CN102155209B

CN102155209B - 一种酸性粘弹性流体压裂地层的方法

Info

Publication number: CN102155209B
Application number: CN201110023892.3A
Authority: CN
Inventors: 张士诚; 张艳; 张劲; 李双明
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102155209A

Abstract

本发明提供一种酸性粘弹性流体压裂地层的方法。该方法包括以下步骤：(1)配制基液A、基液B及酸液C；(2)在应用施工现场将A与B泵入混砂车，同时加入支撑剂，搅拌均匀，以一定压力打入压裂管道；(3)将酸液C在泵后用酸化泵车通过三通管汇挤入与携砂液混合；(4)在足够压开地层的压力下，将含酸的粘弹性携砂液通过油气井的射孔孔眼挤入地层，在地层内部形成裂缝；撤去压力，使裂缝闭合，让破胶后的压裂液返排出地面，完成施工。

Description

一种酸性粘弹性流体压裂地层的方法

技术领域

本发明涉及一种酸性粘弹性压裂液压裂地层的方法和一种酸性粘弹性流体。该酸性粘弹性流体和方法可用于油田压裂增产。

背景技术

水力压裂是指促使从地下岩层生产流体(如油和天然气)的方法。在水力压裂过程中，以至少足够克服上覆岩层压力并在地层中触发裂缝和/或使裂缝延伸到地层中的压力和流速，通过井眼并对抗地层面而注入压裂液。压裂液中通常承载有悬浮在该压裂液中并且将被输送到裂缝中的支撑剂，如20-40目的砂子、矾土、玻璃珠等。支撑剂用于在压力解除时防止地层自身的闭合。由支撑剂填充的裂缝形成渗透通道，地层流体可通过该渗透通道流向井眼，然后被抽出。

目前我国低渗透油藏的采油速度和采出程度均较低，稳产难度很大，压裂工艺是增产的主导技术。国内外最常使用的压裂液为水基聚合物压裂液，天然或合成聚合物在交联剂的作用下形成高粘度的压裂液。这些压裂液体系的不足之处在于残留物，残留物主要来自两方面：①植物胶本身存在的水不溶物；②破胶不彻底残留的微凝胶。残留物对压裂裂缝支撑带渗透率和地层渗透率造成难以恢复的伤害，严重影响压裂增产效果。

近年来又出现了清洁压裂液，适用于低温、低压、低渗或特低渗油藏改造，最大优点是不伤害地层，基本的组成成分是长碳链烷基季铵盐、反离子盐水杨酸钠，低碳醇及水，具有携砂作用。由于粘弹性表面活性剂(VES)流体具有优于常规聚合物体系的优点，所以VES流体在油田行业中得到越来越多的应用。

但是，目前使用的绝大部分压裂液体系都是在碱性条件下成胶。PH值一般在10～13时粘弹性能最好。而强碱性的液体在地层中容易与岩层反应，生成不溶的沉淀物，对储层渗透率造成严重的伤害，并在施工设备表面形成污垢，难以清除。

酸液可用于提高基质的渗透率而增产。将酸与交联聚合物结合可形成交联酸压裂液。交联聚合物型的酸性压裂液能够耐受较高的温度以便可以用于深井增产，并且可以降低酸岩反应速度而提高性能。这类压裂液通常用有机金属化合物作为交联剂。例如，锆和钛交联的体系可用氟化物、磷酸盐和过硫酸盐等破胶从而降低体系的粘度有利于返排。但是，这些聚合物在破胶后仍然会产生大量的残渣而伤害地层。另外，交联聚合物溶解不彻底会形成“鱼眼”，这些“鱼眼”会降低地层的渗透率。

发明内容

本发明的酸性粘弹性流体是可用于油田压裂的可携砂的清洁压裂液体系。它具有优良的携砂性能和破胶性能、无残留、易排放等特点。具有深穿透性，有效沟通天然裂缝并可解除近井地带污染、有效期长等特点。施工工艺简单易行，对设备无腐蚀。

本发明提供一种可在酸性条件下成胶的粘弹性流体。其主要由粘弹性表面活性剂组成，在PH值为1～6范围内均可成胶，具有携砂作用，无残渣，对地层渗透率有改善作用。

酸可用于提高基质的渗透率而增产。将酸与粘弹性流体结合可形成酸性粘弹性压裂液。这种压裂液的优点有：一是酸在地层中可以起到溶蚀作用，沟通天然裂缝，解除近井地带污染；二是粘弹性酸溶液可以减缓酸与岩层的反应速度，这样可以避免酸在很短的时间内反应消耗殆尽。延长酸作用的时间，有利于形成高导流能力的裂缝；三是体系无水不溶物，破胶彻底、无残渣，对地层渗透率无伤害。

本发明的酸性粘弹性流体含有：选自一定的季盐、一定的胺、及其组合中的一种或多种阳离子表面活性剂；一种或多种酸；一种或多种低碳醇；一种或多种反离子盐；一种或多种缓蚀剂；和水。本发明酸性粘弹性流体可用于油田压裂。本发明的压裂液压裂支撑剂分散均匀、破胶彻底。

阳离子表面活性剂选自：i)一定的盐、ii)一定的胺、iii)一定的氧化胺、iv)及其组合。

盐具有以下结构式：

其中R₁为烷基、烷基芳基烷基、烷氧基烷基、烷基氨基烷基或烷基酰胺基的疏水性部分，其中R₁具有16到30个碳原子、并且可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的；R₂、R₃和R₄独立地选自具有1到30个碳原子的脂肪族部分和具有5到30个碳原子的芳香族部分，其中所述的脂肪族部分是支链或直链的以及饱和或不饱和的；

X为合适的阴离子，如Cl^-、Br^-和(CH₃)₂SO₄ ^-。

具有上述结构的代表性的盐包括十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、二十烷基三甲基氯化铵。

胺具有以下结构式：

其中R₁、R₂和R₃如上述定义。

具有上述结构的代表性的胺包括聚氧化亚乙基椰油烷基胺、聚氧化亚乙基牛油烷基胺和聚氧化亚乙基油胺。

具有以下结构式的氧化胺：

其中R₁、R₂和R₃如上述定义。

其中所述的阳离子表面活性剂的含量占流体重量的0.1％～30％，优选占流体重量的1％～10％。

酸选自盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、苯甲酸、氯苯甲酸、对苯二羧酸、间苯二羧酸、邻苯二羧酸、水杨酸、磺酸、亚磺酸、硫羧酸、磷酸、亚磷酸、膦酸、咖啡酸、酒石酸或其混合物。

其中的无机酸具有溶蚀能力强、反应速度快的特点；而有机酸在溶液中存在电离平衡，随着H⁺的消耗逐步电离。体系中加入无机强酸能够保证反应能力，加入有机酸可以延缓酸的反应速度、延长酸的作用距离。所述的酸的含量占流体重量的0.1％～30％，优选占流体重量的0.5％～25％。

其中所述的低碳醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇或其混合物。其中低碳醇的含量占流体重量的0.1％～30％，优选占流体重量的1％～10％。

其中所述的反离子盐选自次氯酸钾、水杨酸钠、水杨酸钾、水杨酸铵、水杨酸三乙醇胺盐、水杨酸二乙醇胺盐、水杨酸一乙醇胺盐、水杨酸一甲胺盐、水杨酸二甲胺盐、水杨酸三甲胺盐、硫代硫酸钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化镁、溴化钠、对甲苯磺酸钠、对甲苯磺酸钾或其混合物。反离子盐含量占流体重量的0.1％～10％，优选占流体重量的1％～6％。

其中还可以包含缓蚀剂，选自曼尼希类、季铵盐类、吡啶类或脂肪胺衍生物类或其混合物。加入缓蚀剂是在有酸存在下对金属设备的有效防护措施。缓蚀剂含量占流体含量的0.1％～5％，优选占流体含量的0.5％～2％。

本发明的粘弹性流体中含水。水的用量占流体重量的30％～80％，优选占流体重量的至少50重量％，最优选占流体重量的至少70重量％。水可以得自任何来源，只要该来源不含与粘弹性流体的其他组分不相容(例如引起不希望的沉淀)的污染物即可。因此，本发明所需的水不必是可饮用的，并且其中可以含有盐、或者是含有在油田中或油田附近发现的水源中通常所含有的其他物质。

本发明提供一种酸性粘弹性流体压裂地下岩层的方法，该方法包括以下步骤：(1)配制基液A、基液B及酸液C；(2)在应用施工现场将A与B按一定排量泵入混砂车，同时加入支撑剂，搅拌均匀，以一定压力打入压裂管道；(3)将酸液C在泵后用酸化泵车通过三通管汇挤入与携砂液混合；(4)在足够压开地层的压力下，将含酸的粘弹性携砂液通过油气井的射孔孔眼挤入地层，在地层内部形成裂缝；撤去压力，使裂缝闭合，让破胶后的压裂液反排出地面，完成施工。

基液A的配制方法为：按配比将阳离子表面活性剂、低碳醇、水杨酸盐和一定量的水混合均匀，配制成粘度为10-20mPa·s，优选为12-18mPa·s，进一步优选为14-16mPa·s，最优选为15mPa·s的基液A。

基液B的配制方法为：将所用防膨剂、粘土稳定剂等与一定量的水配制成粘度为3-10mPa·s，优选为4-9mPa·s，进一步优选为5-8mPa·s的基液B。

酸液C的配制方法为：将所用的酸与缓蚀剂混合均匀配制成粘度为2-15mPa·s，优选为4-12mPa·s，进一步优选为5-10mPa·s，最优选为6-8mPa·s的酸液C。

基液A与基液B的体积比为20∶80～80∶20，优选30∶70～70∶30，进一步优选40∶60～60∶40，最优选50∶50。

这种配液顺序的好处在于：基液A、基液B和酸液C粘度低，方便运输和泵入；基液A与基液B混合后形成粘弹性能很好的流体，可以有效携砂，酸液在管汇处挤入。这样就可以避免酸液对混砂车的腐蚀。

本发明的酸性粘弹性压裂液具有以下优良效果：

(1)本发明的酸性粘弹性压裂液具有以下优点：携砂性能好，常温下黏度为120-200mPa·s，优选为140-180mPa·s，更优选为150-170mPa·s，最优选为160mPa·s，粘弹性能好。

(2)本发明的酸性粘弹性压裂液与地层水、油、气接触后可自动破胶，破胶液粘度小于10mPa·s，优选小于5mPa·s。

(3)本发明的酸性粘弹性压裂液，支撑剂分散均匀，不抱团。

(4)本发明酸性粘弹性压裂液破胶液表、界面张力低，易于返排。

(5)本发明的酸性粘弹性压裂液现场施工简单，易操作，安全性高。

(6)本发明的酸性粘弹性压裂液既可解除近井地带污染和渗流阻力，又可以形成与水力压裂相同的高导流能力的裂缝，同时压裂液中的酸，将可解除近裂缝壁面滤失带中压裂液对地层的伤害。

实施例

实施例1

(1)配制基液A

取十八烷基三甲基氯化铵7000kg，甲醇1800kg，异丙醇750kg，乙酸450g，水杨酸900kg，氢氧化钠150kg，和48m³水。将以上物质充分搅拌溶解，配制成澄清透明的红褐色溶液，粘度为20mPa·s的基液A。

(2)配制基液B

将4500kgKCL溶解于60m³水中，充分搅拌溶解，形成无色澄清的基液B。

(3)配制酸液C

将35m³工业盐酸与缓蚀剂混合均匀配制成粘度为2-15mPa·s酸液C。

(4)配制粘弹性流体

在应用施工现场将A与B以相同排量泵入混砂车，同时加入支撑剂，搅拌均匀，以一定压力打入压裂管道，将等体积的基液A和基液B混合后，立即形成粘弹性很好的流体，粘度可达250mPa.s，可以有效携砂。

(5)配制酸性粘弹性流体

将酸液C在泵后用酸化泵车通过三通管汇挤入与(4)配制的中性粘弹性流体混合，形成酸性粘弹性流体，粘度160mPa·s，可满足油气田现场压裂携砂要求。

(6)在足够压开地层的压力下，将含酸的粘弹性携砂液通过油气井的射孔孔眼挤入地层，在地层内部形成裂缝；撤去压力，使裂缝闭合，让破胶后的压裂液返排出地面，完成施工。

实施例2

(1)配制基液A

取十八烷基三甲基氯化铵4000kg，十六烷基三甲基溴化铵3000kg，甲醇1500kg，异丙醇750kg，乙醇750kg，乙酸450kg，水杨酸560kg，氢氧化钠150kg，和48m³水。将以上物质充分搅拌溶解，配制成澄清透明的红褐色溶液，粘度为20mPa·s的基液A。

(2)配制基液B

将3000kgKCL、1500kgNH₄Cl溶解于60m³水中，充分搅拌溶解，形成无色澄清的基液B。

(3)配制酸液C

(4)配制粘弹性流体

(5)配制酸性粘弹性流体

Claims

1.一种作为清洁压裂液的酸性粘弹性流体压裂地下岩层的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配制基液A、基液B及酸液C；(2)在应用施工现场将A与B泵入混砂车，同时加入支撑剂，搅拌均匀，以一定压力打入压裂管道；(3)将酸液C在泵后通过三通管汇挤入与携砂液混合；(4)在足够压开地层的压力下，将含酸的粘弹性携砂液通过油气井的射孔孔眼挤入地层，在地层内部形成裂缝；撤去压力，使裂缝闭合，让破胶后的压裂液返排出地面，完成施工；其中基液A的配制方法为：将阳离子表面活性剂、低碳醇、水杨酸盐和水混合均匀，配制成粘度为10-20mPa·s的基液A；其中基液B的配制方法为：将防膨剂和／或粘土稳定剂与水配制成粘度为3-10mPa·s基液B；其中酸液C的配制方法为：将酸与缓蚀剂混合均匀配制成粘度为2-15mPa·s酸液C。

2.根据权利要求1所述的方法，基液A与基液B的体积比为20：80～80：20。

3.根据权利要求1所述的方法，其中阳离子表面活性剂选自季盐类、胺类、氧化胺类或其组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中低碳醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇或其混合物。

5.根据权利要求1所述的方法，其中酸为盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、苯甲酸、氯苯甲酸、对苯二羧酸、间苯二羧酸、邻苯二羧酸、水杨酸、磺酸、亚磺酸、硫羧酸、磷酸、亚磷酸、膦酸、咖啡酸、酒石酸或其混合物。

6.一种酸性清洁压裂液，其特征在于，根据权利要求1-5任一项所述的方法进行配制并用于地层压裂。

7.根据权利要求6所述的酸性清洁压裂液，其特征在于，常温下粘度为120-200mPa·s，自动破胶后，破胶液粘度小于10mPa·s。