CN102453481A

CN102453481A - 一种酸性粘弹性流体及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN102453481A
Application number: CN2011100238919A
Authority: CN
Inventors: 张士诚; 张劲; 张艳; 李双明; 庄照锋
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: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102453481B

Abstract

本发明涉及一种酸性粘弹性流体及其制备方法和用途。该流体含有：选自一定的季盐、一定的胺、及其组合中的一种或多种的阳离子表面活性剂；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，在应用现场将各组分混合后配成一定质量百分比的水溶液，搅拌均匀，然后与压裂支撑剂一起打入井下。本发明的压裂液中压裂支撑剂分散均匀、破胶彻底。

Description

一种酸性粘弹性流体及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种酸性粘弹性流体及其制备方法和用途，该酸性粘弹性流体可用于油田压裂和酸化增产。

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

本发明提供一种粘弹性流体。

本发明提供一种可在酸性条件下成胶的粘弹性流体。

本发明提供一种可用于油田压裂的粘弹性流体。

本发明提供一种在高剪切操作之后表现出良好的剪切恢复性能的可用于油田压裂的可在酸性条件下成胶的粘弹性流体。

本发明提供一种粘弹性流体的制备方法。

本发明提供一种含有酸性粘弹性流体的压裂液。

本发明提供一种酸性粘弹性流体。它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。

本发明提供一种酸性粘弹性流体。该流体含有：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；和水。本发明酸性粘弹性流体可用于油田压裂。本发明的压裂液中压裂支撑剂分散均匀、破胶彻底。

阳离子表面活性剂选自季铵盐、叔胺或氧化胺。

其中季铵盐包括烷基季铵盐、烷基芳基烷基季铵盐、烷氧基烷基季铵盐、烷基氨基烷基季铵盐或烷基酰胺基季铵盐，其中烷基为具有1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；季铵盐还包括平衡阴离子，如Cl^-、Br^-和(CH₃)₂SO₄ ^-等。

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、十六烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十八烷基二羟乙基甲基氯化铵、牛脂基三甲基氯化铵、氢化牛脂基三甲基氯化铵、大豆油烷基三甲基氯化铵、氢化大豆油烷基三甲基氯化铵、菜子油基三甲基氯化铵、氢化菜子油基三甲基氯化铵、牛脂基二羟乙基甲基氯化铵、氢化牛脂基二羟乙基甲基氯化铵、大豆油烷基二羟乙基甲基氯化铵、氢化大豆油烷基二羟乙基甲基氯化铵、菜子油基二羟乙基甲基氯化铵、氢化菜子油基二羟乙基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵等。

其中叔胺包括烷基叔胺、烷基芳基烷基叔胺、烷氧基烷基叔胺、烷基氨基烷基叔胺或烷基酰胺基叔胺，其中烷基为具有1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；

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。

其中氧化胺包括烷基氧化胺、烷基芳基烷基氧化胺、烷氧基烷基氧化胺、烷基氨基烷基氧化胺或烷基酰胺基氧化胺，其中烷基为具有1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；

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，常温下粘度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。

(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。

本发明的酸性粘弹性流体的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制A剂

将阳离子表面活性剂60-80重量份，低碳醇15-30重量份，有机酸1-20重量份分别加入容器，充分搅拌溶解配制成溶液，记为A剂；

(2)配制B剂

将阳离子表面活性剂20-30重量份，低碳醇10-20重量份，有机酸30-40重量份，用于形成反离子盐的碱1-20重量份在搅拌条件下依次加入一定量水中，充分搅拌溶解配制成溶液，记为B剂；

(3)配制粘弹性流体

将无机酸0-15重量份，无机盐1-10重量份溶解于一定量水中，待充分溶解后，在搅拌状态下加入3-8重量份A剂，接着加入0.5-2重量份B剂，得到粘弹性流体，室温下粘度为120-200mPa·s，优选为140-180mPa·s，更优选为150-170mPa·s，最优选为160mPa·s，。其中流体的流变性能测量采用HAAKE RS6000耐酸旋转流变仪。

附图说明

图1实施例1中的酸性粘弹性流体流变曲线

图2实施例1与实施例6中的粘弹性流体流变曲线

实施例

实施例1

(1)配制A剂

取二十烷基三甲基氯化铵70g，甲醇25g，乙酸5g。将以上物质充分搅拌溶解，配制成澄清透明的溶液，制得粘度为10mPa·s的A剂。

(2)配制B剂

取十六烷基三甲基溴化铵24g，甲醇15g，水杨酸36g，氢氧化钠10g。将以上物质在搅拌条件下依次加入15ml水中，充分搅拌溶解，形成红褐色澄清液体，制得粘度为8mPa·s的B剂。

(3)配制粘弹性流体

取24ml分析纯盐酸，3gKCL溶解于100ml水中，待充分溶解后，加入一定量的缓蚀剂，在搅拌状态下加入6mlA剂，接着加入1mlB剂。形成的粘弹性流体粘度达到160mPa·s，具有很好的粘弹性和携砂性能，可以满足油气田现场压裂要求。

实施例2

(1)配制A剂

取十八烷基三甲基氯化铵70g，甲醇17g，异丙醇8g，乙酸5g。将以上物质充分搅拌溶解，配制成澄清透明的溶液，粘度为8mPa·s的A剂。

(2)配制B剂

取十六烷基三甲基氯化铵24g，甲醇15g，水杨酸36g，氢氧化钠10g。将以上物质在搅拌条件下依次加入15ml水中，充分搅拌溶解，形成红褐色澄清液体，粘度为8mPa·s的B剂。

(3)配制粘弹性流体

取24ml分析纯盐酸，3gKCL溶解于100ml水中，待充分溶解后，加入一定量的缓蚀剂，在搅拌状态下加入6mlA剂，接着加入1mlB剂。形成的粘弹性流体粘度达到165mPa·s，具有很好的粘弹性和携砂性能，可以满足油气田现场压裂要求。

实施例3

(1)配制A剂

取菜子油基三甲基氯化铵70g，甲醇17g，异丙醇8g。将以上物质充分搅拌溶解，配制成澄清透明的溶液，粘度为12mPa·s的A剂。

(2)配制B剂

取十四烷基三甲基氯化铵24g，甲醇15g，水杨酸36g，氢氧化钠10g。将以上物质在搅拌条件下依次加入15ml水中，充分搅拌溶解，形成红褐色澄清液体，粘度为8mPa·s的B剂。

(3)配制粘弹性流体

取24ml分析纯盐酸，3gKCL溶解于100ml水中，待充分溶解后，加入一定量的缓蚀剂，在搅拌状态下加入6mlA剂，接着加入1mlB剂。形成的粘弹性流体粘度达到170mPa·s，具有很好的粘弹性和携砂性能，可以满足油气田现场压裂要求。

实施例4

(1)配制A剂

取十四烷基三甲基氯化铵70g，甲醇17g，异丙醇8g，乙酸5g。将以上物质充分搅拌溶解，配制成澄清透明的溶液，粘度为8mPa·s的A剂。

(2)配制B剂

取十八烷基三甲基氯化铵24g，甲醇15g，水杨酸36g，氢氧化钠5g，乙酸1g。将以上物质在搅拌条件下依次加入15ml水中，充分搅拌溶解，形成红褐色液体，粘度为12mPa·s的B剂。

(3)配制粘弹性流体

取24ml分析纯盐酸，3gKCL溶解于100ml水中，待充分溶解后，加入一定量的缓蚀剂，在搅拌状态下加入6mlA剂，接着加入1mlB剂。形成的粘弹性流体粘度达到158mPa·s，具有很好的粘弹性和携砂性能，可以满足油气田现场压裂要求。

实施例5

(1)配制A剂

取二十二烷基三甲基氯化铵70g，甲醇17g，异丙醇8g，乙酸5g。将以上物质充分搅拌溶解，配制成澄清透明的溶液，粘度为8mPa·s的A剂。

(2)配制B剂

取十八烷基三甲基溴化铵24g，甲醇15g，水杨酸36g，氢氧化钠1g。将以上物质在搅拌条件下依次加入15ml水中，充分搅拌，形成乳白色悬浊液，粘度为20mPa·s的B剂。

(3)配制粘弹性流体

取24ml分析纯盐酸，3gKCL溶解于100ml水中，待充分溶解后，加入一定量的缓蚀剂，在搅拌状态下加入6mlA剂，接着加入1mlB剂。形成的粘弹性流体粘度达到175mPa·s，具有很好的粘弹性和携砂性能，可以满足油气田现场压裂要求。

实施例6

(1)配制A剂

取十二烷基三甲基氯化铵70g，甲醇17g，异丙醇8g，乙酸5g。将以上物质充分搅拌溶解，配制成澄清透明的溶液，粘度为8mPa·s的A剂。

(2)配制B剂

取二十烷基三甲基氯化铵24g，甲醇15g，水杨酸36g，氢氧化钠10g。将以上物质在搅拌条件下依次加入15ml水中，充分搅拌溶解，形成红褐色澄清液体，粘度为8mPa·s的B剂。

(3)配制粘弹性流体

取3gKCL溶解于100ml水中，待充分溶解后，在搅拌状态下加入6mlA剂，接着加入1mlB剂。形成的粘弹性流体粘度达到250mPa·s，具有很好的粘弹性和携砂性能，可以满足油气田现场压裂要求。

Claims

1.一种粘弹性流体，其特征在于，包含：

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、和水；

其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂选自季铵盐、叔胺或氧化胺；

1)其中季铵盐包括烷基季铵盐、烷基芳基烷基季铵盐、烷氧基烷基季铵盐、烷基氨基烷基季铵盐、烷基酰胺基季铵盐及其组合，其中烷基具有1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；季铵盐包括平衡阴离子；

2)其中叔胺包括烷基叔胺、烷基芳基烷基叔胺、烷氧基烷基叔胺、烷基氨基烷基叔胺、烷基酰胺基叔胺及其组合，其中烷基具有1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；

3)其中氧化胺包括烷基氧化胺、烷基芳基烷基氧化胺、烷氧基烷基氧化胺、烷基氨基烷基氧化胺或烷基酰胺基氧化胺，其中烷基为具有1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。

2.根据权利要求1所述的流体，其中阳离子表面活性剂是一种季铵盐或多种季铵盐的组合。

3.根据权利要求2所述的流体，其中季铵盐为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、十六烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十八烷基二羟乙基甲基氯化铵、牛脂基三甲基氯化铵、氢化牛脂基三甲基氯化铵、大豆油烷基三甲基氯化铵、氢化大豆油烷基三甲基氯化铵、菜子油基三甲基氯化铵、氢化菜子油基三甲基氯化铵、牛脂基二羟乙基甲基氯化铵、氢化牛脂基二羟乙基甲基氯化铵、大豆油烷基二羟乙基甲基氯化铵、氢化大豆油烷基二羟乙基甲基氯化铵、菜子油基二羟乙基甲基氯化铵、氢化菜子油基二羟乙基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵。

4.根据权利要求1-3任一项所述的流体，其中阳离子表面活性剂的含量占流体重量的0.1％～30％。

5.根据权利要求1所述的流体，其中酸选自盐酸、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、酒石酸或其组合。

6.根据权利要求1或5所述的流体，其中酸的含量占流体重量的0.1％～30％。

7.根据权利要求1所述的流体，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、三甘醇或其组合。

8.根据权利要求1或7所述的流体，其中低碳醇的含量占流体重量的0.1％～30％。

9.根据权利要求1所述的流体，其中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、对甲苯磺酸钾或其组合。

10.根据权利要求1或9所述的流体，其中反离子盐的含量占流体重量的0.1％～10％。

11.根据权利要求1所述的流体，其中包含缓蚀剂，该缓蚀剂为曼尼希类、季铵盐类、吡啶类或脂肪胺衍生物类或其混合物。

12.根据权利要求1或11所述的流体，其中缓蚀剂的含量占流体重量的0.1％～5％。

13.根据权利要求1所述的流体，其中水占流体重量的30％～80％。

14.权利要求1-13任一项所述的流体的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制A剂

(2)配制B剂

(3)配制粘弹性流体

将无机酸0-15重量份，无机盐1-10重量份溶解于一定量水中，待充分溶解后，在搅拌状态下加入3-8重量份A剂，接着加入0.5-2重量份B剂，得到粘弹性流体，室温下粘度为120-200mPa.s。

15.一种压裂液，其特征在于，包含权利要求1-13任一项所述的流体。