压裂液添加剂是指添加到水力压裂液中的化学药剂及固体材料,用于在泵送、裂缝形成、支撑剂输送及返排阶段控制压裂液的性能。其总体目标是在最大限度减少对地层损害的同时,构建导流性良好的裂缝网络,并确保压裂液能够被有效回收。
关键添加剂包括:胶凝剂、粘土抑制剂与稳定剂、杀菌剂、稳定剂与稳定助剂、发泡剂、消泡剂与返排液表面活性剂、交联剂与延迟剂、破泡剂及破泡助剂、分流剂与返排液控制剂、减摩剂与支撑剂。
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胶凝剂
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胶凝剂是压裂液中最重要的添加剂之一,用于提供足够的粘度以压开地层岩石并将支撑剂携带进入裂缝。
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粘土抑制剂与稳定剂
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粘土膨胀和分散会导致储层基质渗透率下降及微粒运移。粘土抑制剂或稳定剂通常加入工作液中,以最大限度地减小活性粘土矿物与水基工作液相互作用所带来的潜在地层伤害。
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杀菌剂
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压裂液混合水需严格去除细菌和酶。细菌会分泌酶类物质,而瓜尔胶类聚合物对酶高度敏感,二者共同作用会导致聚合物提前降解、粘度无法形成或过早破胶,严重影响压裂施工效果。
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稳定剂与稳定助剂
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瓜尔胶及其衍生物产品在高温下容易降解,瓜尔胶基压裂液的流变性能会在高温条件下劣化。配液水或压裂液中存在的铁离子也会对液体性能产生不利影响。当溶解铁浓度大于 10 ppm 时,必须加入稳定剂。
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起泡剂、抑泡剂与助排表活剂
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表面活性剂是能够降低水相与油相之间表面张力和界面张力的分子。起泡剂由一种或多种经专门设计的表面活性剂组成,用以稳定泡沫内相与外相之间的界面。表面活性试剂通常用于水基增产液中,以降低限制流体在岩石基质中流动的界面张力。
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交联剂与延迟剂
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交联剂通常加入聚合物基压裂液中,以改善压裂液的流变性能和高温稳定性。压裂液中线性胶的快速交联会使液体粘度呈指数级上升,并导致管柱摩阻急剧增加。因此在大多数压裂作业中都需要对交联进行延迟,以避免上述问题。
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破胶剂与破胶助剂
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线性胶或交联压裂胶液会严重损害支撑剂充填层的渗透率,且伤害程度随胶液浓度升高而加剧。破胶剂通常用于降解富集在支撑剂充填层中的胶液,从而降低压裂液的粘度。压裂施工结束后,需要将压裂胶液破胶,以利于返排并减小压裂液对地层的伤害。
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转向剂与返排控制剂
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支撑剂回流是压裂作业中的关键风险点,尤其近井地带的支撑剂流失会严重削弱裂缝导流能力,直接影响压裂增产效果。为最大限度抑制支撑剂回流,业界已发展出多种技术手段,其中纤维控砂技术被公认为最有效的方法之一。
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减阻剂与稠化剂
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滑溜水已广泛应用于致密砂岩或页岩油气地层的压裂改造。减阻剂(FR)或高粘减阻剂(HVFR)是大多数滑溜水压裂液的关键组分。部分减阻剂或高粘减阻剂可进行交联,在泵送减阻的同时携带更高浓度的砂或支撑剂。
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