石油和天然氣是當(dāng)前世界能源消費(fèi)的主要組成部分，20世紀(jì)末它們占有接近三 分之二的份額。從20世紀(jì)初期汽車工業(yè)迅猛發(fā)展以來(lái)，能源變得尤為重要由于 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)石油產(chǎn)品的需求量會(huì)越來(lái)越大，已經(jīng)成為世界第二石油 消費(fèi)國(guó)，并且石油進(jìn)口量會(huì)逐年增加。

　　

　　目前，隨著大量低孔、低滲等難采油氣藏的發(fā)現(xiàn)，提髙石油采收率是一個(gè)備受關(guān) 注的問(wèn)題。低滲、特低滲透油田大部分屬于“三低”油藏，即滲透率低、單井產(chǎn)量低、 儲(chǔ)量豐度低，屬于貧礦類型。開(kāi)發(fā)這類油田成本高、難度大、經(jīng)濟(jì)效益差，目前尚有 23億噸的探明儲(chǔ)量沒(méi)有開(kāi)發(fā)動(dòng)用。如何有效的開(kāi)發(fā)低滲透、特低滲透油氣藏，提高 油藏改造后的單井產(chǎn)量，降低開(kāi)發(fā)成本是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。水力壓裂改造是低滲 透油氣藏開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)增產(chǎn)措施[2]。

　　

　　水力壓裂已經(jīng)成為油氣藏重要的增產(chǎn)增注手段，自1947年美國(guó)第一次水力壓裂 以來(lái)，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，水力壓裂已經(jīng)發(fā)展成一項(xiàng)相當(dāng)成熟的工藝，對(duì)油氣藏 的改造和開(kāi)發(fā)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。特別是對(duì)于大量低滲透油氣藏的改造來(lái)說(shuō)尤為 重要。水力壓裂是指將稠化劑（如瓜爾膠、黃原膠等植物膠）和交聯(lián)劑（如有機(jī)硼） 等多種化學(xué)添加劑混調(diào)在一定溶液介質(zhì)（多為水溶液）中，形成具有一定粘彈性的壓 裂液，然后在高排量、高泵壓下通過(guò)特制管柱注入產(chǎn)層，以水力尖劈地層，并延伸形 成裂縫。首先，泵注純的壓裂液液體（稱之為前置液）以形成裂縫并建立延伸，然后 泵注含支撐劑（如石英砂）的攜砂壓裂液。攜砂壓裂液繼續(xù)延伸裂縫，并攜帶支撐劑 深入裂縫內(nèi)部。當(dāng)材料泵送完成后，壓裂液在破膠劑（如過(guò)硫酸銨）和熱降解作用下 降解為低粘度流體（稱為破膠液)，返排到地面；而支撐劑則留在裂縫內(nèi)，形成一條 高導(dǎo)流能力的通道，以降低油氣流動(dòng)阻力，利于油氣由地層遠(yuǎn)處流向井底M。

　　

　　壓裂液體系是壓裂工藝的重要組成部分，是涉及壓裂施工成敗的關(guān)鍵因素之一。 在壓裂施工中的基本作用可以概括為三點(diǎn)：（1>使用水力尖劈作用形成裂縫并使之延 伸；（2)沿裂縫輸送并鋪置壓裂支撐劑；（3)壓裂后液體能最大限度的破膠與返排， 減少裂縫與液層的損害，使其在儲(chǔ)集層中形成一定長(zhǎng)度的髙導(dǎo)流的支撐縫帶按照壓裂液配置材料和液體性狀分類，壓裂液通?？煞譃樗鶋毫岩?、油基壓裂 液、乳狀壓裂液、泡沫壓裂液、酸基壓裂液、醇基壓裂液以及清潔壓裂液。當(dāng)油層壓 力不足以克服毛細(xì)管壓力時(shí)，壓裂液會(huì)滯留在孔隙中，造成毛細(xì)管阻塞，最終導(dǎo)致壓 裂失敗。因此一定要根據(jù)地質(zhì)學(xué)、壓裂液流動(dòng)和巖石一壓裂液作用等因素綜合考慮選 擇適當(dāng)?shù)膲毫岩海瑝毫岩盒再|(zhì)會(huì)隨著油層和油層液體情況發(fā)生變化，因此具體選擇時(shí) 要考慮壓裂液的以下方面[3]:(1)控制液體濾失的壓裂效率。這個(gè)參數(shù)是衡量壓裂液在對(duì)抗濾失中劈開(kāi)裂縫 的能力。

　　

　　(2)產(chǎn)生縫寬能力。裂縫寬度取決于粘度；在較小程度上取決于濾失控制。

　　

　　(3)輸送支撐劑能力。取決于在裂縫內(nèi)剪切情況下壓裂液的粘度。在輸送大粒 度支撐劑到很遠(yuǎn)時(shí)，這一點(diǎn)很重要。

　　

　　(4)揮發(fā)性。只有蒸汽和泡沫壓裂液在油層中有揮發(fā)性。在低滲透、易產(chǎn)生永 久性液阻的地層中很需要它。

　　

　　(5)潤(rùn)濕傾向。

　　

　　(6)表面和界面張力。對(duì)于低滲透油層這是最重要的參數(shù)，因?yàn)槟抢锶菀滓?永久性液阻。未處理的水基流體的界面張力為烴類的3倍?？梢杂糜袡C(jī)活性劑處理水 基壓裂液，但它們以吸附在巖石和粘土表面。最后用醇類和碳氟類活性劑。

　　

　　(7)粘土共容性。這是儲(chǔ)層礦物中粘土受壓裂液影響程度的參數(shù)。

　　

　　(8)凝膠殘余物。凝膠液殘余物的含量在每立方米液體中不超過(guò)1kg，它與粘 土損害一起可以大大提高毛管壓力，但在液阻不大的地層它能控制壓裂液濾失。

　　

　　(9)井筒性質(zhì)。即壓裂液摩阻損失和液柱靜壓。

　　

　　目前I國(guó)內(nèi)95%以上使用的是植物膠壓裂液體系，壓裂后聚合物水不溶物殘留在 裂縫中，返排到地面的瓜爾膠壓裂液只占泵入量的30%?45%，而且植物膠含10%?25% 的水不溶物，存留下來(lái)的聚合物以及破膠不徹底都會(huì)帶來(lái)地層損害，降低地層的滲透 率。所以近期國(guó)內(nèi)外都在致力于幵發(fā)低損害壓裂液技術(shù)，并取得了很大進(jìn)展。

　　

　　斯倫貝謝公司研制的粘彈性表面活性劑壓裂液（VES)是由表面活性劑長(zhǎng)鏈脂肪 酸的季銨鹽溶解在鹽水中制得。當(dāng)表面活性劑的濃度大于CMC濃度時(shí)開(kāi)始形成膠束， 然后隨著濃度的增加，溶液開(kāi)始由二聚體、三聚體等小型膠束逐步發(fā)展到球形膠束、 棒狀膠束并向六角形膠束變化，當(dāng)濃度進(jìn)一步加大會(huì)形成層狀膠束或液晶結(jié)構(gòu)，具有 雙折射結(jié)構(gòu)w。當(dāng)表面活性劑達(dá)到一定的濃度后膠束相互纏結(jié)具有壓裂液需求的粘彈 性，不再需要交聯(lián)劑即可有效的攜砂、造縫。液體進(jìn)入地層后與油氣接觸發(fā)生增溶作 用或被地層水稀釋，棒狀膠束或蠕蟲(chóng)狀膠束就會(huì)變成球形膠束。此時(shí)VES凝膠液體的 粘度很低，無(wú)需破膠劑就可達(dá)到很好的返排效果^使用硼酸鹽壓裂液的地層的保留導(dǎo) 流能力通常只有40%?60%,而VES流體的支撐劑充填導(dǎo)流能力通常大于90%?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí) 驗(yàn)結(jié)果表明使用方便，操作簡(jiǎn)單，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益泡沫壓裂液也是一種理想的壓裂液體系，具有粘度高、攜砂能力強(qiáng)、對(duì)儲(chǔ)層損害 小、返排能力強(qiáng)、濾失小等特點(diǎn)，主要適合于低壓、水敏性油氣層。針對(duì)清潔壓裂液 成本高、濾失較大等缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)首次提出清潔〇)2泡沫壓裂液體系。利用清潔壓裂液 在弱酸性介質(zhì)下仍然具有良好的増粘能力和表面活性劑良好起泡的特點(diǎn)，將表面活性 劑壓裂液與C02介質(zhì)相結(jié)合，即形成了清潔C02泡沫壓裂液新體系。室內(nèi)研究以及現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明該壓裂液體系工藝成功，助排、增產(chǎn)效果明顯。

　　

　　油基壓裂液通常由徑類（原油、柴油）、稠化劑（有機(jī)磷酸鹽)、交聯(lián)劑（偏鋁酸 鹽）和破膠劑（強(qiáng)堿弱酸鹽）組成。通過(guò)兩步交聯(lián)法，提高了其現(xiàn)場(chǎng)可操作性和耐溫 能力（達(dá)[30=0。它具有與油藏配伍性好、易返排、低損害等優(yōu)點(diǎn)，適合于強(qiáng)水敏、 低壓儲(chǔ)層，同時(shí)也存在以下缺點(diǎn)：（1)室溫下稠化劑一般為膏狀，需加熱才能使用， 分散能力差；（2)由于柴油、煤油等成品油價(jià)格較高，所以壓裂液的成本也較高；（3) 耐溫性能差等。改善施工安全的可操作性，使用高效液體破膠劑是油基壓裂液的發(fā)展 方向。目前，在這些方面已取得了很大進(jìn)展[a'針對(duì)有些地方存在的高凝油油藏（如遼河油田的高凝油可占原油總產(chǎn)量的60%) 開(kāi)發(fā)了熱壓裂液。對(duì)于這樣的油田如果使用常規(guī)的壓裂液，勢(shì)必會(huì)對(duì)油田造成“冷損 害”，因?yàn)槔淞黧w的進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致井底周圍原油冷卻，高凝油油藏中的瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)等 析出，沉積在裂縫中，大大降低了裂縫的導(dǎo)流能力。熱壓裂液技術(shù)要在壓裂液中加入 如呢2和NH4C1兩種試劑。二者相互混合后，在催化劑的作用下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放出 大量的熱能和氣體。反應(yīng)方程式如下：NaNq +NH,CI-^NaCJfN2 t+2H20 反應(yīng)培為：A H〇=-332_ 58kJ/mol由上式可見(jiàn)，該反應(yīng)可產(chǎn)生大量的熱能和氣體，使油層溫度升高，達(dá)到最終提高 采收率的目的，而且該壓裂液還有助于液體的返排。自生熱壓裂技術(shù)主要適用于原始 地層溫度較低、生產(chǎn)層位較淺、地層壓力較低、地層返排能力較弱的髙凝油油藏。

　　

　　目前，國(guó)內(nèi)外壓裂液發(fā)展的主流方向是優(yōu)質(zhì)、低損害、低成本、對(duì)環(huán)境污染小。 經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，在這方面取得了驚人的成績(jī)，上述壓裂液的最新進(jìn)展無(wú)不是 向著這個(gè)目標(biāo)前進(jìn)。每種壓裂液類型都有自己的使用范圍以及優(yōu)缺點(diǎn)。

　　

　　本文研究的低分子壓裂液（Low Molecular Weight Fluid,簡(jiǎn)稱LMWF)是一種 新型的壓裂液體系，該液體又稱為高性能流體（HPF)，可以代表壓裂液的發(fā)展方向。 眾所周知，針對(duì)瓜爾膠原粉的不足，在其改性方面已進(jìn)行了大量研究，例如羥丙基瓜 爾膠、羧甲基輕丙基瓜爾膠等，但是上述改性沒(méi)有明顯降低瓜爾膠的分子量，即使使 用破膠劑之后液體的粘度有所降低，但是大分子仍然會(huì)對(duì)地層造成損害。最重要往往 也是經(jīng)常被忽視的一點(diǎn)是破膠劑在破膠的過(guò)程中的副產(chǎn)物會(huì)降低地層的滲透率，因?yàn)?返排時(shí)間通常是幾天，最初的時(shí)間內(nèi)液體粘度降低，但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，六個(gè)不含 支鏈的甘露糖就有可能生成聚合甘露糖單環(huán)不溶物，該不溶物脫離溶液，任何破膠劑 反應(yīng)都不能使其降解或者是反應(yīng)很慢，因此會(huì)造成地層損害。本文也是有關(guān)瓜爾膠改 性的研究，但與以往不同的是，這里是有目的的降低該聚合物的分子量，小分子的聚 合物不使用破膠劑，返排率高，對(duì)地層的損害大幅度降低，以及伴隨著分子量的降低在液體性能方面發(fā)生的一系列變化。該壓裂液的主要優(yōu)點(diǎn)包括[113IW:(1)水不溶物降低（圖0.1 )。與其它的瓜爾膠基壓裂液相比分子質(zhì)量降低很多， 在分子質(zhì)量降低的過(guò)程中，水不溶物也發(fā)生了降解作用，所以對(duì)地層損害明顯降低， 返排量接近100%;(2)水的用量以及其它化學(xué)試劑的用量的減少。返排后的液體與施工之前的基 液相比，其結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，經(jīng)過(guò)一系列測(cè)試和調(diào)整之后完全可用于下一次 施工；(3)裂縫導(dǎo)流能力很高。因?yàn)閷?duì)支撐劑充填層的破壞很小，濾失控制很好，所 以保留了較長(zhǎng)的有效裂縫長(zhǎng)度（圖0.2)，對(duì)裂縫表面損害較小。

　　

　　(4)對(duì)環(huán)境污染小。鑒于該液體的回收利用性，降低了各種化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的 影響。據(jù)報(bào)道重復(fù)使用可高達(dá)六次。

　　

　　本文研究的重點(diǎn)是瓜爾膠降解方法的研究，主要包括降解的控制因素、降解后液 體流變性能、流變動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及分子量的確定等方面的研究。