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摘 要：清洁压裂液是一种无聚合物压裂液，是在合成长链脂肪酸衍生的粘弹性表面活性剂的基础上，添加了助表面活性剂和粘土防膨剂等助剂，重点研究了该压裂液体系的粘度与质量分数、盐含量、Ph值和温度的关系，以及压裂液的破胶性能等。
关键词：清洁压裂液 粘弹性表面活性剂 胶束
压裂技术在油田生产开发过程中，对近井解堵、储层改造、地层防砂、区块开发起着重要的作用，是油井增产的主要手段之一，其中压裂液起着传递压力和携带支撑剂作用，是压裂施工中重要的组成部分。现在普遍使用的水力压裂液，主要采用天然聚合物胍胶为主剂，交联剂、防膨剂、破胶剂等为助剂。聚合物配置需要一定的溶解时间，配制条件对设备的分散效果要求很高，并且需要巨型储备罐，配置后的压裂液在长时间存放过程中会变质、失去自身功用。压裂液在破胶后会留下大量的残余物不能排出，对返排液分析表明，只有35%胍胶基聚合物可返排，其余留在压开的裂缝中，降低了地层的渗透率，对地层造成严重伤害。因此研制配制简便且对地层伤害较小的压裂液体系是提高压裂效率非常有效的方法。
一、清洁压裂液
1.清洁压裂液压裂机理
清洁压裂液是一种粘弹性表面活性剂分子，这种压裂液依靠特殊合成的小分子量增稠物，在一定量盐溶液介质条件下，使粘弹性表面活性剂分子聚集，形成以长链疏水基团为内核，亲水基团向外伸入溶液的球型胶束；当粘弹性表面活性剂的浓度继续增加，表面活性剂胶束占有的空间变小，胶束之间的排斥作用增加，此时球形胶束开始变形，合并成为占有空间更小的线状或棒状胶束；棒状胶束会进一步合并，变成更长的蠕状胶束，这些胶束由于疏水作用會自动纠缠一起，形成空间交联网络结构，此时溶液体系具有良好的粘弹性和高剪切粘度，并具有良好的悬砂效果；随着表面活性剂浓度不断增加，交联网络状胶束还可以变为海绵状网络结构。该胶束能有效输送支撑剂，遇地层水后胶束又会变成小球形胶束，达到破胶的效果。
2.清洁压裂液优点
清洁压裂液具有滤失低、对地层无伤害等特点。清洁压裂液只需在粘弹性表面活性剂中添加助表面活性剂和盐水混配即可，配制简单可靠，易于操作和控制；而水基压裂液需要聚合物加大量的添加剂，要求很好的搅拌和长期沉淀，配制复杂，时间长。
清洁压裂液依靠流体的粘弹性结构来输送支撑剂，而水基压裂液是通过粘度来输送支撑剂，这样就降低了所需的粘度，不会因高速剪切造成剪切降解，造成携砂效果的降低，同时清洁压裂液良好的滤失性加快了端部脱砂的时间，从而获得良好的裂缝高度和长度。
二、清洁压裂液配方优选与性能评价
1.材料与仪器
粘弹性表面活性剂（自制）；非离子表面活性剂（工业级）；氯化钾（工业级）；碳酸氢钠（化学纯）；甲酸（分析纯）。
旋转粘度计；电子天平；恒温水浴锅；磁力加热搅拌器；酸度计。
2.清洁压裂液的配制
粘弹性表面活性剂浓度范围为2%～4%，实验中加入1%～4%的氯化钾、1%的非离子表面活性剂，混合搅拌直到旋涡闭合，闭合时间为2～6min（闭合时间主要由粘弹性表面活性剂和氯化钾的浓度决定），调节pH值到7～8之间。
3.结果与讨论
3.1溶液粘度与甜菜碱表面活性剂质量分数的关系
用旋转粘度计在30℃、170s-1下测量不同质量分数表面活性剂溶液表观粘度，试验得出，随着粘弹性表面活性剂用量的增大，溶液的表观粘度也随之增大，当表面活性剂含量达到一定数值时，表观粘度变化趋于一个定值。这是由于表面活性剂在整个溶液体系形成了海绵状网络结构，胶束量趋于饱和状态。
3.2溶液粘度与pH值的关系
配制1%和2%的粘弹性表面活性剂溶液，将pH调节至不同值，观察并在30℃、170s-1下测量溶液的表观粘度；试验得出，高pH值对体系的粘度影响不大，在pH为7～8时表观粘度最大，随着pH的降到4以下时体系粘度急剧下降。
3.3溶液粘度与氯化钾质量分数的关系
质量分数为2%的表面活性剂溶液，加入不同量的KCl，在30℃、170s-1下测量溶液的表观粘度；试验得出，随着KCl浓度的增大，溶液的表观粘度也随之变大。
3.4溶液粘度与温度的关系
质量分数为2%的表面活性剂溶液，加入4%的KCl溶液，在不同温度下测量溶液的表观粘度，试验得出，溶液的粘度随着温度的升高出现了先升后降的现象，在40℃时达到最大值。
3.5 破胶性能
清洁压裂液的破胶性能可通过与原油接触或通过用地层水稀释的方法来完成，将该压裂液与原油按体积比20：1混合，2h表观粘度为3mPa.s；加水稀释到一定程度，胶束网状结构被破坏，体系粘度丧失。
3.6 悬砂性能
将清洁压裂液装入200mL量筒中观察砂粒的沉降速度。结果表明沉降速度为6×10-4mm/s，满足压裂体系的悬砂要求。
3.7 清洁压裂液的耐温耐剪切性能
使用旋转粘度剂在170s-1的剪切速率下，以5℃/min的速率从20℃升至65℃，测得含表面活性剂4%、氯化钾4%的溶液的表观粘度。结果表明清洁压裂液保持了良好的剪切稳定性。
三、结论
1.该清洁压裂液体系主要由甜菜碱表面活性剂、非离子表面活性剂助剂和粘土稳定剂KCl组成，制简单，直接溶于水即可形成凝胶型压裂液。
2.实验表明配制该压裂液体系主要受阴离子影响较大，在加入KCl后，粘度得到显著提高，但当KCl浓度超过6%以后，粘度不在明显增加；其最佳pH=7～8，当pH值小于4时粘度急剧下降；使用温度在30～50℃之间，最佳温度为40℃，温度过高，体系粘度将迅速下降。
3.该压裂液体系具有良好的剪切稳定性，携砂性能强等特点，可以实现控制裂缝的有效延伸。
4.该清洁压裂液体系破胶彻底，无残渣，返排快，改善了增产效果。
参考文献
[1] 刘彦锋，郭学辉，张颖，刘世川，任海晶. VES清洁压裂液的研制及应用[J].应用化工，2012，10：1777～1779.
[2] 党亚姣，张佳平.新型清洁压裂液的室内合成及性能分析[J].中国新技术新产品，2012，7.
关键词：清洁压裂液 粘弹性表面活性剂 胶束
压裂技术在油田生产开发过程中，对近井解堵、储层改造、地层防砂、区块开发起着重要的作用，是油井增产的主要手段之一，其中压裂液起着传递压力和携带支撑剂作用，是压裂施工中重要的组成部分。现在普遍使用的水力压裂液，主要采用天然聚合物胍胶为主剂，交联剂、防膨剂、破胶剂等为助剂。聚合物配置需要一定的溶解时间，配制条件对设备的分散效果要求很高，并且需要巨型储备罐，配置后的压裂液在长时间存放过程中会变质、失去自身功用。压裂液在破胶后会留下大量的残余物不能排出，对返排液分析表明，只有35%胍胶基聚合物可返排，其余留在压开的裂缝中，降低了地层的渗透率，对地层造成严重伤害。因此研制配制简便且对地层伤害较小的压裂液体系是提高压裂效率非常有效的方法。
一、清洁压裂液
1.清洁压裂液压裂机理
清洁压裂液是一种粘弹性表面活性剂分子，这种压裂液依靠特殊合成的小分子量增稠物，在一定量盐溶液介质条件下，使粘弹性表面活性剂分子聚集，形成以长链疏水基团为内核，亲水基团向外伸入溶液的球型胶束；当粘弹性表面活性剂的浓度继续增加，表面活性剂胶束占有的空间变小，胶束之间的排斥作用增加，此时球形胶束开始变形，合并成为占有空间更小的线状或棒状胶束；棒状胶束会进一步合并，变成更长的蠕状胶束，这些胶束由于疏水作用會自动纠缠一起，形成空间交联网络结构，此时溶液体系具有良好的粘弹性和高剪切粘度，并具有良好的悬砂效果；随着表面活性剂浓度不断增加，交联网络状胶束还可以变为海绵状网络结构。该胶束能有效输送支撑剂，遇地层水后胶束又会变成小球形胶束，达到破胶的效果。
2.清洁压裂液优点
清洁压裂液具有滤失低、对地层无伤害等特点。清洁压裂液只需在粘弹性表面活性剂中添加助表面活性剂和盐水混配即可，配制简单可靠，易于操作和控制；而水基压裂液需要聚合物加大量的添加剂，要求很好的搅拌和长期沉淀，配制复杂，时间长。
清洁压裂液依靠流体的粘弹性结构来输送支撑剂，而水基压裂液是通过粘度来输送支撑剂，这样就降低了所需的粘度，不会因高速剪切造成剪切降解，造成携砂效果的降低，同时清洁压裂液良好的滤失性加快了端部脱砂的时间，从而获得良好的裂缝高度和长度。
二、清洁压裂液配方优选与性能评价
1.材料与仪器
粘弹性表面活性剂（自制）；非离子表面活性剂（工业级）；氯化钾（工业级）；碳酸氢钠（化学纯）；甲酸（分析纯）。
旋转粘度计；电子天平；恒温水浴锅；磁力加热搅拌器；酸度计。
2.清洁压裂液的配制
粘弹性表面活性剂浓度范围为2%～4%，实验中加入1%～4%的氯化钾、1%的非离子表面活性剂，混合搅拌直到旋涡闭合，闭合时间为2～6min（闭合时间主要由粘弹性表面活性剂和氯化钾的浓度决定），调节pH值到7～8之间。
3.结果与讨论
3.1溶液粘度与甜菜碱表面活性剂质量分数的关系
用旋转粘度计在30℃、170s-1下测量不同质量分数表面活性剂溶液表观粘度，试验得出，随着粘弹性表面活性剂用量的增大，溶液的表观粘度也随之增大，当表面活性剂含量达到一定数值时，表观粘度变化趋于一个定值。这是由于表面活性剂在整个溶液体系形成了海绵状网络结构，胶束量趋于饱和状态。
3.2溶液粘度与pH值的关系
配制1%和2%的粘弹性表面活性剂溶液，将pH调节至不同值，观察并在30℃、170s-1下测量溶液的表观粘度；试验得出，高pH值对体系的粘度影响不大，在pH为7～8时表观粘度最大，随着pH的降到4以下时体系粘度急剧下降。
3.3溶液粘度与氯化钾质量分数的关系
质量分数为2%的表面活性剂溶液，加入不同量的KCl，在30℃、170s-1下测量溶液的表观粘度；试验得出，随着KCl浓度的增大，溶液的表观粘度也随之变大。
3.4溶液粘度与温度的关系
质量分数为2%的表面活性剂溶液，加入4%的KCl溶液，在不同温度下测量溶液的表观粘度，试验得出，溶液的粘度随着温度的升高出现了先升后降的现象，在40℃时达到最大值。
3.5 破胶性能
清洁压裂液的破胶性能可通过与原油接触或通过用地层水稀释的方法来完成，将该压裂液与原油按体积比20：1混合，2h表观粘度为3mPa.s；加水稀释到一定程度，胶束网状结构被破坏，体系粘度丧失。
3.6 悬砂性能
将清洁压裂液装入200mL量筒中观察砂粒的沉降速度。结果表明沉降速度为6×10-4mm/s，满足压裂体系的悬砂要求。
3.7 清洁压裂液的耐温耐剪切性能
使用旋转粘度剂在170s-1的剪切速率下，以5℃/min的速率从20℃升至65℃，测得含表面活性剂4%、氯化钾4%的溶液的表观粘度。结果表明清洁压裂液保持了良好的剪切稳定性。
三、结论
1.该清洁压裂液体系主要由甜菜碱表面活性剂、非离子表面活性剂助剂和粘土稳定剂KCl组成，制简单，直接溶于水即可形成凝胶型压裂液。
2.实验表明配制该压裂液体系主要受阴离子影响较大，在加入KCl后，粘度得到显著提高，但当KCl浓度超过6%以后，粘度不在明显增加；其最佳pH=7～8，当pH值小于4时粘度急剧下降；使用温度在30～50℃之间，最佳温度为40℃，温度过高，体系粘度将迅速下降。
3.该压裂液体系具有良好的剪切稳定性，携砂性能强等特点，可以实现控制裂缝的有效延伸。
4.该清洁压裂液体系破胶彻底，无残渣，返排快，改善了增产效果。
参考文献
[1] 刘彦锋，郭学辉，张颖，刘世川，任海晶. VES清洁压裂液的研制及应用[J].应用化工，2012，10：1777～1779.
[2] 党亚姣，张佳平.新型清洁压裂液的室内合成及性能分析[J].中国新技术新产品，2012，7.