洁压裂液能够很好地弥补阳离子型清洁压裂液的缺点，所以，近几年也得到了广泛地使用。3.良性离子型和非离子型清洁压裂液良性离子型和非离子型清洁压裂液，最主要的特点是稳定性相对较高，并不会受到无机盐或者酸碱的影响，并且还具有无吸附、溶解性良好等独特性质。因此，近几年，也被广泛应用于清洁压裂液的配制中。与此同时，其还可以很好地降低滤失量，从而进一步提高反排率，降低对地层所造成的伤害，进而有效改善压裂效果。4.国内应用情况自清洁压裂液首次研发成功应用以来，在国内便掀起了很高的应用热潮。随后，在长庆油田、大庆油田、胜利油田及辽河油田等多个油田，都相继采用了清洁压裂液，对油气井进行压裂施工，在经过压裂施工后的油气井，增产效果要好于同区平均水平。并且压裂后产油量相对较高，压裂液返排相对较快，获得了相对较好的压裂效果。5.国外应用情况相较于国内而言，清洁压裂液的应用在国外更为广泛，已经成功超过了上万次的压裂施工，并且取得了相对较高的经济效益。通过合理使用清洁压裂液进行压裂施工，可以很好地避免对地层所造成的伤害，从而在一定程度上，大幅提高油井的产量，这也意味着清洁压裂液的性能远远要优于聚合物压裂液。与此同时，清洁压裂液不但具有对地层伤害较小、液体效率相对较高及滤失量相对较小等特点，其还可以有效降低施工成本，从而进一步提高经济效益。四、清洁压裂液的现有问题就目前阶段而言，虽然现有的清洁压裂液研究及应用已经取得了一定的效果，但是在实际应用过程中，也暴露出了诸多的问题，其主要体现在以下几个方面。1.清洁压裂液的现场应用存在诸多限制由于阳离子表面活性剂，非常容易与带有负电荷的岩石表面，发生吸附现象，从而在一定程度上，对地层造成严重的伤害。与此同时，由于其混有大量难以生物降解的阳离子硅胶液，当其反排至地面，也会在一定程度上，对周围环境造成严重的污染。而两性离子表面活性剂所形成的清洁压裂液的条件相对苛刻，且现场应用也相对烦琐。非离子表面活性剂只有在配制浓度很高的情况下，才能够形成具有很好携砂性能的清洁压裂液，但也会在一定程度上，大幅增加压裂成本。虽然双子表面活性剂可以在浓度相对较低的情况下配制出清洁压裂液，但是双子表面活性剂的配制工艺太过复杂，所以，并不适用于大规模的生产之中。以上的种种问题都表明了，清洁压裂液的现场应用仍然存在着诸多限制。2.特低渗低产油气藏中无法自动破胶通常而言，清洁压裂液都能够很好地实现自动破胶，但是，在现场实验过程中发现，部分特低渗低产油藏及气藏，在清洁压裂液的使用过程中，并没有实现很39石油化工好的使用效果。其主要原因是水或者油的产量相对较低，从而使清洁压裂液并不能够完全接触到水或者油，导致其无法彻底破胶，进而降低了压裂液的反排效率，影响了压裂的实际效果。3.清洁压裂液的耐温性有待提高虽然，清洁压裂液在中低温地层中得到了广泛的应用，并且取得了很好的增长效果。但是，相对于80以上的高温地层而言，清洁压裂液的应用报道相对较少，相关研究也仅限于实验室内合成，很少会转化为实际的工业化生产。而由于清洁压裂液在高温条件下，漏失量相对较大、粘度相对较低，所以一定程度上，不仅大幅增加压裂成本，还在施工过程埋下了诸多的安全隐患，从而使得施工质量及压裂效果都无法得到很好的保障，也限制了清洁压裂液在高温地层中的应用。4.高渗透率地层中的压裂效率不高由于在清洁压裂液体系中并不包含高分子聚合物，所以无法在地层表面形成降滤失的滤饼。在低渗透储层中，由于低渗透储层的自身渗透率相对较低、压力滤失量相对较小，所以对储层的伤害也微乎其微。但是，在高渗透储层中，由于高渗透储存自身的液体滤失量相对较大，所以也在一定程度上，非常容易造成储层伤害。5.缺乏微观结构及流变性能的机理研究相较于国内而言，国外对于清洁压裂液的研究起步时间要更早，研究工作更完善，其主要集中在描述清洁压裂液的静动态流变学特征、束胶形态转变条件及粘弹性产生机理等多方面。国内对于清洁压裂液的研究时间起步相对较晚，研究工作也相对不够完善，其主要集中在对清洁压裂液微观结构及油藏条件对压裂液流变性能的影响等方面，就目前阶段而言，我国取得的良好成果相对较少。五、清洁压裂液的未来发展趋势在清洁压裂液的实际应用过程中，其最大的特点就是性能相对较高、增产效果显著、对储层的伤害相对较低。在油田开发过程中，需要加大对清洁压裂液与经济环保之间联系的研究力度，以此来进一步挖掘清洁压裂液的潜力，从而扩大清洁压裂液的使用范围。1.研制开发高效、经济的清洁压裂液体系就目前阶段而言，在清洁压裂液的研制过程中，成本大约是传统压裂液的23倍，而伴随着温度升高，清洁压裂液的使用剂量也会增多，这在一定程度上也会大大增加清洁压裂液的配制成本。因此，在清洁压裂液的配制过程中，应充分结合我国当前油藏的实际情况，借鉴国外的先进技术，加大对耐高温清洁压裂液的研究力度，以此来进行针对性地开发，从而有效降低清洁压裂液的配制成本，促进清洁压裂液的大规模推广使用。2.解决在“三低”油气藏中清洁压裂液无法自动破胶问题针对于“三低”油气藏中清洁压裂液无法自动破胶的问题，应研制出特低渗低产油气藏专用的破胶剂，以此来扩大清洁压裂液的应用范围。3.改善高渗透地层中清洁压裂液的滤失量问题为有效解决高渗透地层中清洁压裂液的滤失量问题，可以通过合理利用粘弹性表面活性剂与疏水改性聚合物的协同作用，从而有效降低滤失量。六、结束语综上所述，本文针对清洁压裂液的组成、作用机制、研究现状与应用及现有的问题与未来发展趋势，进行简单分析，通过研制开发高效经济的清洁压裂液体系、解决“三低”油气藏中清洁压裂液无法自动破胶的问题、改善高渗透地层中清洁压裂液的滤失量问题，以此来充分满足当前压裂液的实际使用需求，降低清洁压裂液的配制成本，从而进一步提升压裂施工效率，提高施工效果，促进我国社会经济可持续发展。参考文献：1顾凯.清洁压裂液的应用研究进展J.化工设计通讯，2019，45(04):85.2严志虎，戴彩丽，赵明伟，冯海顺，高波，李明.清洁压裂液的研究与应用进展J.油田化学，2015，32(01):141-145+150.3方飞飞，唐善法，田磊，梁策，刘明书，黄嵘.国内清洁压裂液的研究与应用J.精细石油化工进展，2012，13(10):5-9.4刘明书，唐善法，方飞飞，黄蓉.粘弹性表面活性剂压裂液研究应用进展与展望J.石油化工应用，2012，31(09):1-4+7.5张磊.清洁压裂液研究进展及应用现状J.精细石油化工进展，2012，13(08):12-15.6苑光宇，侯吉瑞，罗焕，王少朋，张建忠，徐宏明.清洁压裂液的研究与应用现状及未来发展趋势J.日用化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