CN103215022A - 一种用于体积压裂的低摩阻液体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于体积压裂的低摩阻液体，由以下组分组成：减阻剂0.01～0.05重量%，泥质稳定剂0.1～0.5重量%，抗氧剂0.005～0.01重量%，抗菌剂0.01～0.05重量%，其余为水。所述减阻剂由分子量为500万的聚氧化乙烯和季戊四醇、异丙醇制备而成，所述泥质稳定剂为氯化钾、氯化铵或两者混合物，所述抗氧剂为水杨酸甲酯，所述抗菌剂为戊二醛与十二烷基二甲基苄基氯化铵或十二烷基三甲基氯化铵的混合物。本发明利用超高分子量的线性聚合物在高流速、高排量下沿剪切方向取向，降低液体的紊流度，达到降阻目的，不仅低成本、低粘度、低摩阻，还具有低伤害、泥质稳定的优点，特别适用于我国高泥质含量的致密油气藏的体积压裂。

Description

一种用于体积压裂的低摩阻液体

技术领域

本发明涉及致密油气藏压裂增产作业，特别是致密油气藏体积压裂改造的压裂液技术。

背景技术

随着我国经济迅猛发展，优化能源结构，增加天然气供应，缓解减排压力已刻不容缓，致密油气勘探开发的战略意义日渐突显。近年来，在油价高企和技术进步的双重推动下，致密油气勘探开发取得重要进展，对能源供应及地缘政治产生了重要影响。

致密油气是指产于低孔隙度和低渗透率页岩或其他致密岩石储层中的石油或天然气。致密油气藏一般构造简单、储量巨大、储层孔渗性差，含油范围主要受储层物性和岩性控制。致密油气以吸附或游离状态赋存于富含有机质且渗透率极低的暗色页泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中，形成自生自储岩、连续分布的油气聚集体，一般具有开采寿命长、生产周期长的特点，具有可观的商业开采价值。到目前，我国国土资源部完成了川渝黔鄂、陕蒙晋、新疆等地150万平方公里页岩富气区初步潜力评价，中国致密页岩气可采资源潜力约31万亿立方米。

由于致密油气储集层渗透率极低、层薄，进行改造、开采的难度很大，目前世界范围内仅美国和加拿大形成商业开采价值的油气田。致密油气储层改造涉及多项先进技术，主要包括水平井钻井、分段压裂以及裂缝监测“三合一”核心技术。研究与实践证实，致密油气层在压裂过程中，压裂裂缝不再是单一的对称裂缝，而是形成复杂的裂缝网络，呈现出“改造体积越大、增产效果越好”的规律，裂缝的起裂与扩展不再是简单表现为裂缝的张性破坏，而且还存在剪切、滑移、错断等复杂的力学行为，这就是体积压裂的理念。其内涵与作用机制可表述为：通过分段多簇射孔，实施“高排量、大液量、大规模、低粘流体”多级压裂，配合转向技术应用，在页岩气层中形成若干条主裂缝的同时，实现对大量天然裂缝、岩石层理的沟通，甚至在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分枝形成二级甚至更多级的次生裂缝。体积压裂使裂缝壁面与储层基质具有更大的接触面积，使油气从任意方向的基质向裂缝的渗流距离更短，极大地提高储层整体渗透率，实现对储层在长、宽、高三维方向的全面改造。

从北美地区致密气藏的开采实践看，与体积压裂相适应，压裂工作液体发展经历了前期线性胶、人工聚合物压裂液阶段，至目前大规模减阻水、滑溜水（清水压裂）工作液阶段，形成了两套典型的配方体系：一是线性胶压裂液。该配方主要由清水、线性聚合物、粘稳剂、表面活性剂组成。上世纪70～90年代在Appalachian盆地、Michigan盆地、Fortworth盆地等大规模使用；二是减阻水、滑溜水压裂液。其主要由清水、减阻剂、粘稳剂、反转剂组成。这是最近发展起来的所谓“清水”压裂液体系，在Barnett页岩气藏、德克萨斯棉花谷致密砂泥岩气藏等获得大规模应用。

由于体积压裂所使用液体规模空前巨大，注入气层流体动辄数千、上万立方米，甚至数万立方米。因此，用于体积压裂的液体必须具备：（1）低成本。致密油气为低品位资源，开发投资、风险必然很高。如果按照常规植物胶压裂液成本500-600元/m³计算，按中小型施工规模压裂一口致密气井，消耗液体20000m³，则需花费1000-1200万元。（2）低粘度。压裂液粘度过高，会抑制次生裂缝的形成，对裂缝网络的构建不利，需要保持低粘度。（3）低摩阻。页岩压裂需要超高排量，液体低摩阻对于提升排量，降低水头损失十分有利。

我国致密气藏存在自身的一些特点，如储集层泥质含量通常很高，泥质成分含量较重；我国致密油气盆地既有海相沉积，又存在陆相沉积（如吉林东部页岩盆地）。因此，对开发工艺技术的选择除借鉴北美成熟致密气开发经验外，还必须遵循我国致密油气的成藏、富集及分布特点和地质特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于体积压裂的低摩阻液体，利用超高分子量的线性聚合物在高流速、高排量下沿剪切方向取向，降低液体的紊流度，达到降阻目的，不仅低成本、低粘度、低摩阻，还具有低伤害、泥质稳定的优点，有利于环境保护，特别适用于我国高泥质含量的致密油气藏的体积压裂。

一种用于体积压裂的低摩阻液体，由以下组分组成：

减阻剂，0.01～0.05重量%，

泥质稳定剂，0.1～0.5重量%，

抗氧剂，0.005～0.01重量%，

抗菌剂，0.01～0.05重量%，

其余为水。

所述减阻剂由分子量为500万的聚氧化乙烯（PEO）和季戊四醇、异丙醇制备而成，其制备方法如下：①充分洗净反应釜，通入N₂吹扫；②将1重量份的聚氧化乙烯（市售）与2～4重量份的季戊四醇、1～3重量份的异丙醇混合，置于反应釜中缓慢加热，继续通入N₂并不断搅拌；③控制体系温度60℃以下，充分搅拌至体系均匀透明，制得减阻剂。减阻剂中聚合物PEO为超高分子量，减阻率高，同时用量降低。

所述泥质稳定剂为氯化钾、氯化铵或两者混合物，混合比例氯化钾：氯化铵为重量比2:1～1:1。氯化钾、氯化铵对泥质具有很强的稳定作用，能有效防止泥质颗粒遇水发生脱落、运移带来的二次伤害。

抗氧剂为水杨酸甲酯，主要作用防止在紫外线作用下，溶解氧对长链PEO产生氧化断链，影响其减阻性能。

抗菌剂为戊二醛与十二烷基二甲基苄基氯化铵或戊二醛与十二烷基三甲基氯化铵的混合物，其混合比例均为重量比1:1，主要作用是防止微生物活动致使聚合物PEO生物降解。

该用于体积压裂的低摩阻液体，通过如下步骤配制：①向容器中加入设计量的清水（现场用地表水、地层水均可）；②加入0.01～0.05重量%的减阻剂，不断搅拌或采用循环泵循环；③加入0.1～0.5重量%的泥质稳定剂，保持循环或搅拌；④加入0.005～0.01重量%的抗氧剂，保持循环或搅拌；⑤加入0.01～0.05重量%的抗菌剂，保持循环或搅拌；⑥充分搅拌均匀，即得该低摩阻液体。

与现有技术相比，本发明主要是利用超高分子量的线性聚合物PEO在高流速、高排量下沿剪切方向取向，降低液体的紊流度，流动能量消耗大大降低，从而达到降阻目的。进入地层后，PEO在溶解氧作用下慢慢断链降解，形成小分子的醇，对地层无伤害，无环境污染。因此，本发明除具有“低成本、低粘度、低摩阻”特点外，还充分考虑了我国致密油气藏高泥质含量的特点，具有环保、低伤害、泥质稳定的优点。

本发明适合“超大液量、超大排量、超大砂量、小粒径、低砂比”的体积压裂作业。

附图说明

图1是139mm套管中清水摩阻与本发明低摩阻液体用于体积压裂时的摩阻试验对比图

具体实施方式

实施例1

用于体积压裂的低摩阻液体配方：减阻剂0.01重量%、泥质稳定剂0.1重量%、抗氧剂0.005重量%、抗菌剂0.01重量%，蒸馏水99.875重量%。

所述减阻剂制备过程中，聚氧化乙烯1重量份,季戊四醇2重量份,异丙醇1重量份；泥质稳定剂为氯化钾；抗氧剂为水杨酸甲酯；抗菌剂为1重量份戊二醛与1重量份十二烷基二甲基苄基氯化铵组成。

配置方法（配制量1升）：向2000mL烧杯中加入998.75克的蒸馏水；不断搅拌下加入0.1克减阻剂，直至充分溶解；加入1.0克泥质稳定剂，保持搅拌至其溶解；再加入0.05克抗氧剂保持搅拌至其溶解；最后加入0.1克抗菌剂，不断搅拌，至压裂液均匀。

实施例1配方性能指标：密度1.0g/cm³，粘度1.8mPa.s，折算139mm管径套管、12.0m³/min时，摩阻梯度10.96MPa/1000m。

实施例2

用于体积压裂的低摩阻液体配方：减阻剂0.02重量%、泥质稳定剂0.2重量%；抗氧剂0.008重量%；抗菌剂0.02重量%，蒸馏水99.752重量%。

所述减阻剂制备过程中，聚氧化乙烯1重量份,季戊四醇2重量份,异丙醇2重量份；泥质稳定剂为1重量份氯化钾与1重量份氯化铵组成；抗氧剂为水杨酸甲酯；抗菌剂为1重量份戊二醛与1重量份十二烷基二甲基苄基氯化铵组成。

配置方法（配制量1升）：向2000mL烧杯中加入997.52克的蒸馏水；不断搅拌下加入0.2克减阻剂，直至充分溶解；加入2.0克泥质稳定剂，保持搅拌至其溶解；再加入0.08克抗氧剂保持搅拌至其溶解；最后加入0.2克抗菌剂，不断搅拌，至压裂液均匀。

实施例2配方性能指标：密度1.0g/cm³，粘度2.1mPa.s，折算139mm管径套管、12.0m³/min时，摩阻梯度9.11MPa/1000m。

实施例3

用于体积压裂的低摩阻液体配方：减阻剂0.03重量%、泥质稳定剂0.4重量%；抗氧剂0.008重量%；抗菌剂0.03重量%，蒸馏水99.532重量%。

所述减阻剂制备过程中，聚氧化乙烯1重量份,季戊四醇2重量份,异丙醇2重量份；泥质稳定剂为1重量份氯化钾与1重量份氯化铵组成；抗氧剂为水杨酸甲酯；抗菌剂为1重量份戊二醛与1重量份十二烷基三甲基氯化铵组成。

配置方法（配制量1升）：向2000mL烧杯中加入995.32克的蒸馏水；不断搅拌下加入0.3克减阻剂，直至充分溶解；加入4.0克泥质稳定剂，保持搅拌至其溶解；再加入0.08克抗氧剂保持搅拌至其溶解；最后加入0.3克抗菌剂，不断搅拌，至压裂液均匀。

实施例3配方性能指标：密度1.0g/cm³，粘度3.3mPa.s，折算139mm管径套管、12.0m³/min时，摩阻梯度8.60MPa/1000m。

实施例4

用于体积压裂的低摩阻液体配方：减阻剂0.05重量%、泥质稳定剂0.5重量%；抗氧剂0.01重量%；抗菌剂0.05重量%，蒸馏水99.39重量%。

所述减阻剂制备过程中，聚氧化乙烯1重量份,季戊四醇2重量份,异丙醇1重量份；泥质稳定剂为1重量份氯化钾与1重量份氯化铵组成；抗氧剂为水杨酸甲酯；抗菌剂为1重量份戊二醛与1重量份十二烷基二甲基苄基氯化铵组成。

配置方法（配制量1升）：向2000mL烧杯中加入993.90克的蒸馏水；不断搅拌下加入0.5克减阻剂，直至充分溶解；加入5.0克泥质稳定剂，保持搅拌至其溶解；再加入0.1克抗氧剂保持搅拌至其溶解；最后加入0.5克抗菌剂，不断搅拌，至压裂液均匀。

实施例4配方性能指标：密度1.0g/cm³，粘度4.9mPa.s，折算139mm管径套管、12.0m³/min时，摩阻梯度7.53MPa/1000m。

实施例5

利用实施例4制备摩阻测试用样品20L。在环流LOOP试验架上进行3/4英寸闭合管路摩阻压降测试，分别测定不同剪切速率下压裂液的摩阻，根据物理相似性准则折算到现场51/2英寸套管施工管柱条件的摩阻，并与相同剪切状态下清水的摩阻为参照，计算压裂液的降阻率。

结果见图1。页岩压裂液在139mm套管中以排量10.0～14.0m³/min注入时，该压裂液摩阻系数为5.06×10^-3～9.15×10^-3MPa/m，是清水摩阻的27%～38%，减阻性能良好，适于页岩高排量、大规模施工作业。

实施例6

某致密页岩气藏X水平井于2011年7月8日完成分段压裂改造，压裂采用“复合桥塞+连结油管喷砂分簇射孔”工艺技术。压裂液采用本发明实施例4配方。现场分段压裂级数11级，施工时间合计1817min，共注入滑溜水压裂液23655.7m³，平均单层注液2150.5m³，共加入支撑剂959.5t,平均单层加砂87.2t，施工排量15-17m³/min。详细施工数据见表1。

表1某致密气藏X水平井分段压裂施工数据

Claims (5)

1.一种用于体积压裂的低摩阻液体，由以下组分组成：

减阻剂，0.01～0.05重量%，

泥质稳定剂，0.1～0. 5重量%，

抗氧剂，0.005～0.01重量%，

抗菌剂，0.01～0.05重量%，

其余为水；所述减阻剂由分子量为500万的聚氧化乙烯和季戊四醇、异丙醇制备而成。

2.如权利要求1所述的低摩阻液体，其特征在于，所述减阻剂制备方法如下：①充分洗净反应釜，通入N₂吹扫；②将1重量份的聚氧化乙烯与2~4重量份的季戊四醇、1~3重量份的异丙醇混合，置于反应釜中缓慢加热，继续通入N₂并不断搅拌；③控制体系温度60℃以下，充分搅拌至体系均匀透明。

3.如权利要求1所述的低摩阻液体，其特征在于，所述泥质稳定剂为氯化钾、氯化铵或两者混合物，混合比例氯化钾：氯化铵为重量比2:1~1:1。

4.如权利要求1所述的低摩阻液体，其特征在于，所述抗氧剂为水杨酸甲酯。

5.如权利要求1所述的低摩阻液体，其特征在于，所述抗菌剂为戊二醛与十二烷基二甲基苄基氯化铵或戊二醛与十二烷基三甲基氯化铵的混合物，其混合比例均为重量比1:1。

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