压裂液的性能对支撑剂的使用效果有哪些影响？

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”）。