【油田工作液与环境保护】压裂液体系

作者:日期:2026-08-19阅读:

面向深层、超深层及非常规油气资源高效开发需求,压裂液技术需要应对储层温度普遍超过150℃、重点井突破200℃的高温挑战,以及高矿化度地层水条件下减阻失效、残渣伤害、返排液处理难等复杂工程问题。经过持续攻关,已形成涵盖水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液及无水压裂液的多类型体系,以及从配方设计、性能评价到现场工艺优化的完整技术链条;自主研发的磁响应型纳米交联剂、压裂返排液重复配液交联剂、耐高温可降解暂堵剂等核心添加剂,有效支撑了系列特色压裂液体系的工程应用。其中,黏弹性表面活性剂型清洁压裂液破胶后排驱相比注水吞吐降压率达84.9%,原油采出程度提高1.9倍;磁响应型纳米交联剂可通过外界磁场调控流变性与流动方向,破胶后交联剂可回收再利用;耐高温可降解暂堵剂与压裂液协同体系可在施工阶段维持弱酸性环境,返排阶段迅速水解,实现储层低伤害改造。上述成果已在长庆油田、延长油田等国内主力油气区累计应用数千口井,配套的体积压裂商业软件大幅提升优化设计效率,单井压后产能平均提升18%25%,作业有效期延长30%以上,双体系可控智能暂憋剂产品国产化率达100%,较进口产品成本降低40%,为复杂油气藏高效改造与储层保护提供更加可靠的技术支撑。

【核心技术突破】

无水压裂液制备技术:以烃类物质为基液,以磷酸酯及其盐为增稠剂,通过黏度调节剂即可形成具有空间网状结构的无水清洁压裂液。目前,通过自主研发的增稠剂、粘度调节剂、高温稳定剂和降滤失剂等,形成了原油基冻胶压裂液技术、柴油基冻胶压裂液技术、汽油基冻胶压裂液技术和丙烷基LPGCO2等多种无水压裂液技术。该压裂液以其抗高温、耐剪切、高携砂、清洁和低伤害等优势,在国内油田进行规模化应用,获得良好的社会和经济效益。目前该技术也可以将CS2/苯等有机溶剂形成冻胶,适合于180℃以内的强水敏、三低渗油气藏压裂改造,整体技术处于国内领先水平。

黏弹性清洁水基压裂液制备技术:通过小分子量的表面活性剂和胶束促进剂之间协同产生黏弹性冻胶,形成了制备工艺简单、抗高盐、无残渣和高黏弹性的多功能清洁携砂液。与传统的压裂液比较,该压裂液制备简单、对储藏伤害低、抗剪切性好、携砂能力强、无需交联和破胶剂,压裂液在地层遇油/地层水就会自动破胶,同时破胶液具有驱油特性,实现一剂多用途,备受现场欢迎,具有广阔的应用前景。

自悬浮支撑剂技术:针对目前悬浮型支撑剂制备工艺复杂,包衣材料分子量大,伤害大、成本高等缺陷,本技术从经济和高效目的出发,开发出一种悬浮型支撑剂包衣材料和悬浮型支撑剂制备技术。该产品制备工艺简单、包衣材料分子量小、易形成黏弹性冻胶且无残渣、低伤害,属绿色环保型压裂液。适合于100℃以下的油层和煤层气储层压裂增产。

固体盐酸的制备及其解堵技术:率先在国内开发了固体盐酸技术及工业化生产技术,通过材料科学和化学合成手段,成功地将危险的液体盐酸转化为一系列安全、稳定、易用的固体形式。攻克了现场酸化长期以来无固体盐酸,填补了国内空白。与不同酸配合满足油气井的酸化解堵,通过革命性的延迟生酸机制,将酸化作业从近井地带延伸至储层深部,从根本上解决了传统液体酸快反应、浅作用的瓶颈问题,同时带来了作业安全性和环保性的巨大提升。

中性解堵技术:以YS环保增能解堵剂为核心载体,突破传统酸化解堵高腐蚀、高污染、储层伤的局限,以pH=6.57.5的中性配方为基础,通过螯合剂与分散剂的协同作用,高效清除无机垢堵塞及复合堵塞,实现解堵残渣的长效彻底返排。技术适用于砂岩、碳酸盐岩等多岩性储层,已在长庆油田多采油厂应用,为老井增产、新井稳产提供了环保高效的技术支撑。


基于双疏机理的解除储层液锁伤害技术:传统储层岩石通常亲水或亲油,外来工作液侵入后,会产生强大的毛细管力将其锁在微小孔隙中,双疏型解液锁剂能通过吸附在岩石表面,将其润湿性从亲液调控为中性或双疏状态。这一改变能显著降低毛细管力,甚至将其由驱替阻力转化为动力,从而让被困的液滴更容易移动并被排出。

生物表面活性驱油剂:通过微生物代谢合成的具有亲水亲油性质的糖脂类等活性物质与纳米材料等自组装,形成一种具有特殊功效的生物复合体,具备化学类驱油剂超低油水界面张力、扩大水驱波及体积、乳化剩余油、改善润湿性等多种作用,更重要的是避免了化学类驱油剂对水资源的危害,在三次采油中展现出广阔应用前景。

稠油提高采收率技术:通过内外源催化剂协同催化水热裂解,设计复合催化剂(如金属配合物粘土复合物),结合水-醇富氢体系,在低温(180250℃)下实现C-SC-N键断裂,原位降粘率超80%,同步减少胶质沥青质聚集,轻质组分增加;高效降粘剂开发,优化聚醚类表面活性剂与烷基磺酸酯类小分子,抗盐耐温、低成本,现场应用有效率100%;内外相协同降粘技术,油溶性降粘剂通过拆散胶质氢键网络抑制蜡晶析出,水溶性乳化剂形成稳定O/W乳状液,复合体系降粘率达99%,输送压力降低50%

【成果支撑】

累计获省部级科技奖励7项,其中陕西省科学技术进步二等奖2项、陕西高校科技一等奖2项、中石油科技进步三等奖1项、西安市科技进步二等奖1项、中国石化联合会科技进步三等奖1项;授权发明专利28件,全面覆盖清洁压裂液、无水压裂液、压裂返排液重复利用、压裂示踪模拟等核心环节,构建起完善的知识产权保护体系。完成国家自然科学基金、陕西省科技攻关项目等国家级、省部级科研项目及校企合作项目60余项,科研经费总计超过5000万元。目前,相关成果已在长庆、吐哈、辽河、延长、青海、华北等国内主力油气田规模化应用数千井次,单井压后产能平均提升18%25%,作业有效期延长30%以上;研制的双体系可控智能暂憋剂产品国产化率达100%,较进口产品成本降低40%;清洁压裂驱油储能一体化技术彻底解决了传统压裂液伤害性和返排液后处理问题。累计创造经济效益逾15亿元、增收利税逾4亿元,既实现了经济效益与生态效益的协同发展,也为油气田高效开发提供了有力支撑。

【应用前景】

随着勘探开发持续向深层、非常规及低渗透储层延伸,压裂液作为储层改造的关键介质,正面临耐温耐剪切能力不足、高矿化度条件下减阻失效及储层伤害大等现实瓶颈。目前塔里木、四川盆地及鄂尔多斯盆地等区域仍有大量超深层、低孔低渗储层亟待压裂改造,对耐温200℃以上、抗高盐、低伤害的高性能压裂液需求持续增长。同时,页岩油气、致密气及地热等战略性新兴领域加速开发,适用于强水敏、复杂岩性储层的无水压裂液及清洁压裂液体系应用空间正逐步扩大。

本技术体系中的黏弹性清洁压裂液无需杀菌剂和破胶剂、遇油或地层水自动破胶且破胶液兼具驱油特性,自悬浮支撑剂无残渣、低伤害,可大幅降低压裂作业对储层和周边环境的负面影响。这些技术优势在页岩气开发聚集区和水源保护区具有明确的应用价值,可有效满足复杂环境条件下压裂施工的环保刚需,特别是随着海外油气合作持续推进,中东、中亚、南美等地区高温高盐储层改造需求旺盛,对低成本、高可靠性压裂技术存在长期需求,该技术体系在性能与成本方面具备良好的海外竞争优势。