新型清洁压裂液研究方向

东北石油大学石油工程学院

新型清洁压裂液研究方向

戴恩泽东北石油大学石油工程学院

目前的研究结果表明，清洁压裂液体系的低伤害、高效率、高经济性是压裂液发展的主要方向。其中VES清洁压裂液的研究相对比较成熟，但大规模应用仍有困难。清洁泡沫压裂液体系相对单一的清洁压裂液体系具有一定的优势，可以通过加入无害化的气体来减少化学药剂的用量。在油气田开采中生物技术的应用十分广泛，通过这种绿色环保技术可以从根本上解决开采过程中污染大、消耗高的技术难题。从油藏的可持续发展考虑，清洁压裂液不但可以降低开采过程中对地层的伤害，保护储层，而且还可以降低开采作业的成本。无论是从经济层面还是从技术角度来看，对清洁压裂液的研究都是十分必要的。

VES清洁压裂液；清洁泡沫压裂液；生物清洁压裂液；低伤害；高效率

1 VES清洁压裂液

1997年斯伦贝谢公司成功研制了VES压裂液（通常称为黏弹性表面活性剂压裂液体系）。这种新型的压裂液用黏弹性表面活性剂替代了高分子聚合物，该表面活性剂在盐水中形成一种低黏的阳离子凝胶液体。黏弹性表面活性剂产生的胶束可以构成一种有助于低黏状态支撑剂运移的新型网络结构，所以该公司又把它称为清洁压裂液。

根据VES压裂液的模型，国内外研究人员对其进行了探索性的改进与尝试。BJSERVICES公司发明了一种耐高温的黏弹性表面活性剂压裂液体系——ElastraFrac，体系形成的凝胶是由阴离子表面活性剂和盐组成的各相异性聚集体，耐温性好，最高可达121℃；Daniel Patrick Vollmer等人研制出一种非离子表面活性剂压裂液体系，该体系对酸碱度敏感，当pH值降低时，可以自动破胶；国内研究人员通过对表面活性剂进行改性、合成，开发出了一系列低成本、高效率、耐温性好的新型清洁压裂液；贾振福等人提出了一种新型的双子季铵盐表面活性剂，这种体系具有良好的黏弹性、悬砂性能及低温溶解性；陈馥等人开发了一种清洁压裂液VES—J，并通过测定得出该体系具有较好的耐剪切能力和优异的破胶能力，且破胶后无残渣生成，对地层的伤害也很小。

通过对VES清洁压裂液体系研究表明，有效的表面活性剂完全可以替代传统的高分子聚合物，并且相对于传统高分子聚合物，VES体系可以大幅度提高压裂作业效率，降低压裂作业成本，有效降低压裂液对油藏和支撑裂缝的伤害，同时达到增产、增注的目的。

2 清洁泡沫压裂液

1999年Zhang和Gupta等人提出用清洁压裂液与泡沫压裂液相结合的压裂液体系，该体系是在清洁压裂液的基础上，加入气体形成泡沫，得到以气体为成分的内相，以清洁压裂液溶液为外相的高效清洁压裂液体系。

清洁泡沫压裂液主要由表面活性剂与泡沫组成，其主要成分包括黏弹性表面活性剂、盐溶液、发泡剂与气体。黏弹性表面活性剂分子具有独特的胶束结构，当溶液的表面活性剂浓度超过临界胶束浓度（CMC）时，溶液中的胶束开始缠绕、盘结形成网状结构，这种结构使溶液具有黏弹性；盐溶液的作用是在压裂过程中防止黏土膨胀与黏土微粒位移；发泡剂与气体共同作用生成泡沫并作为压裂液体系的内相。

与目前使用的水基压裂液相比，清洁泡沫压裂液具有配制简单、经济性良好、携砂能力强、返排污染小，对地层的伤害低等优点。通过实验，对发泡剂、气体等进行筛选，可以优化压裂液体系，为后续大规模推广应用提供有力的理论依据。

3 生物清洁压裂液

用一种天然生物胶来替代压裂液中的高分子聚合物或化学表面活性剂，这种生物胶在适当的外界条件作用下，在水中通过主价力、次价力、静电力和机械作用力的综合作用形成良好的胶体。随浓度的增大，该体系的黏度和弹性会迅速提升，能够满足压裂液交联及携砂的要求。

崔维兰研究的生物酶破胶剂替代了传统的过硫酸盐破胶剂，能够有效解决过硫酸盐在低温时作用效果不好、需要催化剂等问题。该种生物酶是用于水解聚糖的半纤维素酶，耐酸碱，适用于低温井压裂交联后冻胶的破胶，并且可以作为水解瓜尔胶的高效生物催化剂，应用于油层解堵。

微生物压裂液体系中用绿色环保、高效清洁的生物酶取代传统的化学药剂（或者减少化学药剂的使用量）使得压裂过程中破胶更彻底，返排率更高，减少对地层的伤害。在生物清洁压裂液体系中，生物酶解堵剂完全替代了助排剂、表面活性剂、杀菌剂、引发剂、破乳剂等常规的添加剂且清洁环保，一剂多效。

4 结语

清洁压裂液替代传统的压裂液体系是一种必然趋势，也是压裂液体系研究的一个重要目标。目前的研究结果表明，清洁压裂液体系的低伤害、高效率、高经济性是压裂液发展的主要方向。其中VES清洁压裂液的研究相对比较成熟，但大规模应用仍有困难。在研究的过程中应考虑更多的实际问题，将理论与实际相结合，促进VES清洁压裂液在油气田开采中广泛应用。

清洁泡沫压裂液体系相对单一的清洁压裂液体系具有一定的优势，可以通过加入无害化的气体来减少化学药剂的用量，并能达到所需要的压裂效果。

应大力推广生物酶、生物胶等在清洁压裂液中的应用。在油气田开采中生物技术的应用十分广泛，通过这种绿色环保技术可以从根本上解决开采过程中污染大、消耗高的技术难题。开发更多的菌种、更优的微生物可以对清洁压裂液的生物化发展有很大的帮助。

压裂过程中使用的压裂液仍以水基压裂液为主。从油藏的可持续发展考虑，清洁压裂液不但可以降低开采过程中对地层的伤害，保护储层，而且还可以降低开采作业的成本。无论是从经济层面还是从技术角度来看，对清洁压裂液的研究都是十分必要的。

（栏目主持 樊韶华）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.058