Page 29 - 201907

第 7 期 潘 一，等: 阴离子型清洁压裂液耐温性研究进展
总的来说，清洁压裂液的发展与应用大体由阳
离子型转向阴离子型，再转向双子型。国外对阴-
双子表面活性剂应用于清洁压裂液中的报道较少，
国内也是近几年才逐渐增加对其的研究。阴-双子结
构由于包含 2 个亲水基团和 2 个（或 3 个）疏水基
团，使其在清洁压裂液中更容易构成稳定牢固的胶
束结构，对岩石的吸附能力比常规阴离子表面活性
剂更弱，有利于油田现场的应用。目前对磺酸盐型
和羧酸盐型的阴-双子表面活性剂研究较多，通过探
索与改进分子主链与侧链的构效关系，使它不仅耐
温、耐盐和溶解性良好，对地层的渗流伤害更小，
分散性也得到提高，增黏作用明显。此外，对比于
单链主剂的 AVES 压裂液，双子型体系不仅使用性
能良好，在节约成本上的潜力也同样不容忽视。
1.3 纳米级 AVES 压裂液体系
纳米颗粒是一种超微颗粒，表面含有大量官能
团，在遇到阴离子胶束时所产生的静电组装作用和
化学价键作用，可以大大提高 AVES 压裂液的地层
适温性，同时改善滤失问题 [28] 。目前在清洁压裂液
中常用的纳米材料是纳米 TiO 2 颗粒，它具有良好的
化学稳定性、耐热性和无毒性，且价格优惠，来源
容易。中国纳米级清洁压裂研究多处于实验室研究
阶段，将纳米技术广泛投入到油田压裂的试用中，
通过实践来发现问题并改进具有重要意义。
Huang [29] 等引入尺寸为 35 nm、具有独特形态和
性质的无机晶体，加入油溶性或水溶性的碳氢化合
物和阴离子表面活性剂，制得纳米级 AVES 压裂液，
该体系耐温 65~121 ℃，由于纳米粒子的粒径小使
其在返排过程中具有明显的优势 [30-32] 。但这种纳米
材料是否会带来消极的影响，如工作液滤失量大、
引发地层膨胀等问题，还有待评估。纳米二氧化钛
是一种具有表面效应的超细微颗粒，雷小洋
制阴离子 GA-16，加入水杨酸钠（C 7 H 5 NaO 3 ）、十
二醇（C 12 H 26 O）、纳米 TiO 2 混合得到清洁压裂液。
适用地层温度 80 ℃，储层伤害率低，仅为 11.02%，
远小于胍胶压裂液，在低渗油气藏应用中压裂效果
较好，但应用时黏度的稳定性还有待研究。纳米 TiO 2
的表面效应在微观表现上为，表层原子周围没有原
子与其相邻，从而出现许多悬空键，产生了不饱和
性，这种性质使得超细微粒子表层具有很大的表面
活性，从而对阴离子产生辅助作用，促使压裂液体
·1275·
系形成稳定性较强的网状胶束结构，这在一定程度
上保证了该体系在低-中温地层中具有较好的适应
性。罗明良 [34] 等将阴离子表面活性剂溶解于去离子
水中，加入定量的 TiO 2 搅拌均匀，得到纤维基纳米
清洁压裂液，命名为 F-NCF。该体系 70 ℃仍能保
持良好的性能，室内评价该压裂液体系可明显降低
储层伤害，在低渗油藏中渗透恢复率较高。这种纤
维基纳米体系，不同于一般的纳米清洁压裂液，纤
维基可提高压裂液的悬砂性能，但是对于体系耐温
性及其他性能作用不明显，且消极影响不明确。如
果可以将纤维性物质作为替代物质添加于压裂液
中，其产生的效果将会更加直观和清晰，同时也是
一种好的提高压裂性能的研究方向。有研究表明，
聚乳酸纤维可以作为一种流变增强剂应用于油田处
理和制备黏弹性表面活性剂基流体，它可以缩短黏
弹性表面活性剂处理液的剪切恢复时间，增加液体
黏度，还能改善支撑剂沉降的现象 [35] 。作者认为该
物质在清洁压裂液的配制中具有较强的适用性，但
含聚乳酸纤维的清洁压裂液的耐温性还需进一步
研究。
总的来说，纳米粒子的引入在一定程度上可以
提高破胶返排效率；纳米 TiO 2 具有分散性，可以改
善压裂液沉降问题；提高清洁压裂液的流变性和耐
热性，改善滤失性，促进优质压裂滤饼的形成；减
少影响裂缝导流能力的消极因素 [36-37] 。所以，将纳
米技术引入到 AVES 压裂液体系中将是提高油井采
收率的有效方法。但这种体系的耐温性不高，多用
于中温地层，且分散性和膨胀性仍需研究和评估，
所以，为完善纳米级 AVES 体系的性能并提高其使
用价值，耐温性及其他性能的研究显得尤为关键。
双子型、纳米级 AVES 性能对比如表 2 所示。
如表 2 所示，与表 1 典型 AVES 体系进行对比，
表 2 中 AVES 压裂液的破胶时间更短，携砂性和破
胶返排性更好。双子型 AVES 压裂液的胶束结构稳
定，适用于 90~140 ℃的中高温低压、低渗透性地
[33] 等自 层；纳米级 AVES 压裂液适用于 60~100 ℃的中温
常规性地层，滤失性好，黏度高。不足之处在于，
该体系表面活性剂合成复杂，所配制的压裂液黏度
不高，可能会造成携砂困难的状况。此外，纳米级
AVES 压裂液成本偏高，且不适用于高温地层。作
者认为对于双子型 AVES 压裂液来说，在保证耐温
性的前提下提高压裂液黏性是尤为重要的，可以从
助剂的选择上入手，研究助剂与阴-双子表面活性物
质之间的构效与配比关系，从而进一步增大体系的
黏性和耐温性。