石油和天然气是当前世界能源消费的主要组成部分，20世纪末它们占有接近三 分之二的份额。从20世纪初期汽车工业迅猛发展以来，能源变得尤为重要由于 国民经济的快速发展，我国对石油产品的需求量会越来越大，已经成为世界第二石油 消费国，并且石油进口量会逐年增加。
目前，随着大量低孔、低渗等难采油气藏的发现，提髙石油采收率是一个备受关 注的问题。低渗、特低渗透油田大部分属于“三低”油藏，即渗透率低、单井产量低、 储量丰度低，属于贫矿类型。开发这类油田成本高、难度大、经济效益差，目前尚有 23亿吨的探明储量没有开发动用。如何有效的开发低渗透、特低渗透油气藏，提高 油藏改造后的单井产量，降低开发成本是需要解决的关键问题。水力压裂改造是低渗 透油气藏开发的重点增产措施[2]。
水力压裂已经成为油气藏重要的增产增注手段，自1947年美国第一次水力压裂 以来，历经半个多世纪的发展，水力压裂已经发展成一项相当成熟的工艺，对油气藏 的改造和开发做出了不可磨灭的贡献。特别是对于大量低渗透油气藏的改造来说尤为 重要。水力压裂是指将稠化剂（如瓜尔胶、黄原胶等植物胶）和交联剂（如有机硼） 等多种化学添加剂混调在一定溶液介质（多为水溶液）中，形成具有一定粘弹性的压 裂液，然后在高排量、高泵压下通过特制管柱注入产层，以水力尖劈地层，并延伸形 成裂缝。首先，泵注纯的压裂液液体（称之为前置液）以形成裂缝并建立延伸，然后 泵注含支撑剂（如石英砂）的携砂压裂液。携砂压裂液继续延伸裂缝，并携带支撑剂 深入裂缝内部。当材料泵送完成后，压裂液在破胶剂（如过硫酸铵）和热降解作用下 降解为低粘度流体（称为破胶液)，返排到地面；而支撑剂则留在裂缝内，形成一条 高导流能力的通道，以降低油气流动阻力，利于油气由地层远处流向井底M。
压裂液体系是压裂工艺的重要组成部分，是涉及压裂施工成败的关键因素之一。 在压裂施工中的基本作用可以概括为三点：（1>使用水力尖劈作用形成裂缝并使之延 伸；（2)沿裂缝输送并铺置压裂支撑剂；（3)压裂后液体能最大限度的破胶与返排， 减少裂缝与液层的损害，使其在储集层中形成一定长度的髙导流的支撑缝带按照压裂液配置材料和液体性状分类，压裂液通常可分为水基压裂液、油基压裂 液、乳状压裂液、泡沫压裂液、酸基压裂液、醇基压裂液以及清洁压裂液。当油层压 力不足以克服毛细管压力时，压裂液会滞留在孔隙中，造成毛细管阻塞，最终导致压 裂失败。因此一定要根据地质学、压裂液流动和岩石一压裂液作用等因素综合考虑选 择适当的压裂液，压裂液性质会随着油层和油层液体情况发生变化，因此具体选择时 要考虑压裂液的以下方面[3]:(1)控制液体滤失的压裂效率。这个参数是衡量压裂液在对抗滤失中劈开裂缝 的能力。
(2)产生缝宽能力。裂缝宽度取决于粘度；在较小程度上取决于滤失控制。
(3)输送支撑剂能力。取决于在裂缝内剪切情况下压裂液的粘度。在输送大粒 度支撑剂到很远时，这一点很重要。
(4)挥发性。只有蒸汽和泡沫压裂液在油层中有挥发性。在低渗透、易产生永 久性液阻的地层中很需要它。
(5)润湿倾向。
(6)表面和界面张力。对于低渗透油层这是最重要的参数，因为那里容易引起 永久性液阻。未处理的水基流体的界面张力为烃类的3倍。可以用有机活性剂处理水 基压裂液，但它们以吸附在岩石和粘土表面。最后用醇类和碳氟类活性剂。
(7)粘土共容性。这是储层矿物中粘土受压裂液影响程度的参数。
(8)凝胶残余物。凝胶液残余物的含量在每立方米液体中不超过1kg，它与粘 土损害一起可以大大提高毛管压力，但在液阻不大的地层它能控制压裂液滤失。
(9)井筒性质。即压裂液摩阻损失和液柱静压。
目前I国内95%以上使用的是植物胶压裂液体系，压裂后聚合物水不溶物残留在 裂缝中，返排到地面的瓜尔胶压裂液只占泵入量的30%?45%，而且植物胶含10%?25% 的水不溶物，存留下来的聚合物以及破胶不彻底都会带来地层损害，降低地层的渗透 率。所以近期国内外都在致力于幵发低损害压裂液技术，并取得了很大进展。
斯伦贝谢公司研制的粘弹性表面活性剂压裂液（VES)是由表面活性剂长链脂肪 酸的季铵盐溶解在盐水中制得。当表面活性剂的浓度大于CMC浓度时开始形成胶束， 然后随着浓度的增加，溶液开始由二聚体、三聚体等小型胶束逐步发展到球形胶束、 棒状胶束并向六角形胶束变化，当浓度进一步加大会形成层状胶束或液晶结构，具有 双折射结构w。当表面活性剂达到一定的浓度后胶束相互缠结具有压裂液需求的粘弹 性，不再需要交联剂即可有效的携砂、造缝。液体进入地层后与油气接触发生增溶作 用或被地层水稀释，棒状胶束或蠕虫状胶束就会变成球形胶束。此时VES凝胶液体的 粘度很低，无需破胶剂就可达到很好的返排效果^使用硼酸盐压裂液的地层的保留导 流能力通常只有40%?60%,而VES流体的支撑剂充填导流能力通常大于90%。现场实 验结果表明使用方便，操作简单，取得了很好的经济效益泡沫压裂液也是一种理想的压裂液体系，具有粘度高、携砂能力强、对储层损害 小、返排能力强、滤失小等特点，主要适合于低压、水敏性油气层。针对清洁压裂液 成本高、滤失较大等缺点，国内首次提出清洁〇)2泡沫压裂液体系。利用清洁压裂液 在弱酸性介质下仍然具有良好的増粘能力和表面活性剂良好起泡的特点，将表面活性 剂压裂液与C02介质相结合，即形成了清洁C02泡沫压裂液新体系。室内研究以及现 场实验证明该压裂液体系工艺成功，助排、增产效果明显。
油基压裂液通常由径类（原油、柴油）、稠化剂（有机磷酸盐)、交联剂（偏铝酸 盐）和破胶剂（强碱弱酸盐）组成。通过两步交联法，提高了其现场可操作性和耐温 能力（达[30=0。它具有与油藏配伍性好、易返排、低损害等优点，适合于强水敏、 低压储层，同时也存在以下缺点：（1)室温下稠化剂一般为膏状，需加热才能使用， 分散能力差；（2)由于柴油、煤油等成品油价格较高，所以压裂液的成本也较高；（3) 耐温性能差等。改善施工安全的可操作性，使用高效液体破胶剂是油基压裂液的发展 方向。目前，在这些方面已取得了很大进展[a'针对有些地方存在的高凝油油藏（如辽河油田的高凝油可占原油总产量的60%) 开发了热压裂液。对于这样的油田如果使用常规的压裂液，势必会对油田造成“冷损 害”，因为冷流体的进入会导致井底周围原油冷却，高凝油油藏中的沥青质、蜡质等 析出，沉积在裂缝中，大大降低了裂缝的导流能力。热压裂液技术要在压裂液中加入 如呢2和NH4C1两种试剂。二者相互混合后，在催化剂的作用下会发生化学反应，放出 大量的热能和气体。反应方程式如下：NaNq +NH,CI-^NaCJfN2 t+2H20 反应培为：A H〇=-332_ 58kJ/mol由上式可见，该反应可产生大量的热能和气体，使油层温度升高，达到最终提高 采收率的目的，而且该压裂液还有助于液体的返排。自生热压裂技术主要适用于原始 地层温度较低、生产层位较浅、地层压力较低、地层返排能力较弱的髙凝油油藏。
目前，国内外压裂液发展的主流方向是优质、低损害、低成本、对环境污染小。 经过半个多世纪的发展，在这方面取得了惊人的成绩，上述压裂液的最新进展无不是 向着这个目标前进。每种压裂液类型都有自己的使用范围以及优缺点。
本文研究的低分子压裂液（Low Molecular Weight Fluid,简称LMWF)是一种 新型的压裂液体系，该液体又称为高性能流体（HPF)，可以代表压裂液的发展方向。 众所周知，针对瓜尔胶原粉的不足，在其改性方面已进行了大量研究，例如羟丙基瓜 尔胶、羧甲基轻丙基瓜尔胶等，但是上述改性没有明显降低瓜尔胶的分子量，即使使 用破胶剂之后液体的粘度有所降低，但是大分子仍然会对地层造成损害。最重要往往 也是经常被忽视的一点是破胶剂在破胶的过程中的副产物会降低地层的渗透率，因为 返排时间通常是几天，最初的时间内液体粘度降低，但是随着时间的延长，六个不含 支链的甘露糖就有可能生成聚合甘露糖单环不溶物，该不溶物脱离溶液，任何破胶剂 反应都不能使其降解或者是反应很慢，因此会造成地层损害。本文也是有关瓜尔胶改 性的研究，但与以往不同的是，这里是有目的的降低该聚合物的分子量，小分子的聚 合物不使用破胶剂，返排率高，对地层的损害大幅度降低，以及伴随着分子量的降低在液体性能方面发生的一系列变化。该压裂液的主要优点包括[113IW:(1)水不溶物降低（图0.1 )。与其它的瓜尔胶基压裂液相比分子质量降低很多， 在分子质量降低的过程中，水不溶物也发生了降解作用，所以对地层损害明显降低， 返排量接近100%;(2)水的用量以及其它化学试剂的用量的减少。返排后的液体与施工之前的基 液相比，其结构没有发生明显的变化，经过一系列测试和调整之后完全可用于下一次 施工；(3)裂缝导流能力很高。因为对支撑剂充填层的破坏很小，滤失控制很好，所 以保留了较长的有效裂缝长度（图0.2)，对裂缝表面损害较小。
(4)对环境污染小。鉴于该液体的回收利用性，降低了各种化学物质对环境的 影响。据报道重复使用可高达六次。
本文研究的重点是瓜尔胶降解方法的研究，主要包括降解的控制因素、降解后液 体流变性能、流变动力学过程以及分子量的确定等方面的研究。