新型清潔壓裂液研究方向

東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院

新型清潔壓裂液研究方向

戴恩澤東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院

目前的研究結(jié)果表明，清潔壓裂液體系的低傷害、高效率、高經(jīng)濟(jì)性是壓裂液發(fā)展的主要方向。其中VES清潔壓裂液的研究相對(duì)比較成熟，但大規(guī)模應(yīng)用仍有困難。清潔泡沫壓裂液體系相對(duì)單一的清潔壓裂液體系具有一定的優(yōu)勢(shì)，可以通過(guò)加入無(wú)害化的氣體來(lái)減少化學(xué)藥劑的用量。在油氣田開采中生物技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，通過(guò)這種綠色環(huán)保技術(shù)可以從根本上解決開采過(guò)程中污染大、消耗高的技術(shù)難題。從油藏的可持續(xù)發(fā)展考慮，清潔壓裂液不但可以降低開采過(guò)程中對(duì)地層的傷害，保護(hù)儲(chǔ)層，而且還可以降低開采作業(yè)的成本。無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)層面還是從技術(shù)角度來(lái)看，對(duì)清潔壓裂液的研究都是十分必要的。

VES清潔壓裂液；清潔泡沫壓裂液；生物清潔壓裂液；低傷害；高效率

1 VES清潔壓裂液

1997年斯倫貝謝公司成功研制了VES壓裂液（通常稱為黏彈性表面活性劑壓裂液體系）。這種新型的壓裂液用黏彈性表面活性劑替代了高分子聚合物，該表面活性劑在鹽水中形成一種低黏的陽(yáng)離子凝膠液體。黏彈性表面活性劑產(chǎn)生的膠束可以構(gòu)成一種有助于低黏狀態(tài)支撐劑運(yùn)移的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以該公司又把它稱為清潔壓裂液。

根據(jù)VES壓裂液的模型，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)其進(jìn)行了探索性的改進(jìn)與嘗試。BJSERVICES公司發(fā)明了一種耐高溫的黏彈性表面活性劑壓裂液體系——ElastraFrac，體系形成的凝膠是由陰離子表面活性劑和鹽組成的各相異性聚集體，耐溫性好，最高可達(dá)121℃；Daniel Patrick Vollmer等人研制出一種非離子表面活性劑壓裂液體系，該體系對(duì)酸堿度敏感，當(dāng)pH值降低時(shí)，可以自動(dòng)破膠；國(guó)內(nèi)研究人員通過(guò)對(duì)表面活性劑進(jìn)行改性、合成，開發(fā)出了一系列低成本、高效率、耐溫性好的新型清潔壓裂液；賈振福等人提出了一種新型的雙子季銨鹽表面活性劑，這種體系具有良好的黏彈性、懸砂性能及低溫溶解性；陳馥等人開發(fā)了一種清潔壓裂液VES—J，并通過(guò)測(cè)定得出該體系具有較好的耐剪切能力和優(yōu)異的破膠能力，且破膠后無(wú)殘?jiān)桑瑢?duì)地層的傷害也很小。

通過(guò)對(duì)VES清潔壓裂液體系研究表明，有效的表面活性劑完全可以替代傳統(tǒng)的高分子聚合物，并且相對(duì)于傳統(tǒng)高分子聚合物，VES體系可以大幅度提高壓裂作業(yè)效率，降低壓裂作業(yè)成本，有效降低壓裂液對(duì)油藏和支撐裂縫的傷害，同時(shí)達(dá)到增產(chǎn)、增注的目的。

2 清潔泡沫壓裂液

1999年Zhang和Gupta等人提出用清潔壓裂液與泡沫壓裂液相結(jié)合的壓裂液體系，該體系是在清潔壓裂液的基礎(chǔ)上，加入氣體形成泡沫，得到以氣體為成分的內(nèi)相，以清潔壓裂液溶液為外相的高效清潔壓裂液體系。

清潔泡沫壓裂液主要由表面活性劑與泡沫組成，其主要成分包括黏彈性表面活性劑、鹽溶液、發(fā)泡劑與氣體。黏彈性表面活性劑分子具有獨(dú)特的膠束結(jié)構(gòu)，當(dāng)溶液的表面活性劑濃度超過(guò)臨界膠束濃度（CMC）時(shí)，溶液中的膠束開始纏繞、盤結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使溶液具有黏彈性；鹽溶液的作用是在壓裂過(guò)程中防止黏土膨脹與黏土微粒位移；發(fā)泡劑與氣體共同作用生成泡沫并作為壓裂液體系的內(nèi)相。

與目前使用的水基壓裂液相比，清潔泡沫壓裂液具有配制簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性良好、攜砂能力強(qiáng)、返排污染小，對(duì)地層的傷害低等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)發(fā)泡劑、氣體等進(jìn)行篩選，可以優(yōu)化壓裂液體系，為后續(xù)大規(guī)模推廣應(yīng)用提供有力的理論依據(jù)。

3 生物清潔壓裂液

用一種天然生物膠來(lái)替代壓裂液中的高分子聚合物或化學(xué)表面活性劑，這種生物膠在適當(dāng)?shù)耐饨鐥l件作用下，在水中通過(guò)主價(jià)力、次價(jià)力、靜電力和機(jī)械作用力的綜合作用形成良好的膠體。隨濃度的增大，該體系的黏度和彈性會(huì)迅速提升，能夠滿足壓裂液交聯(lián)及攜砂的要求。

崔維蘭研究的生物酶破膠劑替代了傳統(tǒng)的過(guò)硫酸鹽破膠劑，能夠有效解決過(guò)硫酸鹽在低溫時(shí)作用效果不好、需要催化劑等問(wèn)題。該種生物酶是用于水解聚糖的半纖維素酶，耐酸堿，適用于低溫井壓裂交聯(lián)后凍膠的破膠，并且可以作為水解瓜爾膠的高效生物催化劑，應(yīng)用于油層解堵。

微生物壓裂液體系中用綠色環(huán)保、高效清潔的生物酶取代傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑（或者減少化學(xué)藥劑的使用量）使得壓裂過(guò)程中破膠更徹底，返排率更高，減少對(duì)地層的傷害。在生物清潔壓裂液體系中，生物酶解堵劑完全替代了助排劑、表面活性劑、殺菌劑、引發(fā)劑、破乳劑等常規(guī)的添加劑且清潔環(huán)保，一劑多效。

4 結(jié)語(yǔ)

清潔壓裂液替代傳統(tǒng)的壓裂液體系是一種必然趨勢(shì)，也是壓裂液體系研究的一個(gè)重要目標(biāo)。目前的研究結(jié)果表明，清潔壓裂液體系的低傷害、高效率、高經(jīng)濟(jì)性是壓裂液發(fā)展的主要方向。其中VES清潔壓裂液的研究相對(duì)比較成熟，但大規(guī)模應(yīng)用仍有困難。在研究的過(guò)程中應(yīng)考慮更多的實(shí)際問(wèn)題，將理論與實(shí)際相結(jié)合，促進(jìn)VES清潔壓裂液在油氣田開采中廣泛應(yīng)用。

清潔泡沫壓裂液體系相對(duì)單一的清潔壓裂液體系具有一定的優(yōu)勢(shì)，可以通過(guò)加入無(wú)害化的氣體來(lái)減少化學(xué)藥劑的用量，并能達(dá)到所需要的壓裂效果。

應(yīng)大力推廣生物酶、生物膠等在清潔壓裂液中的應(yīng)用。在油氣田開采中生物技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，通過(guò)這種綠色環(huán)保技術(shù)可以從根本上解決開采過(guò)程中污染大、消耗高的技術(shù)難題。開發(fā)更多的菌種、更優(yōu)的微生物可以對(duì)清潔壓裂液的生物化發(fā)展有很大的幫助。

壓裂過(guò)程中使用的壓裂液仍以水基壓裂液為主。從油藏的可持續(xù)發(fā)展考慮，清潔壓裂液不但可以降低開采過(guò)程中對(duì)地層的傷害，保護(hù)儲(chǔ)層，而且還可以降低開采作業(yè)的成本。無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)層面還是從技術(shù)角度來(lái)看，對(duì)清潔壓裂液的研究都是十分必要的。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.058