CN105713593A

CN105713593A - 超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液sse配制方法

Info

Publication number: CN105713593A
Application number: CN201410405096.XA
Authority: CN
Inventors: 冯文光; 冯博; 冯妍; 冯卓
Original assignee: One-Tenth Can Greenwood Scientific And Technological Development LLC
Current assignee: Renshou Branch of Chengdu Energy Materials Technology Development Co., Ltd.
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2016-06-29

Abstract

本发明属地下能源开发储层改造。其特征是根据岩石成分，配制的超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。SSE易进入纳米孔缝，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSE可以单独使用，也可以与液态二氧化碳或液氮混合压入地层冷缩冷胀造缝。使用SSE压裂液实现不加砂压裂。由于各种矿物成分冷缩脆性的非均匀性，SSE造缝难以闭合。静态和动态腐蚀速率低于行业标准，施工作业可以不换管柱。

Description

超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE配制方法

技术领域：

本发明属于地下能源开发增储增产储层改造中压裂使用的压裂液，特别提供超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE配制方法。

注：溶解是指溶质分散于溶剂中成为溶液的物理过程。

技术背景：

中国的油气藏、煤层气、页岩气储层都是超致密的，不压裂就没有产能。吸附气、吸附油都是以吸附态储集在纳米孔隙中。

绝大多数井都必须压裂，压裂都必须加砂。岩石不易碎，难压裂造缝。用瓜尔胶堵塞纳米、微米孔缝，不用瓜尔胶难以携砂压裂。所有的压裂都必须破胶，低温破胶是难题。高温时压裂液粘弹性变差，难携砂。砂易压碎堵塞孔缝，极大降低导流能力。

李冰父子最早用热胀冷缩原理造缝，在冬天用火烧，浇冰水冻裂石缝，开掘都江堰宝瓶口，使水流入成都平原灌溉。

冷缩造缝实例很多：岩石低温破碎，冻融损伤、冻融坝基破碎、冻融路基破碎、冻土岩石冷破裂。

停注一段时间，超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE与孔缝中的地层水混合后被稀释，浓度降低；然后升温，在孔缝中结冰，冷胀造缝。

岩石的矿物成分异常复杂，各种矿物的热胀冷缩冷胀造缝是非均匀的，即使地层温度恢复到原有地层温度，热胀冷缩冷胀生成的裂缝绝不可能闭合成原状。

本发明的目的是提供一种溶解溶蚀通缝扩喉，扩大纳米孔缝，再冷缩冷胀造缝，不加砂造缝的纳米压裂液。

本发明的关键是1％～10％超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE的水溶液是超低温过冷流体。

国际原始创新，达到国际领先水平的创新点：

超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。SSE易进入纳米孔缝，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSE可以单独使用，也可以与液态二氧化碳或液氮混合压入地层冷缩冷胀造缝。使用SSE压裂液实现不加砂压裂。由于各种矿物成分冷缩脆性的非均匀性，SSE造缝难以闭合。

超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE成本低，易于现场施工操作，是进行不加砂压裂的关键压裂液，成本更低，更易施工，便于推广应用。

超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE需求量大、市场大、需求时间具有持久性；经济效益、社会效益都是难以估量的。地下渗流态和吸附态能源开采、地热和干热岩热源的开发利用，都需要用超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE进行不加沙压裂。利用超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE开发地热，可以在控制降雨，在干旱地区抗旱、沙漠快速绿化、地震防震减灾、地震能源开发利用中发挥极其重要的作用。超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE不但可以解决大量的就业，更重要地是保证全国各行各业高速增长的能源需求、抗旱、沙漠快速绿化，同时为国家创造大量经济收入；地震能源开发利用，减少地震人员伤亡、财产损失。

超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE的实例见表1。

表1超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE的实例

实例1.本发明提供了一种煤岩超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液(型号SSEco)，其优点是煤岩溶蚀率最大、煤层破裂压力下降最大、煤层压裂施工压力下降最大，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。重点溶蚀煤粉、孔缝中的胶结物和充填物。适应于煤层不加沙压裂，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSEco可以在煤层单独进行不加沙压裂，也可以与液态二氧化碳或液氮混合进行不加沙压裂。由于煤层各种矿物成分冷缩性的非均匀性，SSEco在煤层不加沙压裂造缝难以闭合。

SSEco配方：0.2％～5％超低温过冷液化剂SSLco+0.2％～5％酸基压裂液VCFaco或溶解压裂液CFsco+0.2％～5％潜在酸CAPco+0.2％～5％缓速酸CArco+2％～12％[31％HCl]+0.5％～2％[40％HF]。

实例2.本发明提供了一种砂岩超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液(型号SSEsa)，其优点是砂岩溶蚀率最大、砂岩储层破裂压力下降最大、砂岩储层压裂施工压力下降最大，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。重点溶蚀砂岩及孔缝中的胶结物和充填物。适应于砂岩储层不加沙压裂，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSEsa可以在砂岩储层单独进行不加沙压裂，也可以与液态二氧化碳或液氮混合进行不加沙压裂。由于砂岩储层各种矿物成分冷缩性的非均匀性，SSEsa在砂岩储层不加沙压裂造缝难以闭合。

SSEsa配方：0.2％～5％超低温过冷液化剂SSLsa+0.2％～5％酸基压裂液VCFasa或溶解压裂液CFssa+0.2％～5％潜在酸CAPsa+0.2％～5％缓速酸CArsa+2％～12％[31％HCl]+0.5％～2％[40％HF]。

实例3.本发明提供了一种页岩超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液(型号SSEsh)，其优点是页岩溶蚀率最大、页岩储层破裂压力下降最大、页岩储层压裂施工压力下降最大，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。重点溶蚀页岩及孔缝中的胶结物和充填物。适应于页岩储层不加沙压裂，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSEsh可以在页岩储层单独进行不加沙压裂，也可以与液态二氧化碳或液氮混合进行不加沙压裂。由于页岩储层各种矿物成分冷缩性的非均匀性，SSEsh在页岩储层不加沙压裂造缝难以闭合。

SSEsh配方：0.2％～5％超低温过冷液化剂SSLsh+0.2％～5％酸基压裂液VCFash或溶解压裂液CFssh+0.2％～5％潜在酸CAPsh+0.2％～5％缓速酸CArsh+2％～12％[31％HCl]+0.5％～2％[40％HF]。

实例4.本发明提供了一种花岗岩超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液(型号SSEgr)，其优点是花岗岩溶蚀率最大、花岗岩储层破裂压力下降最大、花岗岩储层压裂施工压力下降最大，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。重点溶蚀花岗岩及孔缝中的胶结物和充填物。适应于花岗岩储层不加沙压裂，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSEgr可以在花岗岩储层单独进行不加沙压裂，也可以与液态二氧化碳或液氮混合进行不加沙压裂。由于花岗岩储层各种矿物成分冷缩性的非均匀性，SSEgr在花岗岩储层不加沙压裂造缝难以闭合。

SSEgr配方：0.2％～5％超低温过冷液化剂SSLgr+0.2％～5％酸基压裂液VCFagr或溶解压裂液CFsgr+0.2％～5％潜在酸CAPgr+0.2％～5％缓速酸CArgr+2％～12％[31％HCl]+0.5％～2％[40％HF]。

实例5.本发明提供了一种碳酸盐岩超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液(型号SSEca)，其优点是碳酸盐岩溶蚀率最大、碳酸盐岩储层破裂压力下降最大、碳酸盐岩储层压裂施工压力下降最大，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。重点溶蚀碳酸盐岩及孔缝中的胶结物和充填物。适应于碳酸盐岩储层不加沙压裂，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSEca可以在碳酸盐岩储层单独进行不加沙压裂，也可以与液态二氧化碳或液氮混合进行不加沙压裂。由于碳酸盐岩储层各种矿物成分冷缩性的非均匀性，SSEca在碳酸盐岩储层不加沙压裂造缝难以闭合。

SSEca配方：0.2％～5％超低温过冷液化剂SSLca+0.2％～5％酸基压裂液VCFaca或溶解压裂液CFsca+0.2％～5％潜在酸CAPca+0.2％～5％缓速酸CArca+2％～12％[31％HCl]+0.5％～2％[40％HF]。

实例6.本发明提供了一种泥岩超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液(型号SSEmu)，其优点是泥岩溶蚀率最大、泥岩储层破裂压力下降最大、泥岩储层压裂施工压力下降最大，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。重点溶蚀泥岩及孔缝中的胶结物和充填物。适应于泥岩储层不加沙压裂，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSEmu可以在泥岩储层单独进行不加沙压裂，也可以与液态二氧化碳或液氮混合进行不加沙压裂。由于泥岩储层各种矿物成分冷缩性的非均匀性，SSEmu在泥岩储层不加沙压裂造缝难以闭合。

SSEmu配方：0.2％～5％超低温过冷液化剂SSLmu+0.2％～5％酸基压裂液VCFamu或溶解压裂液CFsmu+0.2％～5％潜在酸CAPmu+0.2％～5％缓速酸CArmu+2％～12％[31％HCl]+0.5％～2％[40％HF]。

实例7.本发明提供了一种砂质泥岩超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液(型号SSEsm)，其优点是砂质泥岩溶蚀率最大、砂质泥岩储层破裂压力下降最大、砂质泥岩储层压裂施工压力下降最大，在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体。重点溶蚀砂质泥岩及孔缝中的胶结物和充填物。适应于砂质泥岩储层不加沙压裂，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。SSEsm可以在砂质泥岩储层单独进行不加沙压裂，也可以与液态二氧化碳或液氮混合进行不加沙压裂。由于砂质泥岩储层各种矿物成分冷缩性的非均匀性，SSEsm在砂质泥岩储层不加沙压裂造缝难以闭合。

SSEsm配方：0.2％～5％超低温过冷液化剂SSLsm+0.2％～5％酸基压裂液VCFasm或溶解压裂液CFssm+0.2％～5％潜在酸CAPsm+0.2％～5％缓速酸CArsm+2％～12％[31％HCl]+0.5％～2％[40％HF]。

Claims

1.超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE配制方法，其特征在于其造缝原理是溶解溶蚀扩大纳米孔缝、超低温过冷冷缩造缝、结冰冷胀造缝。配制的总原则是：配制的SSE水溶液在温度-200℃～-10℃范围内是超低温过冷流体，仍可以自由流动。将SSE水溶液压入地层后进入纳米孔缝，溶解溶蚀纳米孔缝中的充填物、胶结物和部分溶解溶蚀孔缝壁面，沟通扩大纳米孔缝；同时突变型急剧快速降低岩层温度，冷缩岩石迫使岩石超低温非均匀冷缩造缝。停注一段时间，使注入液体与孔缝中的地层水混合，一方面超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE被稀释，浓度降低；另一方面升温，在孔缝中结冰，冷胀造缝。由于岩石矿物成分分布的非均匀性，各种矿物成分冷缩脆性的非均匀性，即使恢复到原始温度，溶解溶蚀扩大纳米孔缝、冷缩造缝、冷胀造缝难以闭合。

2.按照权利要求1所述的配制方法，其特征在于配制的超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE的主要性能为溶解溶蚀沟通扩大纳米孔缝、冷缩造缝、冷胀造缝共同造缝。2％超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE的总目标为：有机氯含量为0；凝固点-200℃～-10℃；闪点100℃～200℃；岩芯驱替降阻率20％～90％；溶解溶蚀粘土矿物(高岭石、钠膨润土、伊利石、绿泥石)、石英、方解石、白云石、长石、砾岩、砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、煤粉、花岗岩等岩石的溶解率大于0.5％；纳米孔缝扩大20％～100％；防膨率70％～150％；残渣量0mg/L～200mg/L；Amott-Harvey润湿指数-0.3～0.5；水敏指数-0.01～-10；酸敏指数-0.01～-10；N-80钢片90℃静态腐蚀速率小于4g/(m²*h)；90℃动态腐蚀速率小于30g/(m²*h)。静态和动态腐蚀速率低于行业标准，施工作业可以不换管柱。只要配制的水满足国家《污水综合排放标准》，配制的SCD满足国家《污水综合排放标准》；只要地层水满足围家《污水综合排放标准》，SCD施工后返排的地层水满足国家《污水综合排放标准》。

3.按照权利要求1-2所述的配制方法，其特征在于超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE配方：0.2％～5％超低温过冷液化剂SSL+0.2％～5％酸基压裂液VCFa或溶解压裂液CFs+0.2％～5％潜在酸CAP+0.2％～5％缓速酸CAr+2％～12％[31％HCl]+0.5％～2％[40％HF]。配方成分和用量按照配制超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE的总原则和总目标，随岩性成分、地层温度、地层压力、施工条件变化，具有相对性。

注：相关产品的专利

4.按照权利要求1-3所述的配制方法，其特征在于配制超低温过冷液化剂SSL的基本配料有：第一，符合超低温流动凝固点或熔点(凝固点或熔点-200℃～-10℃)、相对分子质量小于500、易溶于水三个条件的醇、酚、醚、酮、酯、含氮化合物、含硫化合物、多官能团、表面活性剂等有机超低温过冷促进剂；第二，无机凝固点降低剂。由有机超低温过冷促进剂和无机凝固点降低剂制成在-200℃～-10℃范围内超低温过冷液化剂SSL，其水溶液是超低温过冷流体，即在-200℃～-10℃范围内SSL的水溶液具有流动性。

5.按照权利要求1-3所述的配制方法，其特征在于溶解溶蚀扩大纳米孔缝。根据岩石矿物成分、地层温度、地层压力、施工条件，SSE溶液易进入纳米孔缝，溶解溶蚀纳米孔缝中的充填物、胶结物，沟通纳米孔缝；部分溶解溶蚀孔缝壁面，扩大纳米孔缝。

6.按照权利要求1-3所述的配制方法，其特征在于超低温过冷冷缩造缝。根据岩石矿物成分冷缩脆性的非均匀性，超低温非均匀冷缩造缝，造缝难以闭合。

7.按照权利要求1-3所述的配制方法，其特征在于结冰冷胀造缝。超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE进入地层后被稀释，浓度降低，超低温过冷作用逐渐失效；停注后地层温度逐步升温，在孔缝中结冰冷胀造缝。

8.按照权利要求1-2所述的配制方法，其特征在于用1％～10％超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE+90％～99％水经混砂车、配液车或大排量泵循环20分钟，其水溶液与5％～20％液氮分别经三叉管入口端进入井筒混合，在温度-200℃～1℃范围内在井筒和地层仍可以自由流动，不结冰，使岩石冷缩造缝。

9.按照权利要求1-2所述的配制方法，其特征在于用1％～10％超低温过冷收缩与扩大纳米孔缝压裂液SSE+90％～99％水经混砂车、配液车或大排量泵循环20分钟，其水溶液与10％～30％液态二氧化碳分别经三叉管入口端进入井筒混合，在温度-200℃～1℃范围内在井筒和地层仍可以自由流动，不结冰，使岩石冷缩造缝。