李雪凝　張付生　仉潮　張文雯

摘 要：壓裂液的組成對(duì)頁(yè)巖氣開采起到至關(guān)重要的作用，本文主要研究了壓裂液的組成及作用，以及其對(duì)人體的影響。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣;壓裂液組成;壓裂液作用

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，頁(yè)巖氣作為重要的非常規(guī)天然氣資源，正成為油氣資源勘探開發(fā)領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。近年來，我國(guó)頁(yè)巖氣工業(yè)也發(fā)展迅猛。水力壓裂是頁(yè)巖氣開采中廣泛應(yīng)用的一種液壓鉆井技術(shù)，對(duì)壓裂液的要求較高，安全、環(huán)保、高效的壓裂液能夠提高頁(yè)巖氣開采產(chǎn)量。

1 壓裂液的組成

用于頁(yè)巖氣生產(chǎn)的壓裂液中水和支撐劑的比重占98%到99.5%。支撐劑為固體材料，支撐劑材料包含砂和陶瓷材料，其作用是嵌入斷裂口，在井內(nèi)減壓后的天然氣成產(chǎn)中保持?jǐn)嗔芽趶堥_。壓裂液配方中使用了相當(dāng)多種類的化學(xué)添加劑，目的是減少摩擦、腐蝕、細(xì)菌滋生，并提供其他便于生產(chǎn)的功能。每一個(gè)頁(yè)巖氣地層都需要根據(jù)該地層的地質(zhì)特征和運(yùn)行情況特別配置壓裂液。壓裂液中有經(jīng)常使用的有四種物質(zhì)：凝膠劑、減阻劑、泡沫流體和混合流體。

凝膠劑一般由瓜爾豆膠和其他多糖的凝膠混合劑與水制備。凝膠劑可顯著增稠液體，防止支撐劑成分過早從流體中分離出去。甚至少量多糖就可以將水的粘性增加100倍以上[1]。在高溫下，必須加入如硼酸、鋯、鈦、鐵、鉻等交聯(lián)劑來交聯(lián)凝膠劑，從而組成足夠穩(wěn)定且稠密的凝膠，在壓裂過程中令支撐劑在其中保持靜止。在這種情況下，通常在之后的壓裂階段會(huì)使用如酸、氧化劑或酶等破膠劑分解凝膠劑，使凝膠劑可以較容易地從井筒中清除而不帶走支撐材料。在一些情況下，為使交聯(lián)劑能有最好的表現(xiàn)，會(huì)需要使用pH調(diào)節(jié)劑。

減阻劑即多糖減阻劑，多糖被證明能夠減小注水過程中70%的摩擦力和不穩(wěn)定性。由此，壓裂液可以以最高120桶/min（通常大于60桶/min）的流速注入井筒。減阻壓裂在美國(guó)巴涅特頁(yè)巖第一次被投入使用，現(xiàn)在美國(guó)馬塞勒斯和美國(guó)海恩斯維爾頁(yè)巖也都在廣泛使用這種方法。它通常被用于高壓深層頁(yè)巖中。和常規(guī)凝膠劑相比，減阻劑更加便宜且它們的作用不易受水質(zhì)影響。因此在回收使用回流水和生產(chǎn)水方面非常有優(yōu)勢(shì)。

泡沫流體使用氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w生成泡沫。它作為一種支持液體運(yùn)載支撐劑到斷裂口。二氧化碳可以以液體形式注入，而氮?dú)庑枰詺庀嘧⑷胍苑乐箖鼋Y(jié)。如果必要可以加入減阻劑和/或凝膠劑。使用氮?dú)馀菽黧w會(huì)減少50%的用水量并且能夠在更少的注入速率下注入更多支撐劑。在較淺的頁(yè)巖層和那些油藏壓力及溫度較低的地方泡沫流體的使用更加頻繁。

混合壓裂液是同時(shí)使用減阻劑和交聯(lián)劑的凝膠流體。首先將減阻劑注入地層來產(chǎn)生理論上水平寬度最小的裂縫，然后將混合了支撐材料的凝膠流體注入斷裂口并使斷裂口在壓力降低后仍保持張開狀態(tài)。通過使用混合壓裂液，操作者可以減少壓裂處理的成本并長(zhǎng)期保持天然氣生產(chǎn)率。

2 其他添加劑及作用

除了以上提到的主要化學(xué)添加劑，壓裂液也會(huì)加入殺菌劑、表面活性劑、粘土穩(wěn)定劑、阻垢劑以提高流體性能。表1總結(jié)了常規(guī)使用的化學(xué)添加劑以其主要功能。酸用以溶解礦物質(zhì)和初始的斷裂口。殺菌劑用于消滅流體和地層中可能出現(xiàn)的微生物，這些微生物可能會(huì)產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)或者導(dǎo)致流體酸化。粘土穩(wěn)定劑用以防止粘土層膨脹，膨脹后的粘土層會(huì)減少地層的滲透性。緩蝕劑能保護(hù)管道不被腐蝕。鐵控制劑避免壓裂液與礦物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生金屬氧化的沉淀物。除氧劑清除流體中的氧以幫助抑制管道氧化。表面活性劑用以減少表面張力從而能夠更好地回收水。

3 壓裂液添加劑對(duì)人體的危害

壓裂液中的一些化學(xué)添加劑會(huì)對(duì)人體健康造成潛在影響。交聯(lián)后的凝膠可能含有硼酸、四硼酸鈉和乙二醇。他們?cè)诟邼舛葼顟B(tài)下有危險(xiǎn)性，長(zhǎng)期暴露于其中可能導(dǎo)致腎臟、肝臟、心臟、血液和大腦損傷。破膠劑中可能含有過硫酸銨，它們會(huì)對(duì)呼吸道、眼部和皮膚產(chǎn)生刺激。殺菌劑可能含有包括多環(huán)有機(jī)物和多環(huán)芳烴在內(nèi)的有害物質(zhì)。所使用的酸包含具有腐蝕性的甲酸和鹽酸。

4 總結(jié)

壓裂作為頁(yè)巖氣開發(fā)的主要手段之一，壓裂液體系的開發(fā)將會(huì)得到更加全面的發(fā)展。隨著新型壓裂液的開發(fā)研究，未來的壓裂液體系將會(huì)向著低成本，低傷害，耐高溫，循環(huán)利用的清潔環(huán)保方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛承瑾.頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].石油鉆探技術(shù)，2011，39（3）：24-29.