壓裂液是指由多種添加劑按一定配比形成的非均質不穩定的化學體系，是對油氣層進行壓裂改造時使用的工作液，它的主要作用是將地面設備形成的高壓傳遞到地層中，使地層破裂形成裂縫並沿裂縫輸送支撐劑。
基本介紹
- 中文名：壓裂液
- 外文名：Fracturing fluid
- 性能：濾失小、摩阻低等
- 分類：兩種類型
- 學科：石油工程
- 原理：液體傳壓
原理,分類,性能,
原理
油層水力壓裂的過程是在地面採用高壓大排量的泵，利用液體傳壓的原理，將具有一定粘度的液體（通常稱之為壓裂液），以大於油層的吸收能力的壓力向油層注入，並使井筒內壓力逐漸升高，從而在井底憋起高壓，當此壓力大於井壁附近的地應力和地層岩石的抗張強度時，便在井底附近地層產生裂縫：繼續注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸並填以支撐劑，關井後裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地層內形成具有一定幾何尺寸和高導流能力的填砂裂縫，是井達到增產增注的目的。常用的支撐劑有石英砂，陶粒等。
分類
1、按施工過程壓裂液的作用劃分
壓裂液是一個總稱，由於在壓裂過程中，注入井內的壓裂液在不同的階段有各自的作用，所以可以分為：
(1) 前置液： 其作用是破裂地層並造成一定幾何尺寸的裂縫，同時還起到一定的降溫作用。為提高其工作效率，特別是對高滲透層，前置液中需加入降濾失劑，加細砂或粉陶 ( 粒徑 100~320 目，砂比 10% 左右 ) 或 5% 柴油，堵塞地層中的微小縫隙，減少液體的濾失。
(2) 攜砂液： 它起到將支撐劑 ( 一般是陶粒或石英砂 ) 帶入裂縫中並將砂子放在預定位置上的作用。在壓裂液的總量中，這部分占的比例很大。攜砂液和其它壓裂液一樣，都有造縫及冷卻地層的作用。
(3) 頂替液： 其作用是將井筒中的攜砂液全部替入到裂縫中。
2、按物理、化學性能劃分
壓裂液按其物理、化學性能可分為油基、水基和混合基三種類型。目前國內常用的壓裂液為水基壓裂液( 由槐樹豆粉、田菁粉以及決明子等配製而成) , 也有的採用油水乳狀壓裂液。
（1）水基壓裂液
水基壓裂液是以水作溶劑或分散介質，向其中加入稠化劑、添加劑配製而成的。主要採用三種水溶性聚合物作為稠化劑，即植物膠(瓜膠、田菁、魔芋等)、纖維素衍生物及合成聚合物。這幾種高分子聚合物在水中溶脹成溶膠，交聯後形成粘度極高的凍膠。具有粘度高、懸砂能力強、濾失低、摩阻低等優點。目前國內外使用的水基壓裂液分以下幾種類型：天然植物膠壓裂液,包含如瓜膠及其衍生物羥丙基瓜膠，羥丙基羧甲基瓜膠，延遲水化羥丙基瓜膠；多糖類有半乳甘露糖膠，如田箐及其衍生物，甘露聚葡萄糖膠；纖維素壓裂液,包含如羧甲基纖維素，羥乙基纖維素，羧甲基—羥乙基纖維素等；合成聚合物壓裂液,包含如聚丙烯醯胺、部分水解聚丙烯醯胺、甲叉基聚丙烯醯胺及其共聚物。
（2）油基壓裂液
油基壓裂液是以油為溶劑或分散介質，加入各種添加劑形成的壓裂液，當前較通用的是鋁磷酸酯與鹼的反應物，將有機脂肪酸醇與無機非金屬氧化物五氧化二磷生成的磷酸酯均勻混入基油中，用鋁酸鈉進行交聯，可形成磷酸酯鋁鹽的網狀結構，使油成為油凍膠。鋁磷酸酯鹽凍膠改善了原油的稠化，並提高了溫度穩定性。
90年代初，進一步完善了油基壓裂液體系，以原油為介質，磷酸酯為稠化劑，鋁酸鹽為交聯劑，醋酸鹽為破膠劑，並通過兩次交聯過程，實現了現場施工的連續混配，縮短了交聯時間，最佳化用量，改變流變性能，耐溫能力達120～130℃，實現了高砂比施工。
油基壓裂液具有以下特點 ：
①容易引起火災；
②易使作業人員、設備及場地受到油污；
③基油成本高；
④溶於油中的添加劑選擇範圍小，成本高，改性效果不如水基液；
⑤油的粘度高於水，摩阻比水大；
⑥油的濾失量大；
⑦油的相對密度小，液柱壓力低，有利於低壓油層壓裂後的液體返排，但需提高泵注壓力；
⑧油與地層岩石及流體相容性好，基本上不會造成水堵，乳堵和粘土膨脹與遷移而產生的地層滲透率降低。
油基壓裂液適用於低壓、強水敏地層，在壓裂作業中所占比重較低。
性能
根據不同的設計工藝要求及壓裂的不同階段，壓裂液在一次施工中可使用一種液體，其中含有不同的添加劑。對於占總液量絕大多數的前置液及攜砂液，都應具備一定的造縫力並使壓裂後的裂縫壁面及填砂裂縫有足夠的導流能力。這樣它們必須具備如下性能：
① 濾失小。這是造長縫、寬縫的重要性能。壓裂液的濾失性，主要取決於它的粘度，地層流體性質與壓裂液的造壁性，粘度高則濾失小。在壓裂液中添加降濾失劑能改善造壁性大大，減少濾失量。在壓裂施工時，要求前置液、攜砂液的綜合濾失係數≤ 1 × 10-3 m/min 1/2 。
② 懸砂能力強。壓裂液的懸砂能力主要取決於其粘度。壓裂液只要有較高的粘度，砂子即可懸浮於其中，這對砂子在縫中的分布是非常有利的。但粘度不能太高，如果壓裂液的粘度過高，則裂縫的高度大，不利於產生寬而長的裂縫。一般認為壓裂液的粘度為 50~150mPa·s 較合適。由表可見液體粘度大小直接影響砂子的沉降速度。
粘度 | 1.0 | 16.5 | 54.0 | 87.0 | 150 |
砂沉降速度 | 4.00 | 0.56 | 0.27. | 0.08 | 0.04 |
③ 摩阻低。壓裂液在管道中的摩阻越大，則用來造縫的有效水馬力就越小。摩阻過高，將會大大提高井口壓力，降低施工排量，甚至造成施工失敗。
④ 穩定性好。壓裂液穩定性包括熱穩定性和剪下穩定性。即壓裂液在溫度升高、機械剪下下粘度不發生大幅度降低，這對施工成敗起關鍵性作用。
⑤ 配伍性好，壓裂液進入地層後與各種岩石礦物及流體相接觸，不應產生不利於油氣滲濾的物理、化學反應，即不引起地層水敏及產生顆粒沉澱。這些要求是非常重要的，往往有些井壓裂後無效果就是由於配伍性不好造成的。
⑥ 低殘渣。要儘量降低壓裂液中的水不溶物含量和返排前的破膠能力，減少其對岩石孔隙及填砂裂縫的堵塞，增大油氣導流能力。
⑦ 易返排。裂縫一旦閉合，壓裂液返排越快、越徹底，對油氣層損害越小。 ⑧ 貨源廣，便於配製，價格便宜。
