東北石油大學石油工程學院

新型清潔壓裂液研究方向

戴恩澤東北石油大學石油工程學院

目前的研究結果表明，清潔壓裂液體系的低傷害、高效率、高經(jīng)濟性是壓裂液發(fā)展的主要方向。其中VES清潔壓裂液的研究相對比較成熟，但大規(guī)模應用仍有困難。清潔泡沫壓裂液體系相對單一的清潔壓裂液體系具有一定的優(yōu)勢，可以通過加入無害化的氣體來減少化學藥劑的用量。在油氣田開采中生物技術的應用十分廣泛，通過這種綠色環(huán)保技術可以從根本上解決開采過程中污染大、消耗高的技術難題。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程中對地層的傷害，保護儲層，而且還可以降低開采作業(yè)的成本。無論是從經(jīng)濟層面還是從技術角度來看，對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離子凝膠液體。黏彈性表面活性劑產生的膠束可以構成一種有助于低黏狀態(tài)支撐劑運移的新型網(wǎng)絡結構，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，國內外研究人員對其進行了探索性的改進與嘗試。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，該體系對酸堿度敏感，當pH值降低時，可以自動破膠；國內研究人員通過對表面活性劑進行改性、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，并通過測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，且破膠后無殘渣生成，對地層的傷害也很小。

通過對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，有效降低壓裂液對油藏和支撐裂縫的傷害，同時達到增產、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合的壓裂液體系，該體系是在清潔壓裂液的基礎上，加入氣體形成泡沫，得到以氣體為成分的內相，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特的膠束結構，當溶液的表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度（CMC）時，溶液中的膠束開始纏繞、盤結形成網(wǎng)狀結構，這種結構使溶液具有黏彈性；鹽溶液的作用是在壓裂過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單、經(jīng)濟性良好、攜砂能力強、返排污染小，對地層的傷害低等優(yōu)點。通過實驗，對發(fā)泡劑、氣體等進行篩選，可以優(yōu)化壓裂液體系，為后續(xù)大規(guī)模推廣應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替代壓裂液中的高分子聚合物或化學表面活性劑，這種生物膠在適當?shù)耐饨鐥l件作用下，在水中通過主價力、次價力、靜電力和機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)的過硫酸鹽破膠劑，能夠有效解決過硫酸鹽在低溫時作用效果不好、需要催化劑等問題。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)的化學藥劑（或者減少化學藥劑的使用量）使得壓裂過程中破膠更徹底，返排率更高，減少對地層的傷害。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 結語

清潔壓裂液替代傳統(tǒng)的壓裂液體系是一種必然趨勢，也是壓裂液體系研究的一個重要目標。目前的研究結果表明，清潔壓裂液體系的低傷害、高效率、高經(jīng)濟性是壓裂液發(fā)展的主要方向。其中VES清潔壓裂液的研究相對比較成熟，但大規(guī)模應用仍有困難。在研究的過程中應考慮更多的實際問題，將理論與實際相結合，促進VES清潔壓裂液在油氣田開采中廣泛應用。

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

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

壓裂過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程中對地層的傷害，保護儲層，而且還可以降低開采作業(yè)的成本。無論是從經(jīng)濟層面還是從技術角度來看，對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