压裂液配制的质量控制及应用

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1、2014 年 第 12 期化学工程与装备2014 年 12 月Chemical Engineering & Equipment153压裂液配制的质量控制及应用呼延源（延长石油股份有限公司井下作业工程公司压裂大队，陕西 延安 716000）摘 要：在压裂过程中注入的液体统称为压裂液，压裂液基本性能决定了压裂施工的成功与否，而压裂液 基本性能的保证除了要有品质优良的胍胶和各类添加剂外，首先要保证的就是配液现场在各个配制环节上 的质量控制。关键词：压裂施工；压裂液；质量控制1 压裂液概述压裂液是压裂工艺技术的一个重要组成部分。其主要功 能是造缝并沿张开的裂缝输送支撑剂，因此液体的粘性至关 重要。然而

2、，成功的压裂作业还要求液体具备其他的特殊性 能，除在裂缝中具有要求的粘度外，还要能够破胶，作业后 能够迅速返排，能够很好地控制液体滤失，泵送期间摩阻较 低，同时还要经济可行。1.1 压裂液的作用 在压裂过程中注入的液体统称为压裂液，它的作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝，以便后面的携砂液进入 在温度较高的地层，它还可起一定的降温作用。并将井筒中 全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液的效率和防止井筒沉 砂。根据压裂过程中注入井内的压裂液在不同施工阶段所起 的作用不同，可把压裂液分为前置液、携砂液、顶替液三种。 1.2 对压裂液的性能要求根据压裂不同阶段对液体性能的要求，压裂液在一次施 工中可能

3、使用一种以上性能不同的液体，其中还加有不同使 用目的的添加剂。对于占总液量绝大多数的前置液及携砂 液，都应具备一定的造缝能力并使裂缝壁面及填砂裂缝有足 够的导流能力。所以，为了获得很好的水力压裂效果，对压 裂液的性能要求是：（1）滤失少。这是造长缝、宽缝的重要条件，压裂液 的虑失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则虑失少； 在压裂液中添加防滤失剂，能改善造壁性，大大减少滤失量。（2）悬砂能力强。压裂液的悬砂能力主要取决于粘度， 压裂液只要有较高的粘度，支撑剂（常用陶粒或砂粒）即可 悬浮于其中，这对于支撑剂在缝中的分布是非常有利的。（3）摩阻低。压裂液在管道中的摩阻越小，则在设备 功率一定的条

4、件下，用于造缝的有效功率也就越大。摩阻过高会导致井口施工压力过高，从而降低排量甚至限制压裂施 工。（4）稳定性好。压裂液应具备稳定性，不能由于温度 的升高而使粘度有较大的降低。液体还应用抗机械剪切的稳 定性，不会因流速的增加而发生大幅度的降解。（5）配伍性好。压裂液进入油层后与各种岩石矿物及 流体相接触，不应产生不利于油气渗流的物理和化学反应。（6）低残渣。要尽量降低压裂液中水不溶物的数量， 以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率。（7）易于返排。施工结束后大部分注入液体应能返排 出井外，以减少压裂液的损害，排液越完全，增产效果越好。（8）货源广、便于配制、价钱便宜。 1.3 压裂液类型目前常用的压

5、裂液有水基压裂液、酸基压裂液、油基压 裂液、乳状及泡沫压裂液等。20 世纪 50 年代初期多使用原 油、清水作压裂液，近十几年来发展了水基冻胶压裂液，它 具有粘度高、磨阻低及携砂能力好等优点，已成为矿场主要 使用的压裂液。2 压裂液质量对压裂施工的重要性： 影响压裂施工是否成功的因素是多方面的，但是压裂液性能的好坏对压裂施工起到的作用是至关重要的，甚至可 说是决定性的。它直接影响着施工泵压的高低、加砂过程的 平稳性、造出的裂缝的几何尺寸、支撑剂在裂缝中的铺置、 压后返排、压后吐砂情况乃至油井改造后长期的增产、注水 井的长期增注等等，它都起到了决定性的作用。（1）压裂液性能的好坏决定着压裂液在管

6、道、喷嘴及 压裂产生的裂缝内的摩阻，而摩阻大，施工所需设备的性能 要求和施工泵压就越高，反之对设备功率的要求则越低，施 工泵压也越低。就越有利于施工。154呼延源：压裂液配制的质量控制及应用（2）随着压裂液性能的提升，压裂液的悬砂性就随之 提高那么在加砂过程中就不会在管柱和裂缝中形成砂桥和 局部的脱砂情况。从而提高了加砂过程的平稳性。（3）压裂液担负着造缝、输送支撑剂的任务，而这些 都与压裂液的粘度和滤失性能有关，好的压裂液由于它具有 较高的粘度和较小的滤失性，能大大的提高压裂液的造缝效 率，能造出更长更宽的裂缝，并能在裂缝中均匀的铺置支撑 剂。不会因压裂液在地层中大量的滤失而降低效率和产生脱

7、 砂、就能使得施工过程平稳顺畅，从而达到提高施工成功率 的目的。（4）压裂液性能还掌控着压后返排及压后井底出砂的 情况。压裂液即担负着造缝和携砂的任务，但同时，它是由 固体颗粒经过液体溶解后形成的一种高粘的混合液，所以它 的大量进入地层也会在油层孔喉形成堵塞对地层产生污染 伤害。如果施工结束后压裂液不能及时水化破胶，不能彻底 的返排必将对油井增产、注水井增注造成很大的负面影响。综上所述压裂液质量就决定了压裂施工的成败，甚至关 系到油气井增产、水井增注。3 现场配液质量的控制 要做到对现场配液质量的控制，首先要对液体配制前的前期工作加以控制，即在源头上对配液质量加以提升。然后 在整个的配制过程中

8、精化、细化、量化操作，便能在各个环节对配液质量加以提高。 3.1 配液前：（1）首先是对水源的要求，水源要求无色无味，不能 有机械杂质和漂浮物，PH 值接近与 7.并且地理位置要便于 取水配液。（2）配液前要将每一具液罐精确测量，计算出每一具 液罐的容积。彻底清洗液罐直至进出口出水一致，清洗工作 要在每天施工结束后进行一次。并在罐体做明确标识不能混 用。（3）配制各种量具，由于现场使用的各种添加剂是严 格按照压裂液配方配制，所以在配制过程中它们的使用量就 可能在 1kg 以下，使用的液罐也有不是同一容积的情况，为 了精确测量各种添加剂的用量和液罐内用水的量，配液现场 必须配备和制作添加剂量具，

9、液罐进量尺，电子称等量具。 3.2 配液过程中的质量控制：（1）用液位尺精确测量每一具液罐的进水量，计算出 该罐液体所对应的胍胶配量和添加剂的配量，并且在加入添 加剂时要用量桶配合电子称精确的加入各类添加剂。（2）由于压裂液为各类化工料配制的混合液，并且它 们的化学性质各有不同，特别是助排剂在配制过程中会形成 大量的气泡。所以在配制过程中要严格按照进料的顺序进 行。进料顺序表打水杀菌剂胍胶黏土稳定破乳剂引发剂助排剂（3）进料速度控制。进料时间过快，就会在液体中形 成一种外层润湿内部包了一层干粉块状的俗称“鱼眼”的悬 浮物。由于“鱼眼”的外层已经充分吸水，所以它所形成的 结构几乎不能被打破。而“

10、鱼眼”的形成会大大降低压裂液 的粘度，导致液体性能下降。为了消除配液中形成的“鱼眼”， 必须严格控制进料时间。每袋胍胶的进料时间不能小于 3 分钟。3.3 配液完成后：（1）由于胍胶粉充分溶胀有一定的时间性，所以当压 裂液配制所需的所有化工料及各类添加剂都配制完成后，必 须严格按操作规程对配好的压裂液进行打循环使其得以充分的溶解，时间不能少于 25 分钟。（2）当以上工序都已完成，要分别对配好的液体进行 上层和下层的小样试验，以确定配好的液体具备良好的性 能。如发现问题及时调整。4 现场应用2011年5 月份压裂大队在直罗油区共施工 17 井次，成 功率 76% 通过以上各环节的质量控制后从

11、6 月份至 7 月份 共施工 50 井次，压裂成功率达到了 90%，8 月份共施工 35 井次成功率达到了 100%。9 月份共施工 20 井次成功率达到 了 100%。呼延源：压裂液配制的质量控制及应用1556050504540353530系列12017202013104576%90%0100%0100%05月份67月份8月份9月份施工情况统计表：总井次成功井次失败井次成功率总井次成功井次失败井次成功率总井次成功井次失败井次成功率总井次成功井次失败井次成功率直罗油区部分压裂液配方：长 8 压裂液清水+0.38%胍胶+0.3%助排剂+0.3%黏土稳 定剂+0.1%杀菌剂+0.1%破乳剂+0.0

12、5%引发剂交联剂 清水+0.4%硼砂+0.4%过硫酸铵长 10 清水+0.38%胍胶+0.3%助排剂+0.3%黏土稳定剂+0.1%杀菌剂+0.1%破乳剂 清水+0.4%硼砂+0.3%过硫酸氨长 2 清水+0.38%胍胶+0.3%助排剂+0.3%黏土稳定剂+0.1%杀菌剂+0.1%破乳剂+0.08%活化剂 清水+0.4%硼砂+0.4%过硫酸铵5 结 论 压裂施工的成败首先取决于压裂液的性能是否达标，并且压裂液基本性能还掌控着压后效果，压后返排、施工过程 的平稳性等。而压裂液基本性能的保证除了要有品质优良的 胍胶和各类添加剂外，首先要保证的就是配液现场在各个配 制环节上的质量控制。要做到用量数量化，即量出每具液罐 容量并按设计书算出确切的化工料用量、配制精细化，即严 格按照配制要求不能过快进料、程序标准化，即严格按照进 料顺序配制。通过以上各环节的控制，压裂液配制质量就能 得到大幅度的提高。