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为解决传统水力压裂液高耗水、热稳定性差和支撑剂输送不足等问题，研究人员开展水基压裂液稳定性及影响的实验研究。结果显示新配方符合 API 标准，热稳定性和支撑剂输送效率提升。该研究为水力压裂提供新选择。
在能源开采领域，水力压裂技术至关重要，它是从低渗透油气藏中开采非常规油气资源的关键手段。然而，传统的水力压裂液却存在诸多棘手问题。一方面，其耗水量巨大，每口井压裂需 1000 万加仑淡水，这在水资源匮乏地区难以实现。另一方面，大量化学添加剂不仅会造成地下水污染，引发多种疾病，而且约 50% 使用后的压裂液因含有难以处理的污染物，如盐水、有机物质、放射性元素和重金属等，只能回注地下，进而引发周边地区的地震活动。同时，传统压裂液还面临热稳定性差、支撑剂输送效率不足等问题，严重制约了水力压裂技术的发展。
为了解决这些难题，推动水力压裂技术的进步，研究人员开展了关于水基压裂液稳定性和影响的实验评估研究。该研究成果发表在《Fuel Communications》上。
研究人员为了探究不同添加剂对水基压裂液性能和稳定性的影响，设计了一系列实验。在实验过程中，他们依据 API 标准，选用市场上购买的添加剂来制备水基压裂液，并使用了多种仪器设备对压裂液的各项参数进行测量和分析，如 pH 计、总溶解溶剂（TDS）计、比重计、粘度计等。
研究结果如下：
- 水性质分析结果：水作为水基压裂液的基础流体，其性质需满足 API 标准。实验测量的水 pH 值小于 8、密度小于 1.005、TDS 值小于 500，符合设计压裂液的要求。
- 线性压裂液分析结果：通过添加胶凝剂增加线性压裂液的粘度，研究人员依据特定公式计算不同转速（RPM）下的粘度，得到了线性压裂液在不同 RPM 下的粘度数据。
- 交联压裂液分析结果：交联剂用于提高压裂液在高温下的粘度稳定性。研究发现，交联压裂液的粘度稳定性优于线性压裂液，其粘度约为线性压裂液的 200%。
- 压裂液稳定性测试结果：未添加三乙醇胺（TEA）时，压裂液粘度随温度升高显著下降，从 32°C 时的 132.5 cP 降至 200°C 时的 77 cP，降幅达 58.11%；添加 TEA 后，粘度下降幅度明显减小，仅降至 118 cP，降幅为 11% ，表明 TEA 能有效稳定压裂液粘度。
- 粘度破胶剂测试结果：添加破胶剂会影响压裂液粘度，盐酸（HCL）和过硫酸铵作为破胶剂添加时，压裂液粘度会下降，其中过硫酸铵与 HCL 共同添加时，粘度从 122.5 cP 迅速降至 100 cP。
- 筛分分布和粒度分析结果：研究得到了不同尺寸和重量的支撑剂，支撑剂的粒度、形状、分选质量等对水力压裂效果影响重大，合适的支撑剂特性有助于提高裂缝渗透率、导电性和稳定性。
- 支撑剂沉降速率测试结果：线性凝胶和交联凝胶的支撑剂沉降速率不同，添加 TEA 可使支撑剂沉降速率降低 6.8%，利于支撑剂在裂缝中的输送和放置。
- 扫描电子显微镜（SEM）测试结果：SEM 测试显示，支撑剂样本中的砂粒多为亚棱角状和亚圆形，分选良好，符合有效支撑剂的标准，有助于维持裂缝导电性和提高产量。
- X 射线衍射（XRD）测试结果：XRD 分析确定了支撑剂样本中二氧化硅（SiO?）、碳酸钙（CaCO?）等矿物质的比例，高纯度的 SiO?更有利于压裂液的性能发挥。
- 经济可行性分析结果：与传统压裂液相比，添加 TEA 的水基压裂液在材料成本、支撑剂使用量、设备损耗、环境风险等方面具有优势，长期来看经济可行性高。
研究结论表明，新型水基压裂液通过添加 TEA 等添加剂，有效解决了传统压裂液的诸多问题，满足了 API 标准，提高了热稳定性和支撑剂输送效率，减少了环境危害，为更有效和可持续的水力压裂提供了有前景的替代方案。
该研究的意义重大，它为水力压裂行业提供了一种性能更优、更环保、成本效益更高的压裂液选择，有助于推动非常规油气资源的高效开发，同时降低了对环境的负面影响。在未来的研究中，可进一步优化添加剂浓度，运用先进可视化技术深入研究压裂过程，分析压裂液对储层的长期影响，以不断完善水基压裂液技术，促进能源行业的可持续发展。
