CN102994068A

CN102994068A - 显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺

Info

Publication number: CN102994068A
Application number: CN 201110290376
Authority: CN
Inventors: 刘高昌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明公开了一种显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，包括步骤：(a)首先，在浓度为3.0％～5.0％的盐水溶液中，加入浓度为1.8％～2.2％的表面活性剂，搅拌一段时间；(b)然后，在搅拌情况下，加入浓度为0.4％～0.6％的水杨酸钠，充分搅拌得到溶液；(c)最后，在恒温水浴中保存一段时间以便充分消泡，即得清洁压裂液。本发明通过控制盐水、表面活性剂和水杨酸钠的加量，从而能大大增加整个体系的粘数，进而提高制备出的清洁压裂液的产品质量。

Description

显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺

技术领域

本发明涉及一种清洁压裂液制备工艺，具体是指一种显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺。

背景技术

油气井的水力压裂增产技术是改造油气层的有效方法，是油气井、水井增产、增注的有效措施。此技术已积累了50多年的经验，被广泛应用于油气田勘探和开发中。与此同时，每年会消耗掉6×10⁴吨以上的化学剂。

所谓油层水力压裂，就是对于埋藏在几百到几千米的油层，利用水力的作用，使油层形成裂缝。油层水力压裂的过程，一般指在地面采用高压大排量的泵，利用液体的传压性能，将具有一定粘度的液体(压裂液)，以大大超过油层所能吸收的能力向井中注入，井筒内的压力逐渐增高，当压力增高到超过井壁附近的地应力及岩石的抗张强度时，油层就会形成有一定几何尺寸的裂缝。由于裂缝的出现，渗透面积增加，加之井底压力与油层压力之间存在压差，此时泵入的液体，其中一部分满足了地层的吸收，剩余的则使裂缝向前延伸和扩张。随着流体的不断注入，裂缝也会不断延伸与扩展，直到流体所注入的速度与油层所能吸入的速度相等时，裂缝才会停止延伸与扩展。此时如果地面高压泵停止泵入液体，油层由于外来压力的消失，又会使裂缝重新闭合。为了保持裂缝处于张开伏态，随着压裂液的不断注入，须在压裂液中混入较大直径的支撑剂(如石英砂、核桃壳、陶粒等)，使之沉淀于裂缝中，支撑已形成的裂缝。由于地层中有了这样被支撑的裂缝，从而提高了近井地带岩层的渗透率，改善了井筒附近油层的流体流动通道，增大了排流面积，降低了流体的流动阻力，使油井达到了增产的效果。

清洁压裂液作为造缝和携砂的介质，其性能的改进一直是人们研究的课题。自50年代大规模进行水力压裂以来，压裂液无论从单项添加剂、整体压裂液配方体系的形成、室内研究仪器设备和方法到现场应用工艺技术等均发生了重大变化，特别是90年代以来，压裂液体系研究趋于完善，在压裂液化学和现场应用中发挥了重要作用。

清洁压裂液，国外是在上个世纪90年代发展起来的，自从1997年Schlumberger公司推出第一个产品J508投入市场以来，就迅速得到了推广，目前用量最大的三个国家和地区分别是：加拿大、墨西哥湾和美国东部。同时国外的学者通过长期致力于粘弹性研究，极大地丰富了粘弹性理论，为VES的理论研究奠定了基础，得到的粘弹性评价方法为VES压裂液性能评价指明了方向。

国内对清洁压裂液研究较晚，目前主要应用的VES为CTAB和Schlumberger的J508型表面活性剂，存在的问题是：CTAB的粘弹效应较为弱，特别是在温度高于60℃时，粘性会随之大大降低，失去对支撑剂的有效悬浮作用。Schlumberger的J508型表面活性剂有很好的粘弹性，适用的温度较高，由于其配方中添加了某些高温稳定剂，从而将该体系应用在温度高于100℃的油气井增产作业，但是该配方的成本较CTAB高，使得该体系在国内大规模应用受到限制。近年来国内也有报道不同配方的VES，使用的温度也有了较大的提高，但是关于他们的应用报道还很少。从某种角度说原因是由于分子设计中没有很好的考虑到产品的工业化问题，导致成本太高而制约其应用，另一个重要的原因是由于国内目前对VES流体的评价方法还不完善，致使对VES有一个误区，那就是应该达到多大的粘弹性才能保证压裂的正常施工。

目前，广泛使用的清洁压裂液体系可分为水基压裂液、泡沫压裂液、油基压裂液和乳化压裂液。从50年代初到60年代初是以油基压裂液为主。油基压裂液通常由烃类(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130℃)。它具有与油藏配伍性好，易返排、低伤害，适合于强水敏、低压储层等优点。同时，也存在安全性差、成本高、耐温能力较弱和滤失量大等缺点。在60年代初，胍尔胶稠化剂的问世，标志着现代压裂液化学的诞生。70年代，由于胍尔胶化学改性(如羟丙基胍尔胶HPG、羟基羧甲基胍尔胶CMHPG)的成功，以及交联体系的完善(由硼、锑发展到有机钛、有机锆)，水基压裂液迅速发展，在压裂液类型中占主导作用。水基压裂液由聚合物稠化剂(植物胶，如胍尔胶、香豆胶等)、交联剂、破胶剂、pH值调节剂、杀菌剂、粘土稳定剂和助排剂等组成。具有低廉、安全、可操作性强、综合性能好、运用范围广等特点，但潜在的问题是损害水敏性储层，以及由于残渣、未破胶的浓缩胶和滤饼造成的导流能力损害。随着致密气藏的开采和部分低压油井压裂后返排困难等因素，在80年代泡沫压裂液技术又大规模在现场应用，取代了部分水基压裂液。泡沫压裂液一般由气相和液相组成，气相(一般为70％～75％的CO2或N2)以气泡的形式分散在整个连续相中，液相通常含有表面活性剂或其它稳定剂，加入植物胶稠化剂，可以改善泡沫压裂液的稳定性。它具有易返排、伤害小和携砂能力强等特点，适合于低压、水敏性储层，尤其是气藏。乳化压裂液是介于水基与油基之间的压裂液流体，目前常用的是聚合物水包油乳化压裂液，它是由60％～70％的液态烃(原油或柴油为内相)和30％～40％聚合物稠化水(植物胶水溶液为外相)组成，具有低滤失、低残渣、粘度高和伤害较小等特点。目前，压裂液体系仍是以水基压裂液为主(占65％)，泡沫压裂液(占30％)，油基、乳化压裂液(占5％)共存的局面。其中，在水基压裂液中，硼交联压裂液占40％，钛、锆交联压裂液占10％，未交联压裂液占15％。

20世纪90年代，国外研制出了无聚合物水基压裂液体系：一种基于粘弹性表面活性剂的压裂液，该体系不需化学破胶，排液能力强，压裂液残渣含量几乎为零，基本不改变油层的润湿性并且能够有效的稳定粘土，使压裂过程中的表皮效应和油层污染更小，甚至接近零污染，能更有效的提高油井产能，充分达到油气藏压裂的目的。该体系被称之为粘弹性表面活性剂压裂液，又称之为清洁压裂液。

清洁压裂液自1997年在国外投入使用后，就迅速得到推广。目前加拿大用量第一，墨西哥湾第二，美国东部第三。我国由于在界面化学和表面活性剂合成领域与发达国家相差较大，清洁压裂液在我国发展还比较缓慢。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足与缺陷，提供一种显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，该制备工艺通过控制盐水、表面活性剂和水杨酸钠的加量，从而能大大增加整个体系的粘数，进而提高制备出的清洁压裂液的产品质量。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，包括以下步骤：

(a)首先，在浓度为3.0％～5.0％的盐水溶液中，加入浓度为1.8％～2.2％的表面活性剂，搅拌一段时间；

(b)然后，在搅拌情况下，加入浓度为0.4％～0.6％的水杨酸钠，充分搅拌得到溶液；

(c)最后，在恒温水浴中保存一段时间以便充分消泡，即得清洁压裂液。

所述盐水溶液为氯化钠溶液。

所述表面活性剂的为十六烷基三甲基氯化铵。

所述盐水溶液的浓度为4.0％。

所述表面活性剂的浓度为2.0％。

所述水杨酸钠的浓度为0.5％。

综上所述，本发明的有益效果是：本制备工艺通过控制盐水、表面活性剂和水杨酸钠的加量，从而能大大增加整个体系的粘数，进而提高制备出的清洁压裂液的产品质量。

附图说明

图1是KCL加量对体系粘数的影响示意图；

图2是水杨酸钠加量对体系粘数的影响示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本发明涉及显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，包括以下步骤：

(a)首先，在盐水溶液中，加入适量表面活性剂，搅拌一段时间；

(b)然后，在搅拌情况下，加入一定量的水杨酸钠，充分搅拌得到溶液；

上述盐水溶液为氯化钠溶液；表面活性剂的为十六烷基三甲基氯化铵。

为了得到最佳的盐水加量，本发明做了盐水加量对清洁压裂液的体系浓度影响实验，结果如图1所示，由图1可知，KCl加量对压裂液表观粘度的影响不是很大，但随KCl加量增加压裂液表观粘度先渐渐增加随之又下降，且KCl加量为3.0％～5.0％时效果较好，且在KCl加量为4.0％时粘度达到最大，说明KCl加量有一个最优量为4.0％。

为了得到最佳的表面活性剂加量，即十六烷基三甲基氯化铵的最佳添加量，本发明做了表面活性剂加量对清洁压裂液的体系浓度影响实验，结果如图2所示，为了简明，在图2中将十六烷基三甲基氯化铵采用CTAC的英文缩写；由图2可知，随着十六烷基三甲基氯化铵加量的增加，溶液的体系粘度也大大增加，且十六烷基三甲基氯化铵的浓度在1.8％～2.2％之间较好，最佳浓度为2.0％。

为了得到最佳的水杨酸钠加量，本发明做了水杨酸钠加量对清洁压裂液的体系浓度影响实验，结果如图2所示，为了简明，在图2中将十六烷基三甲基氯化铵采用CTAC的英文缩写；由图2可知，水杨酸钠的加量对溶液的粘度具有很大的影响，随着水杨酸钠加量的增加，体系粘度先增加后减少，具有一个最优的水杨酸钠加量，粘弹性表面活性剂溶液的粘度先随水杨酸钠浓度的增大而增大，并上升到一最大值，然后又下降，这是因为粘弹性表面活性剂溶液的相态发生的一系列变化所致，即是溶液从单个游离胶束→球型胶束→蠕虫状胶束→相互缠绕的空间网状结构→层状胶束→囊泡状胶束，因此溶液的粘度会出现先增加后减小的现象。综上，本发明的水杨酸钠的浓度在0.4％～0.6％之间较好，最佳浓度为0.5％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，其特征在于，所述盐水溶液为氯化钠溶液。

3.根据权利要求1所述的显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，其特征在于，所述表面活性剂的为十六烷基三甲基氯化铵。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，其特征在于，所述盐水溶液的浓度为4.0％。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，其特征在于，所述表面活性剂的浓度为2.0％。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的显著提高体系粘数的清洁压裂液制备工艺，其特征在于，所述水杨酸钠的浓度为0.5％。