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压裂液的性能对支撑剂的使用效果有哪些影响?

2025-06-24 10:19:15

一、黏度:决定支撑剂的输送与沉降特性

1. 携砂能力与沉降速度

正相关关系:压裂液黏度越高,携砂能力越强,支撑剂在裂缝内的沉降速度越慢(斯托克斯定律:沉降速度∝1 / 黏度)。

案例:

高黏度瓜胶压裂液(黏度>100 mPa・s)可携带高密度陶粒(3.6 g/cm³)至深裂缝,适合深井压裂;

低黏度滑溜水(黏度 5-10 mPa・s)携砂能力弱,需通过大排量(10-20 m³/min)和支撑剂 “段塞式注入”(如 20% 砂比段塞)防止沉降。

2. 对支撑剂分布的影响

黏度不足:支撑剂易在裂缝底部堆积,形成 “砂堤”,导致裂缝上部无支撑剂,导流通道不完整。

黏度过高:压裂液摩阻增大,泵注压力升高,可能超过地层破裂压力,且破胶后残留聚合物易堵塞支撑剂孔隙(如瓜胶残渣堵塞陶粒间通道,导流能力下降 20%-30%)。

二、滤失性能:影响裂缝内支撑剂的铺置效率

1. 滤失过快的风险

现象:压裂液滤失到地层中,裂缝内液量减少,支撑剂提前沉降,形成 “砂丘” 或 “砂桥”,导致裂缝局部堵塞。

数据:滤失系数>0.05 m/√min 时,支撑剂沉降速度加快 40%,需增加增稠剂用量或加入降滤失剂(如聚乙烯醇)。

2. 滤失控制的优化

平衡滤失与携砂:中低滤失压裂液(滤失系数 0.02-0.04 m/√min)可保持裂缝内液量稳定,支撑剂均匀铺置,如页岩气压裂中常用 “冻胶 + 纳米黏土” 复合体系控制滤失。

三、破胶性能:决定支撑剂导流通道的清洁度

1. 破胶不完全的危害

聚合物残留:破胶时间过长或破胶剂用量不足,压裂液中的聚合物(如羟丙基瓜胶)残留于支撑剂孔隙中,形成 “胶堵”,导流能力可下降 50% 以上。

案例:某致密气井使用延迟破胶压裂液,破胶时间超过 72 小时,返排后支撑剂层渗透率仅为实验室值的 35%。

2. 破胶时机与支撑剂的协同

快速破胶需求:支撑剂铺置完成后,压裂液需在 2-4 小时内完全破胶,避免影响油气流动。可采用 “温控破胶剂”(如过硫酸铵),在地层温度下定时释放,确保破胶与支撑剂铺置同步。

四、密度与流变特性:影响支撑剂的悬浮与输送形态

1. 密度匹配原则

支撑剂沉降临界条件:压裂液密度需接近或略大于支撑剂密度(如陶粒密度 3.6 g/cm³,需用密度 3.8 g/cm³ 的加重压裂液,或通过流变参数调整抵消密度差)。

非常规应用:泡沫压裂液(密度 0.3-0.6 g/cm³)通过低密度和高黏度双重作用,可携带石英砂(密度 2.65 g/cm³),适合低压地层或水平井压裂(减少砂沉降)。

2. 流变模式的选择

幂律流体优势:压裂液若呈假塑性(幂律指数 n<1),在高剪切速率下黏度降低,摩阻减小,同时低剪切速率下保持高黏度,利于支撑剂悬浮(如瓜胶压裂液 n=0.4-0.6)。

五、配伍性:避免支撑剂性能劣化

1. 化学配伍性

支撑剂腐蚀:酸性压裂液(如土酸)与陶粒中的铝矾土反应,生成氢氧化铝沉淀,堵塞孔隙;碱性压裂液(pH>10)可能溶蚀石英砂表面,降低抗压强度。

解决方案:使用支撑剂表面改性技术(如涂覆耐酸树脂),或调整压裂液 pH 至中性(6-8)。

2. 与地层水的配伍性

黏土膨胀问题:淡水压裂液进入含蒙脱石的地层,导致黏土膨胀,挤压支撑剂层,导流能力下降。可在压裂液中加入 KCl(浓度 2%-3%)抑制黏土水化。

六、添加剂与支撑剂的相互作用

1. 表面活性剂的影响

减阻与携砂平衡:滑溜水中加入聚丙烯酰胺(PAM)作为减阻剂,可降低摩阻 20%-30%,但过量 PAM 会增加液体黏度,导致支撑剂 “结团”,需控制浓度在 0.3%-0.5%。

2. 纤维添加剂的协同

支撑剂悬浮增强:在压裂液中加入玻璃纤维(含量 0.5-1.0 kg/m³),与支撑剂形成 “纤维 - 砂网络”,可使石英砂沉降速度降低 60%,适合大排量、低黏度压裂(如页岩气 “体积压裂”)。


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