CN102093879A - 具有破乳性的压裂液添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有破乳性的压裂液添加剂，属于压裂液技术，主要解决了现有技术中压裂液难以满足环境要求的问题。该具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，包括乳化剂、稠化剂、交联剂、降滤失剂、破胶剂、助排剂、粘土稳定剂、破乳剂，其质量比为6∶4∶3∶50∶1～3∶1～1.5∶30∶4.5。本发明能够在很大程度上提高压裂液的使用效果，使压裂液彻底破胶，并增加粘接能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种添加剂，具体地说，是涉及一种具有破乳性的压裂液添加剂。
背景技术
压裂液(fracturing fluid)是水力压裂改造油气层过程中的工作液，起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。压裂液及其性能是影响压裂成败的重要因素，对大型压裂来说这个因素更为突出。压裂液及其性能对能否造出一条足够尺寸的，有足够导流能力的填砂裂缝是有密切关系的。在压裂施工的各项费用中，压裂液要占1/2或更多，使用恰当性能的压裂液也是提高压裂经济效益的重要途径。
压裂液是一个总称，按照在不同阶段注入井内的压裂液所起的作用，压裂液组成分为以下3类：
(1)前置液：即不含支撑剂的压裂液，用于形成和延伸地层裂缝，为支撑剂进入地层建立必要的空间，同时可以降低地层温度以保持压裂液粘度
(2)携砂液：用于进一步延伸裂缝，将支撑剂带入压裂裂缝预定位置，充填裂缝而形成高渗透支撑裂缝带。携砂液实质是一种混有支撑剂的压裂液，用量很大，视地层情况、液体性能和改造规模而定；
(3)顶替液：用于将井筒内携砂液全部顶入地层裂缝，避免井底沉砂。
对于占液量绝大部分的前置液及携砂液都应具备一定的造缝能力并使压裂后的裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力，这样它们必须具备如下的性能要求：
(1)滤失少：这是造长缝、宽缝的重要性能。压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少。在压裂液中添加降滤失剂能改善造壁性，大大减少滤失量。
(2)悬砂能力强：压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液只要有足够高的粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂子在缝中的分布是非常有利的。
(3)摩阻低：压裂液在管道中的摩阻越小，则在设备功率一定的条件下利用来造缝的有效功率越多。摩阻过高不仅降低了设备的利用效率，甚至由于井口压力过高而限制了施工。
(4)热稳定性和抗剪切稳定性：保证液体不能由于温度升高或在机械剪切作用下而使粘度大幅度降低。
(5)配伍性：压裂液进入地层后与地层中的岩石矿物接触，不应起不利于油气渗滤的物理或化学反应，例如不要引起粘土膨胀或发生沉淀而堵塞地层。这种配伍性的要求是非常重要的，往往有些低渗地层压裂后效果不佳，有部分原因就是由于配伍性不好造成的。
(6)破胶快速、彻底：保证压裂液施工后能快速返排，提高施工效率。
(7)残渣含量低：降低压裂液残渣对地层的伤害。
(8)货源广便于配制，成本适中，经济上切实可行。
基于上述要求，如果仅仅使用现有的压裂液，是难以完全满足的，因此，必须要在现有的压裂液中添加能够满足要求的添加剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有破乳性的压裂液添加剂，将其添加到压裂液中，提高压裂液的性能，使其满足使用环境对其的要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，包括乳化剂、稠化剂、交联剂、降滤失剂、破胶剂、助排剂、粘土稳定剂、破乳剂，其质量比为6∶4∶3∶50∶1～3∶1～1.5∶30∶4.5。
所述乳化剂为混合乳化剂，由OP-10和Span80按照质量比10∶90组成。
所述稠化剂为GHPG。
所述交联剂为有机硼交联剂SQ-1。
所述降滤失剂为柴油。
所述破胶剂为过硫酸氨。
所述助排剂为QX-1。
所述粘土稳定剂为KCI。
所述破乳剂为WLD33。
本发明主要用于压裂液中，对压裂液起到提升效果的作用。在本发明中，乳化剂主要用于降低两种液体之间的界面张力，为了提高乳化剂的效果，本发明使用了由OP-10和Span80组成的混合乳化剂，通过实验可以明显看出，混合乳化剂的乳化稳定性、抗盐性、和耐温性比单一的OP-1或Span80的稳定性要好很多。稠化剂是压裂液的作用是提高水相粘度，降低液体滤失、悬浮和携带支撑剂。降滤失剂对C1及C2没有太大影响，其目的在于有效地降低压裂液的造壁性滤失系数，降低压裂液的综合滤失系数。破胶剂的作用是在压裂液完成造缝和携砂，形成永久性的填砂裂缝后，使压裂液迅速破胶降粘，变成近似清水的破胶水化液从地层排出。减少水化液在地层里的停留时间和残渣量，也就减少了储层及填砂裂缝渗透率损害的可能性。压裂液破胶水化液的粘度越低，对地层损害越小。水化液粘度高，将增加返排过程中残液通过裂缝孔道的阻力，降低排液速度和排液量，增加滞留时间。破胶水化液的粘度主要受破胶剂影响，因此，在一定条件下，破胶剂浓度越高，水化液粘度越低。助排剂的助排作用可以使多个液滴或气泡通过多个吼道时，降低附加阻力，特别是吼道半径很小时，效果尤其明显，其原理在于降低油(气)水表界面张力，增大与岩石接触角，降低毛细管阻力，从而提高压裂液返排效率。粘土稳定剂用于防止油气层中粘土矿物水化膨胀和分散运移。破乳剂一方面使进入储层的滤液在储层温度下能快速破乳，降低对储层渗透率的伤害，另一方面使乳化压裂液破胶后能较快破乳，提高压裂液的返排效率。
本发明主要用于压裂液中，特别是交联水包油乳化压裂液中，其有益效果在于：降低残渣、增加粘接能力，降低浓缩胶对支撑裂缝的伤害，使压裂液彻底破胶。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明。
具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，包括乳化剂、稠化剂、交联剂、降滤失剂、破胶剂、助排剂、粘土稳定剂、破乳剂，其质量比为6∶4∶3∶50∶1～3∶1～1.5∶30∶4.5。
所述乳化剂为混合乳化剂，由OP-10和Span80按照质量比10∶90组成。由于乳化剂OP-10乳化稳定性与石油天然气行业标准SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》中对乳化压裂液稳定时间≥6h的要求相去胜远，因此将OP-10与Span80混合成为新的乳化剂。按照OP-10和Span80的质量比10∶90混合而成的乳化剂的HLB在11.4左右，混合乳化剂分子间的相互作用，使界面膜中分子的排列更紧密，形成的膜具有相当高的强度，不易破裂，因此所形成的乳状液更稳定。
所述稠化剂为GHPG。
所述交联剂为有机硼交联剂SQ-1。机硼交联剂SQ-1具有明显的延迟交联特性，且随基液pH值的增加，延迟交联时间越长，有机硼络合物交联GHPG反应首先是有机硼络合物多级电离，缓慢产生硼酸盐离子B(OH)-4，再与GHPG分子链上的邻位顺式羟基作用，形成1∶1和2∶1结构，即交联的三维网状冻胶。有机硼络合物的稳定性越强，不易离解，具有明显的延迟交联的作用。
所述降滤失剂为柴油。
使用压裂液降滤失剂的一般原则如下：
(1)泡沫压裂液和聚合物乳化压裂液中可不加降滤失剂；
(2)当储层气体渗透率小于0.01×10-3μm2，油相渗透率小于0.1×10-3μm2时，可不加降滤失剂或不必特别筛选降滤失剂；
(3)当储层气体渗透率大于0.01×10-3μm2而小于1×10-3μm2，油相渗透率大于0.1×10-3μm2而小于10×10-3μm2时，可使用液态或液态加固态降滤失剂；
(4)当储层气体渗透率大于1×10-3μm2，油相渗透率大于10×10-3μm2时，可使用0.4％~0.7％的固态降滤失剂；
(5)若地层有天然裂缝，缝宽小于50μm时所用固态降滤失剂的粒径应在200目左右，缝宽大于50μm时粒径应在100目左右；如裂缝压力与油藏压力差在14MPa以上，则应大量使用降滤失剂。
所述破胶剂为过硫酸氨。破胶剂的起始作用时间是影响压裂液携砂、造缝作用的最重要性能之一。破胶剂在造缝之前就开始起破胶作用，加上泵送过程中的剪切降解作用的影响，造成压裂液粘度提前损失，达不到造长裂缝对压裂液粘度的要求。相反，如果压裂造缝阶段完成之后破胶剂不能及时发挥破胶作用，压裂液在地层的驻留时间长，会增加压裂液造成地层伤害的可能性。普通破胶剂加量过大，会使压裂液提前破胶降粘，影响压裂液的造缝作用；破胶剂加量过小，破胶效果差，破胶不彻底，将导致压裂液破胶后残渣含量高，造成地层孔隙堵塞，使填砂裂缝渗透率降低，导流能力下降。此外，破胶不彻底造成残液粘度高，返排困难，返排率低，压裂液滞留地层形成水锁和混相流动，增加油流阻力，压裂处理效果降低，甚至达不到压裂的目的。
所述助排剂为QX-1。
所述粘土稳定剂为KCI。无机盐粘土稳定剂中最常用的是KCl，K+的大小适合嵌入粘土矿物相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，起到连接作用，同时与周围的氧原子配位，因此，这种连接作用十分牢固，可阻止其他阳离子的交换作用，使粘土颗粒堆积的各层片晶保持凝结或浓缩状态，从而阻止粘土颗粒的膨胀分散。但KCl是暂时性的粘土稳定剂，几乎不能阻止粘土与低含盐量水连续接触或受到冲刷时发生的微粒运移。
所述破乳剂为WLD33。破乳剂WLD33具有以下特点：
(1)破乳剂加入后朝油水界面扩散，其界面活性高于乳化剂的界面活性，能在油水界面上吸附或部分置换界面上吸附的乳化剂，并且与成膜物质形成具有比原来界面膜强度更低的混合膜，导致界面膜破坏，将膜内包裹的水(油)释放出来，水(油)滴互相聚结形成大水(油)滴沉降到底部，油水两相发生分离，达到破乳的目的；
(2)破乳剂具有反相作用，在反相过程中，乳化膜破裂；
(3)破乳剂对乳化膜有很强的溶解作用，通过溶解使乳化膜破裂；
(4)破乳剂可以中和油-水界面膜上的电荷，破坏受电荷保护的界面膜。
Claims (9)
1.具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，包括乳化剂、稠化剂、交联剂、降滤失剂、破胶剂、助排剂、粘土稳定剂、破乳剂，其质量比为6∶4∶3∶50∶1～3∶1～1.5∶30∶4.5。
2.根据权利要求1所述的具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，所述乳化剂为混合乳化剂，由OP-10和Span80按照质量比10∶90组成。
3.根据权利要求1所述的具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，所述稠化剂为GHPG。
4.根据权利要求1所述的具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，所述交联剂为有机硼交联剂SQ-1。
5.根据权利要求1所述的具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，所述降滤失剂为柴油。
6.根据权利要求1所述的具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，所述破胶剂为过硫酸氨。
7.根据权利要求1所述的具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，所述助排剂为QX-1。
8.根据权利要求1所述的具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，所述粘土稳定剂为KCI。
9.根据权利要求1所述的具有破乳性的压裂液添加剂，其特征在于，所述破乳剂为WLD33。
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