CN103965858B - 一种油井防膨压裂液及其制备方法 - Google Patents

一种油井防膨压裂液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种油井防膨压裂液及其制备方法，油井防膨压裂液包括基液和交联液，所述基液由水、植物胶稠化剂、防膨添加剂、杀菌剂、调节剂 和助排剂组成，所述交联液由水和交联剂组成，在于利用高效防膨压裂液的电荷密度、表面吸附等特殊的性质来配制水基压裂液。防膨剂的阳离子作用在粘土晶层的表面，形成良好的吸附层，能够很好的将粘土矿物与外来流体有效的隔离开，从而很好的抑制了粘土矿物的水化膨胀、运移，保护油层的孔吼，降低了外来工作液对油层的水敏伤害，对油层改造及后期的增产稳产有着非常重要的意义。

Description

一种油井防膨压裂液及其制备方法
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种油井防膨压裂液及其制备方法。
背景技术
压裂技术是已知的能够确实有效的提高采收率的方法之一。而压裂技术所面临的诸多难题中，粘土稳定剂的效果好坏又是会直接影响到采收率的一项因素。
油层水力压裂技术的目的是扩大地层岩石孔喉，减小注水阻力以提高油气采收率。但是如果地层中岩石孔喉中的粘土因为水敏而膨胀或是发生运移，将会再次阻塞岩石孔喉，使注入压力增大，使采收率下降，这样以来压裂的目的将无法达到。当然，粘土稳定剂的应用并非仅限于水力压裂之中，在钻井、酸化等工艺当中也有应用。在钻井工艺与酸化工艺当中使用的粘土稳定剂，其基本机理与压裂液用的粘土稳定剂大多相同，但在与不同药剂的复配上有很大差异。因此有必要针对压裂液研究出一种更为合适的粘土稳定剂，一种能和单一或多种压裂液完美契合的粘土稳定剂。
目前，粘土稳定剂（防膨剂）根据化学组成的不同主要由以下几类：
（1）无机盐、无机碱类
这类粘土稳定剂的特点是价格低廉。使用方法简单，短期防膨效果较好，缺点是防膨有效期短，且对抑制微粒运移效果较差。油田从开发初期就开始使用各种酸和盐类。酸包括HCI、HF、HAC等。无机盐类的防膨机理是减少粘土表面扩散双电层厚度和zeta电位，其中钾盐的防膨效果最好，使用最多，这类粘土稳定剂不可能象聚合物那样产生多点吸附。因此，对防止粘土运移效果不明显。这类稳定剂主要用在钻井、压裂、酸化等作业中。在这类粘土稳定剂当中最为常见、应用作为广泛的是KCl、NH4Cl、NaCl三种防膨剂。
（2）无机聚合物类
无机聚合物类粘土稳定剂主要有羟基铝、羟基铁、氯氧化锆等。其优点是防膨有效期比盐和阳离子型表面活性剂都长，缺点是不适合于碳酸盐地层、且仅能在弱酸条件下使用。
（3）有机阳离子聚合物类。
这类粘土稳定剂与前三类相比，其主要特点是使用范围广、稳定效果好、有效时间长、既能抑制粘土的水化膨胀又能控制微粒的分散运移，且抗酸、碱、油、水的冲洗能力都较强。但粘度较大，价格较贵，岩石表面吸附量较大。
发明内容
本发明的目的是针对上述防膨剂的缺点，提供一种油井防膨压裂液及其制备方法，通过利用防膨添加剂的特殊的理化性质如离子半径、电荷密度、表面吸附等，降低在压裂期间或者压裂后期外来流体对油层粘土矿物的水化膨胀、脱落、运移等作用造成的储层伤害。
为此，本发明提供了一种油井防膨压裂液，包括基液和交联液，所述基液和交联液的质量百分比分别占 88.0～99.75%和0.25～12.0%；
所述基液由水、植物胶稠化剂、防膨添加剂、杀菌剂、调节剂 和助排剂组成，在所述基液中的质量分数依次占97.3～99.02%、0.2～0.40%、0.3～0.5%、0.1～0.5%、0.08～0.3%和0.3～1.0%；
所述交联液由过硫酸铵和交联剂组成，在所述交联液中的质量分数依次占0～50%和50～100%。
所述的防膨添加剂按质量百分比由15%氯化铵、20%氯化钾、20%阳离子聚合物XYJH-1、40% 小阳离子聚合物XYXJH-1、5%防运移固砂剂XYFY-1复合形成。
所述的交联剂为硼的有机或无机化合物。
所述的交联剂为硼砂、硼酸钠或三乙醇胺硼酸酯。
所述的植物胶稠化剂型号为CJ2-8、所述防膨添加剂型号为XYYFP-3、所述杀菌剂型号为CJSJ-3、所述调节剂型号为TJ-1或 CJ-3、所述助排剂型号为CF-5D。
一种上述油井防膨压裂液的制备方法，包括下列步骤，
（1）基液的配制
将循环泵流量调整至500-700L/min，向水中按配方比例加入稠化剂，循环10-15min，然后依次按配方比例加入防膨剂、杀菌剂、调节剂，最后加入助排剂，循环15-20min，静置1h，使植物胶稠化剂充分溶胀，形成均一的液体。
（2）交联液的配制
将过硫酸铵和交联剂按配方比例混合反应，形成均一溶液。
（3）压裂液的配制
在搅拌或泵车循环的状况下，使压裂液基液与交联液按照配方比例混合均匀，形成交联的高粘度的液体。
上述步骤（3）压裂液的配制过程中，加入破胶剂，所述破胶剂在压裂液中的质量分数为0.00009～0.00042%。
所述的破胶剂为过硫酸铵、过氧化氯、双氧水、高锰酸钾、过氧化苯甲酰、聚糖酶、纤维素酶中的一种。
本发明的优点：
1、高效的防膨作用可使油井在压裂液过程中油层中的粘土矿物水化膨胀大幅度的降低，室内评价防膨率在80%以上。
2、阳离子型防膨剂可与吸附在粘土矿物的表面，将粘土矿物与外界流体有效的隔离，从而有效的防止了粘土表层的水化膨胀，保护了油层孔吼的主体框架结构。
3、具有良好的耐水冲刷作用。
具体实施方式
本发明的这种油井防膨压裂液，包括基液和交联液，所述基液和交联液的质量百分比分别占 88.0～99.75%和0.25～12.0%；所述基液由水、植物胶稠化剂（CJ2-8）、防膨添加剂（XYYFP-3）、杀菌剂（CJSJ-3）、调节剂（TJ-1或 CJ-3 ）和助排剂（CF-5D）组成，在所述基液中的质量分数依次占97.3～99.02%、0.2～0.40%、0.3～0.5%、0.1～0.5%、0.08～0.3%和0.3～1.0%；所述交联液由过硫酸铵和交联剂组成，在所述交联液中的质量分数依次占0～50%和50～100%。
上述交联剂为硼砂、硼酸钠或三乙醇胺硼酸酯等硼的有机或无机化合物；上述防膨添加剂按质量百分比由15%氯化铵、20%氯化钾、20%阳离子聚合物（XYJH-1）、40% 小阳离子聚合物（XYXJH-1）、5%防运移固砂剂（XYFY-1）复合形成。
上述油井防膨压裂液的制备方法，包括下列步骤，
（1）基液的配制
将循环泵流量调整至500-700L/min，向水中按配方比例加入稠化剂，循环10-15min，然后依次按配方比例加入防膨剂、杀菌剂、调节剂，最后加入助排剂，循环15-20min，静置1h，使植物胶稠化剂充分溶胀，形成均一的液体。
（2）交联液的配制
将过硫酸铵和交联剂按配方比例混合反应，形成均一溶液。
（3）压裂液的配制
在搅拌或泵车循环的状况下，使压裂液基液与交联液按照配方比例混合均匀，形成交联的高粘度的液体。压裂液的配制过程中，加入破胶剂，所述破胶剂在压裂液中的质量分数为0.0001～0.2%。
上述破胶剂为过硫酸铵、过氧化氯、双氧水、高锰酸钾、过氧化苯甲酰、聚糖酶、纤维素酶中的一种。
以下结合具体实施例进行说明：
实施例1：
基液的配制：向30m³容器中注入29751Kg水，用泵车以500L/min速度进行循环，缓慢加入60Kg植物胶稠化剂CJ2-8，加入时间不小于3min，继续循环或搅拌10分钟。依次加入90Kg高效防膨剂XYYFP-3、30Kg杀菌剂CJSJ-3、150Kg助排剂CF-5D、24Kg调节剂CJ-3，继续循环15-20min，使稠化剂充分的分散、溶胀，形成均一的液体，即为压裂液基液，此时植物胶稠化剂、防膨添加剂、杀菌剂、调节剂 、助排剂和水的质量百分比分别为：0.20%、0.3%、0.1%、0.08%、0.5%和98.82%。
交联液的配制：在现场3m³容器中加入2974.5Kg水，在搅拌条件下，加入15Kg硼砂和10.5Kg过硫酸铵，继续搅拌30分钟，使各组分充分的扩散、溶胀，形成交联剂。
压裂液的配制：压裂施工时，在泵送基液的同时，以基液:交联=100：8～12的体积比（最佳比例视现场交联情况确定）进行混合并加入10KG破胶剂，形成所需压裂液。
一般的常规压裂液，对储层的伤害率一般保持在20～55%左右，油井产量平均保持率大致为60～80%，而本实施例的压裂液适用的油层温度为60℃，压裂改造后试生产180天，测得对储层的平均伤害率只有8～13%左右，较之常规压裂液储层伤害率较小，油井产量平均保持率94.5%，明显高于使用常规压裂液后的油井产量保持率。
实施例2：
基液的配制：向30m³容器中注入29310Kg水，用泵车以700L/min速度进行循环，缓慢加入120Kg植物胶稠化剂CJ2-8，加入时间不小于3min，继续循环或搅拌10分钟。依次加入90Kg高效防膨剂XYYFP-3、30Kg杀菌剂CJSJ-3、150Kg助排剂CF-5D、150Kg调节剂TJ-1，继续循环15-20min，使稠化剂充分的分散、溶胀，形成均一的液体，即为压裂液基液，植物胶稠化剂、防膨添加剂、杀菌剂、调节剂 、助排剂和水的质量百分比分别为：0.4%、0.3%、0.1%、0.5%、0.5%和98.2%。
交联液的配制：在现场2m³容器中加入1925Kg有机硼交联剂JL-13，在搅拌条件下，加入75Kg过硫酸铵，继续搅拌40分钟，使各组分充分的扩散、溶胀，形成交联剂。
压裂液的配制：压裂施工时，在泵送基液的同时，以基液:交联=100：0.25～0.35的体积比（最佳比例视现场交联情况确定）进行混合并加入8KG破胶剂，使得基液和交联液的质量百分比分别达到 99.75%和0.25，形成所需压裂液。
一般的常规压裂液，对储层的伤害率一般保持在20～55%左右，油井产量平均保持率大致为60～80%，而本实施例的压裂液适用的油层温度为90℃，压裂改造后试生产180天，测得对储层的平均伤害率只有11～17%左右，较之常规压裂液储层伤害率较小，油井产量平均保持率91.9%，明显高于使用常规压裂液后的油井产量保持率。
实施例3：
基液的配制：向50m³容器中注入49460Kg水，用泵车以600L/min速度进行循环，缓慢加入175Kg植物胶稠化剂CJ2-8，加入时间不小于5min，继续循环15分钟。依次加入200Kg高效防膨剂XYYFP-3、250Kg助排剂CF-5D、50Kg杀菌剂CJSJ-3、150Kg助排剂CF-5D、40Kg调节剂4，继续循环20-30min，使稠化剂充分的分散、溶胀，形成均一的液体，即为压裂液基液，此时植物胶稠化剂、防膨添加剂、杀菌剂、调节剂 、助排剂和水的质量百分比分别为：0.35%、0.4%、0.1%、0.08%、0.5%和98.67%。
交联液的配制：在现场3m³容器中加入1500Kg水，1425Kg有机硼交联剂JL-2，在搅拌条件下，75Kg过硫酸铵，继续搅拌35分钟，使各组分充分的扩散、溶胀，形成交联剂。
压裂液的配制：压裂施工时，在泵送基液的同时，以基液:交联=100：0.6～0.8的体积比（最佳比例视现场交联情况确定）进行混合并加入12KG破胶剂，使得基液和交联液的质量百分比分别达到 93%和6%，形成所需压裂液。
一般的常规压裂液，对储层的伤害率一般保持在20～55%左右，油井产量平均保持率大致为60～80%，而本实施例的压裂液适用的油层温度为80℃，压裂改造后试生产180天，测得对储层的平均伤害率只有9～12%左右，较之常规压裂液储层伤害率较小，油井产量平均保持率93.7%，明显高于使用常规压裂液后的油井产量保持率。
实施例4：
基液的配制：向50m³容器中注入49308Kg水，用泵车以640L/min速度进行循环，缓慢加入155Kg植物胶稠化剂CJ2-8，加入时间不小于5min，继续循环15分钟。依次加入260Kg高效防膨剂XYYFP-3、300Kg助排剂CF-5D、50Kg杀菌剂CJSJ-3、40Kg调节剂4，继续循环20-30min，使稠化剂充分的分散、溶胀，形成均一的液体，即为压裂液基液，此时植物胶稠化剂、防膨添加剂、杀菌剂、调节剂 、助排剂和水的质量百分比分别为：0.2%、0.5%、0.1%、0.08%、0.8%和98.32%。
交联液的配制：在现场3m³容器中加入1500Kg水，1425Kg有机硼交联剂JL-2，在搅拌条件下，75Kg过硫酸铵，继续搅拌33分钟，使各组分充分的扩散、溶胀，形成交联剂。
压裂液的配制：压裂施工时，在泵送基液的同时，以基液:交联=100：0.6～0.8的体积比（最佳比例视现场交联情况确定）进行混合并加入18KG破胶剂，使得基液和交联液的质量百分比分别达到90%和5%，形成所需压裂液。
一般的常规压裂液，对储层的伤害率一般保持在20～55%左右，油井产量平均保持率大致为60～80%，而本实施例的压裂液适用的油层温度为70℃，压裂改造后试生产180天，测得对储层的平均伤害率只有9～17%左右，较之常规压裂液储层伤害率较小，油井产量平均保持率92.8%，明显高于使用常规压裂液后的油井产量保持率。
实施例5：
基液的配制：向30m³容器中注入29421Kg水，用泵车以580L/min速度进行循环，缓慢加入105Kg植物胶稠化剂CJ2-8，加入时间不小于3min，继续循环或搅拌10分钟。依次加入120Kg高效防膨剂XYYFP-3、30Kg杀菌剂CJSJ-3、150Kg助排剂CF-5D、24Kg调节剂CJ-3，继续循环15-20min，使稠化剂充分的分散、溶胀，形成均一的液体，即为压裂液基液，植物胶稠化剂、防膨添加剂、杀菌剂、调节剂 、助排剂和水的质量百分比分别为：0.35%、0.4%、0.1%、0.08%、0.5%和98.57%。
交联液的配制：在现场3m³容器中加入2974.5Kg水，在搅拌条件下，加入15Kg硼砂和10.5Kg过硫酸铵，继续搅拌35分钟，使各组分充分的扩散、溶胀，形成交联剂。
压裂液的配制：压裂施工时，在泵送基液的同时，以基液:交联=100：8～12的体积比（最佳比例视现场交联情况确定）进行混合并加入6KG破胶剂，使得基液和交联液的质量百分比分别达到 94%和12%，形成所需压裂液。
一般的常规压裂液，对储层的伤害率一般保持在20～55%左右，油井产量平均保持率大致为60～80%，而本实施例的压裂液适用的油层温度为80℃，压裂改造后试生产180天，测得对储层的平均伤害率只有6～10%左右，较之常规压裂液储层伤害率较小，油井产量平均保持率95.3%，明显高于使用常规压裂液后的油井产量保持率。
本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，如有需要我们可提供参考资料。
本发明中所涉及的压裂液中高效防膨剂XYYFP-3可在中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司获得，其他材料均可在长庆井下助剂公司获得，地址：陕西省咸阳市朝阳七路。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种油井防膨压裂液，包括基液和交联液，其特征在于：所述基液和交联液的质量百分比分别占 88.0～99.75%和0.25～12.0%；
所述基液由水、植物胶稠化剂、防膨添加剂、杀菌剂、调节剂 和助排剂组成，在所述基液中的质量分数依次占97.3～99.02%、0.2～0.40%、0.3～0.5%、0.1～0.5%、0.08～0.3%和0.3～1.0%；
所述交联液由过硫酸铵、交联剂和水组成，在所述交联液中的质量分数依次占0.35～3.75%、0.5～96.25%、余量为水；
所述的防膨添加剂按质量百分比由15%氯化铵、20%氯化钾、20%阳离子聚合物XYJH-1、40% 小阳离子聚合物XYXJH-1、5%防运移固砂剂XYFY-1复合形成。
2.如权利要求1所述的油井防膨压裂液，其特征在于：所述的交联剂为硼的有机或无机化合物。
3.如权利要求2所述的油井防膨压裂液，其特征在于：所述的交联剂为硼砂、硼酸钠或三乙醇胺硼酸酯。
4.如权利要求1所述的油井防膨压裂液，其特征在于：所述的植物胶稠化剂型号为CJ2-8、所述防膨添加剂型号为XYYFP-3、所述杀菌剂型号为CJSJ-3、所述调节剂型号为TJ-1或CJ-3、所述助排剂型号为CF-5D。
5.一种如权利要求1所述的油井防膨压裂液的制备方法，其特征在于：包括下列步骤，
（1）基液的配制
将循环泵流量调整至500-700L/min，向水中按配方比例加入稠化剂，循环10-15min，然后依次按配方比例加入防膨剂、杀菌剂、调节剂，最后加入助排剂，循环15-20min，静置1h，使植物胶稠化剂充分溶胀，形成均一的液体；
（2）交联液的配制
将过硫酸铵、交联剂和水按配方比例混合反应，形成均一溶液；
（3）压裂液的配制
在搅拌或泵车循环的状况下，使压裂液基液与交联液按照配方比例混合均匀，形成交联的高粘度的液体。
6.如权利要求5所述的油井防膨压裂液的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）压裂液的配制过程中，加入破胶剂，所述破胶剂在压裂液中的质量分数为0.00009～0.00042%。
7.如权利要求6所述的油井防膨压裂液的制备方法，其特征在于：所述的破胶剂为过硫酸铵、过氧化氯、双氧水、高锰酸钾、过氧化苯甲酰、聚糖酶、纤维素酶中的一种。
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