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  压裂液的作用及性能要求
   
 

压裂液在水力压裂工作中起着重要的作用,压裂液的好坏是关系到压裂施工的成败和影响施工后增产效果的一个重要因素。自从压裂工艺第一次成功地在现场上应用以来,现场施工中使用的压裂液种类很多,最初是以原油、成品油等油基压裂液为主,后来由于在实践中人们逐步认识到水基压裂液的优点,水基压裂液开始在施工中得到广泛的应用,日前正经历从以油基压裂液为主逐步过渡到以水基压裂液为主的阶段。近几年来,我国广大石油工人和工程技术人员遵照毛主席关于“独立自主、自力更生”的教导,把冲天的革命干劲和严格的科学态度结合起来,充分利用我国丰富的自然资源,大搞科学实验,对各种类型的压裂波都进行了广泛的研究和试验,仅配制水基压裂液用的植物胶就实验了几十种,目前,很多种水基凝胶压裂液在现场应用都获得了成功,为我国石油工业做出了贡献。
为了使广大压裂工人对压裂液有一个比较全面出了解,我们将分别介绍压裂液在压裂施工中的作用,压裂施工对压裂液性能的要求,压裂液的种类、配制方法、现场施工工艺以及如何根据油层特点选择合适的压裂液。
一、压裂液的作用与增产效果的关系在压裂施工过程中,向井内(油层)挤入的全部液体总称压裂液。
压裂液的主要作用是在施工中将地面设备所形成的高压传递到地下油层中去,使地层造成新的裂缝,撑开或扩大地层原有裂缝,同时把支撑剂带到裂缝中去。
压裂液在整个施工过程的不同阶段起着不同的作用,根据其作用的不同分别称为前置液、携砂液、硕替液。在压裂施工中,当循环、试压、试挤等工序完毕后,开始高压向油层注入压裂液,这部分液体起着劈裂油层,形成裂缝的作用?称为前置液,当从压力、排量、吸水指数等变化判断裂缝已经压开,开始加砂时,压裂液携带砂子进入裂缝中,这部分液体叫做携砂液,携砂液也起到扩展和延伸裂缝的作用。当加砂完毕后继续向井筒内注入压裂液以将井筒内的携砂液顶替到裂缝内,以免造成砂卡、砂堵等事故,这部分压裂液通常称为顶替液。
一般说来,在压裂施工中压开的裂缝越长、越宽,填入裂缝的支撑剂的数量越多,直径越大,压裂后的增产效果就越显著。而这几个指标的实现,除与压裂设备等因素有关外,都与使用压裂液的性质有直接关系,在一般情况下,压裂液的滤失量低,有助于延伸裂缝;压裂液粘度高,有利于压开宽裂缝,压裂液悬浮性能好就能提高混砂比,并且也能携带大直径砂粒。实践表明,选扦性能好的压裂液可以大大提高压裂施工效率,并且能获得显著的增产效果。
二、压裂液的性能要求
如上所述,压裂液是决定压裂的成败和效果好坏的重要因素,所以对压裂液的性能如滤失性能、悬浮性能、摩阻损失、稳定性及对地层渗透率影响等几方面,有一定的要求。
1.滤失性能
滤失性能是指压裂液渗透到地层内的能力。我们可以这样设想,在压裂施工过程中,如果采用根本不滤失的液体作压裂液,那么注入地层的全部液体都顺裂缝的延伸而移动,这样裂缝就可能延伸得很远;而用容易滤失于地层的液体作压裂液时,在延伸裂缝的过程中大量的液体在进入离井壁不远的地方就渗透到地层去了,裂缝就不可能伸展得很深。如欲压开和扩展裂缝时,所消耗的液体增多,且支撑剂被携入裂缝中不远就沉积下来,易在裂缝进口造成砂堵,滤失量太高,甚至可能压不开裂缝。因此,压裂液的滤失性能对压裂效果的影响是很大的。一般来说,液体的粘度越大,滤失量越低,对于有些液体,如在其中加入降滤失添加剂,使液体在进入裂缝时能够在岩层表面形成很薄的滤饼,即使压裂液粘度小,滤失量也不大。现场施工时,尽量选用滤失量较低的压裂液。
2.悬浮性能
压裂液的悬浮性能是指压裂液对于支撑剂(如石英砂)的悬浮能力。压裂液的悬浮性能可以用支撑剂在压裂液中的自由沉降速度来表示。压裂液的悬浮性能好,就能将支撑剂全部均匀地带入裂缝中,并能提高混砂比和携带较大直径的支撑剂,压裂液的悬浮性能差,支撑剂在压裂液中会很快下沉,以至不能全部进入裂缝而沉聚于井筒或井底造成砂堵、砂卡等事故,使施工不能顺利进行。压裂液的悬浮性能主要决定于液体的粘度、比重及在币安网交易市场或裂缝中的流速。一般说来,液体粘度高,悬浮性能好、液体比重大,悬浮能力强,压裂液在币安网交易市场或裂缝中流速大,携带支撑剂能力强,在压裂施工中,应尽量选择悬浮性能好的压裂液。
3.摩阻损失
液体沿管路流动时,由于液体质点之间的内摩擦力和液体与管壁之间的摩擦力而消耗一定的能量,称为摩阻损失。压裂施工时,地面设备泵压、液体静液柱压力,管路摩阻损失及地层破裂压力之间有如下关系:
(略)
由上式可以看出,当地层破裂压力一定时,压裂液的管路摩阻损失愈大,压开裂缝所必须的地面没备泵压愈高。摩阻损失过大,甚至会使压裂没备作用于井底的压力小于地层破裂压力,而使压裂失败。压裂液的摩阻损失小,就可以使地面压裂没备在泵压较低的情况下进行压裂施工,有利于延长压裂设备的使用寿命。因此,要求压裂液要有尽可能低的摩阻损失。在压裂施工中,摩阻损失大小与压裂掖的种类、粘度、添加剂等有关。在一般情况下,油基压裂液的粘度越大,摩阻损失越大。而水基压裂液的摩阻损失较小。水基凝胶压裂液虽然一般有较高的视粘度,但在高泵速的情况·F因不易形成紊流,摩阻并不高。在压裂液中加入某些添加剂可以降低管路摩阻损失。
4.对地层渗透率的影响
压裂液中含有的机械杂质及不溶物堵塞了岩层孔隙,或压裂液与地层中物质发生反应引起了粘土膨胀或乳化作用等,都会影响地层的渗透率,因此要求压裂液中伪机械杂质和不溶物含量越低越好,压裂液和地层中物质应不发生有害的物理及化学变化,压裂后易于从地层中排出,尽量减少压裂液对地层渗透串的影响。
5.稳定性
由于各种压裂液在现场使用时,配制方法不同,施工条件不同,压裂液可能受到温度、空气、细菌等多方面因素的影响,而使性能发生一些变化,尤其是当配制与施工时间间隔较长时,这个问题比较突出。例如有的水基疑胶压裂液受细消作用粘度会降低,甚至腐败变质不能交链,使压裂施工不能顺利进行。因此,要求压裂液在施工前和施工过程中要保持相对的稳定性。为防止水基凝胶压裂液变质,可根据情况加入适量防腐剂。有些压裂液的粘度受温度影响变化很大,因此,在一些高温井施工时,应选择粘温性能好的压裂液。在施工前和施工过程中压裂液性能应尽量保持稳定,但当压裂液进入地层后则应迅速解粘并容易从地层排出。
由以上介绍可以看出,一种理想的压裂液应具备滤失量低、悬浮性能好、摩阻损失小、对地层渗透率损害小及性能稳定等特点。随着石油工业的迅速发展,压裂施工的规模越来越大,压裂液的用量很大,因此压裂液还应具备货源充足、成本低廉、配制方便等特点,以满足大规模压裂施工的需要。

 
 
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