水力壓裂技術發(fā)展及展望

1、報告題目：水力壓裂技術近期發(fā)展及展望目錄1、 弓舌-2-2、 發(fā)展及簡介-2-2.1 發(fā)展歷程-2-2.2 原理簡介-2-三近期進展-3-3.1 植物膠及其衍生物-3-3.2 纖維素及其衍生物-3-3.2.1 /甲基纖維素鈉（CMC）-4-3.2.2 改性裝甲基纖維素（CMPC）-4-3.2.3 羥乙基纖維素（HEC）-4-3.2.4 裝甲基羥丙基纖維素觸（CMHPC）-4-3.3 合成聚合物-5-3.3.1 丙烯酰胺類-5-3.3.2 丙烯酸酯類-5-3.3.3 有機磷酸鹽類-5-四、發(fā)展展望.-6-水力壓裂技術近期發(fā)展及展望一、引言經過50多年的發(fā)展，水力壓裂技術從理論研究到現場實踐都取得

2、了驚人的發(fā)展,不但成為油氣藏的增產增注手段，也成為評價認識儲層的重要方法壓裂液是油氣田壓裂增產過程中的重要組成部分。壓裂液按類型分類主要有：水基壓裂液、油基壓裂液、乳狀壓裂液、泡沫壓裂液和酸基壓裂液等體系。其中最常用的是水基壓裂液。由于其具有高粘度、低摩阻、懸砂性好、對地層傷害小等優(yōu)點，因此發(fā)展很快，已成為主要壓裂液類型。本文從壓裂液的不同類型概述了水力壓裂技術的近期發(fā)展。1、發(fā)展及簡介2.1 發(fā)展歷程1947年在美國進行了首次水力壓裂增產作業(yè)，由于增產效果十分顯著，因此對壓裂藝技術的研究和應用受到普遍重視。五、六十年代，壓裂主要作為單井的增產、增注措施，以追求單井增產增注效果為目標，沒有考慮

3、實施壓裂措施后，對油田開采動態(tài)和開發(fā)效果的影響。七十年代，進入低滲透油田的助探開發(fā)領域，由于壓裂技術的應用，大大增加了油氣的可采儲量，使本來沒有工業(yè)開采價值的低滲透油氣藏，成為具有相當工業(yè)儲量和開發(fā)規(guī)模的大油氣田。八十年代，水力壓裂已不再僅僅被孤立地作為單井的增產、增注措施來考慮，而是與油藏工程緊密結合起來，用于調整層間矛盾（調整產液剖面）、改善驅油效率,成為提高動用儲量、原油采收率和油田開發(fā)效益的有力技術措施九十年代以后，水力壓裂逐漸成為決定低滲透油田開發(fā)方案的主導因素。在研究制定低滲透油田開發(fā)方案時，按水力裂縫處于有利方位確定并排方位；通過研究分析不同并網、布井密度及裂縫匹配對各項開發(fā)指標

4、的影響，以提局油田整體開發(fā)效果和經濟效益為目標，確定井網類型、布井密度和壓裂施工規(guī)模，使水力壓裂與油藏工程結合的更加緊密，使低滲透油田的高效開發(fā)成為可能。2.2 原理簡介水力壓裂是油氣井增產、水井增注的一項重要技術措施。當地面高壓泵組將高粘液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起超過井壁附近地應力及巖石抗張強度的壓力后，即在地層中形成裂縫。隨著帶有支撐劑的液體注入裂縫中，裂縫逐漸向前延伸。這樣在地層中形成了足夠長度一定寬度及高度的填砂裂縫。由于它具有很高的滲濾能力，使油氣能夠通暢流入井中，起到增產增注的作用。三、近期進展本節(jié)將分別從植物膠及其衍生物、纖維素及其衍生物和合成聚合物

5、共三種壓裂液類型敘述其近期發(fā)展。3.1 植物膠及其衍生物聚合物壓裂液中常用到植物膠2-4，主要包括呱膠、田菁膠、香豆膠和魔芋膠。以下將主要介紹以呱膠為增稠劑的壓裂液發(fā)展。呱膠最早由美國在20世紀60年代開發(fā)應用，40多年來國內外學者對肌膠開展了廣泛深人的研究，開發(fā)了很多適合交聯的四基團金屬離子交聯劑。幾十年來呱膠壓裂液一直在提高油氣井采收率方面發(fā)揮著重要作用。我國對呱膠的需求量一直很大，大部分依賴進口。服膠是一種半乳甘露聚糖，大分子呈線形結構，具有良好的水溶性和pH穩(wěn)定性O采用觸化的方法向呱膠大分子引入水溶性基團，可獲得多種改性衍生物品種，如羥丙基呱膠、裝甲基呱膠、羥丁基呱膠、裝甲基羥丙基呱膠

6、、陽離子呱膠等。伍林等研究了采用氯化鈉、澳化鈉作為加重材料，鹽含量對超高溫壓裂液體系粘度、密度及高溫流變性能的影響，發(fā)現使用NaCI、NaBr等鹽類作為加重材料，不會對超高溫壓裂液體系的粘度造成負面影響，可以提高超高溫壓裂液的密度，且隨鹽含量增加，超高溫壓裂液體系的粘度會逐漸上升。陳馥等針對常規(guī)高pH值改性瓜膠壓裂液對儲層傷害大的問題，分析了改性瓜膠在不同pH值條件下的交聯行為，研制出了一種在低pH值下交聯的改性瓜膠壓裂液。結果表明，弱酸性改性瓜膠交聯體系在pH值為4.5時交聯形成的凍膠具有更強的網狀結構，減小了經濾失進入儲層的固相顆粒和殘膠，對儲層裂縫和其他油氣滲流通道影響較小。劉合等為了滿

7、足大慶油田低滲透儲層壓裂增產改造的需要，開發(fā)了一種商業(yè)名為苦勞膠的新型半乳甘露聚糖低損害植物膠壓裂液。室內實驗和現場應用結果表明，新型低損害植物膠壓裂液具有聚合物濃度低、破膠液殘渣含量少、對地層和裂縫導流能力損害低、成本低、增產效果顯著等諸多優(yōu)點。新型壓裂液中高分子聚合物的分子量和化學結構與羥丙基瓜爾膠不同因而其性能有明顯優(yōu)勢。3.2 纖維素及其衍生物纖維素衍生物包括竣甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、竣甲基輕丙基纖維素等，其開發(fā)應用已有幾十年的歷史口01，水不溶殘渣含量明顯低于植物膠衍生物。在各種衍生物中，性能較好的是裝甲基輕乙基纖維素，它與裝甲基纖維素、羥乙基纖維素相比，兼具兩者的優(yōu)

8、點，其壓裂液懸砂性好、濾失低、殘渣少和熱穩(wěn)定性好。國內還曾報道裝甲基疏水改性的羥乙基纖維素，其使用性能進一步提高，但生產成本也在增加。3.2.1 竣甲基纖維素鈉(CMC)CM牖以精制棉為原料，在氫氧化鈉和氯乙酸的作用下生成的一種纖維素觸，屬陰離子型表面活性劑。CMCR容于酸和有機溶劑，易溶于水。CMCf增稠劑，具有較強的懸浮作用和穩(wěn)定的乳化作用、及良好的粘結性和抗鹽能力，對油和有機溶劑穩(wěn)定性好，但耐酸、堿性較差。CMCE裂液曾在大港、玉門等油田使用，壓裂效果較好，但對地層傷害較大。3.2.2 改性段甲基纖維素(CMPC)CMPO由CMCM次觸化制得的，含有離子型和非離子型兩種基團，離子型基團一

9、CHOCHCOONatCMPCT溶于水，并具有一定的抗鹽增稠能力,顯示離子型纖維素的性質。非離子型基團一(CHO)C(OH)CHb的羥基，其活性遠高于纖維素葡萄糖單元上的羥基，可與高價金屬結合并產生交聯。止匕外，該羥基與水形成的氫鍵也較穩(wěn)定。因此，與CMC1比，CMPC1易溶于水，增稠效果也更好。3.2.3 羥乙基纖維素(HEC)HEB非離子型水溶性聚合物，自20世紀70年代起，我國開始了氣相法工藝制HEC勺研究,80年代中期又進行了液相法工藝研究。隨著人們對纖維素觸認識的不斷提高和HECS各領域中的應用不斷擴大，HEC勺用量大幅度增長口21。HECE壓裂液中作增稠劑時，可改造滲透率低的油層，

10、解決各油層因滲透率差別所造成的層間矛盾，并可用于堵塞、封閉油井的壓裂改造。與裝甲基纖維素鈉、瓜爾膠等相比，HECM有增稠效果較好、耐熱性較好、低溫易返排等特點。3.2.4 竣甲基羥丙基纖維素醛(CMHPC)CMHPCI于陰離子纖維素觸類，是同時含有陰離子和非離子取代基的一類纖維素復觸。與僅含一個取代基的單觸相比，它在與金屬離子的交聯反應及交聯產物的性能上都有獨特的優(yōu)越性。CMHPC溶液適用的交聯質量分數為0.4%,所成凝膠在較高溫度下能保持較高黏度。因此，金屬離子Cr3+交聯的CMHPC基凍膠作為油田水基壓裂液有一定應用前景。纖維素衍生物普遍存在對鹽敏感、熱穩(wěn)定性差、增稠能力不夠強等缺點，不如

11、植物膠類應用廣泛。纖維素衍生物殘留在地層中，將會造成近井地帶的污染,阻塞壓裂裂縫，降低裂縫的導流能力。近年來，隨著新型壓裂液的成功應用，作為壓裂液增稠劑，纖維素衍生物已經逐漸被淘汰口4，3.3 合成聚合物通常用于水基壓裂液的聚合物有聚丙烯酰胺（PAM卜部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）丙烯酰胺一丙烯酸共聚物、甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）羥甲基甲叉基聚丙烯酰胺或者是丙烯酰胺-甲叉基二丙烯酰胺共聚物等。PAMHPAMT作為水基壓裂液的增稠劑和減阻劑。這種壓裂液除具有一般天然植物膠壓裂液粘度高、摩阻小、攜砂能力強等優(yōu)點外，還具有較好的熱穩(wěn)定性、剪切安定性和無殘渣及對地層傷害小等優(yōu)點。徐曉峰口5等研究了一

12、種低溫破膠體系一一HPAM/C3+凍膠壓裂液，該壓裂液具有增粘能力強、攜砂性好、摩阻低、凍膠水化破膠后殘渣少等優(yōu)點。但在低溫條件下，聚丙烯酰胺可控制性降解比較困難，限制了在油田上的應用?？疾炝似颇z劑的低溫破膠性能；研究了影響該壓裂液的低溫破膠性能的影響因素；提出了用于低溫地層的破膠體系配方。該體系可在低溫（30C）下破膠。3.3.1 丙烯酰胺類用于壓裂液的聚丙烯酰胺類產品與有機鈦、鎬等金屬交聯劑反應形成的凍膠壓裂液具有粘彈性好、對地層傷害低的特點，近年來在部分油田獲得應用，如丙烯醐胺和2一丙烯醐胺一2一甲基丙烷磺酸（AMPS）I勺共聚物可適用于77C以上地層壓裂，丙烯醐胺、2丙烯醐胺一2一甲基

13、丙烷磺酸鹽和甲基丙烯醐胺基丙基二甲基二羥丙基磺酸胺（MAPDMDHPAS）：聚物可適用于204C以下的地層壓裂。近年來有專利報道制備出新的丙烯酸胺類增稠劑"171該增稠劑主要由一種或多種水溶性不飽和帶烯鏈的單體與一種兩親性單體共聚而成，具有極好的水溶性、增稠性和抗鹽性。3.3.2 丙烯酸酯類中科院廣州化學研究所最新研制出一種丙烯酸酷類增稠劑，它由單體在引發(fā)齊U、乳化劑下合成，合成過程在超臨界CQ中進行，產品增稠能力強，具有良好的使用性能，o3.3.3 有機磷酸鹽類該類增稠劑主要是煌基壓裂液加人一定量的有機磷酸鹽、鐵鹽或其他表面活性劑配制而成電，更多用于油基壓裂，在水基壓裂施工中有一定

14、應用，但不廣泛表1四種水基壓裂液性能對比性能P植揚膠及其他1生粉小纖維素炭算幫1生腸p聚丙埔哉胺類擁相對分子#20-3520-30*100-800*>用i%-0.47血0.476,0.49&摩虹£小中大Q最小左TiZrCrAl等禺子卓AlCrCuTi等離子*AlCrFe等離子"好"好"差j時溫性好*好霍較好q戎凄、0.5一3八配伍性“萬企、酸配伍"礦化度<3000m&L與鹽不配伍我小Q較小"大衛(wèi)使用溫度心30-150人35-150.60-150人四、發(fā)展展望根據目前對水基壓裂液研究和應用的情況以及水力壓裂技術的發(fā)展實際，從油藏可持續(xù)開采