CN106675545B - 一种高温压裂液及储层改造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高温压裂液及储层改造方法。高温压裂液的原料组成包括：温度稳定剂、稠化剂、金属交联剂和水，温度稳定剂为抗坏血酸，温度稳定剂的添加量为高温压裂液总量的0.012wt％‑0.6wt％，金属交联剂的添加量为高温压裂液总量的0.01wt％‑1wt％。该储层改造方法包括：泵注压裂液携砂液到待改造的储层，压裂液携砂液包含：支撑剂和压裂液；压裂温度为150℃‑260℃的储层；并且清除压裂液携砂液中的压裂液，所用的压裂液为上述的高温压裂液。本发明的高温压裂液及储层改造方法具有优异的热稳定性和耐剪切性能，对储层伤害小。
Description
技术领域
本发明涉及一种压裂液及储层改造方法，尤其涉及一种高温压裂液及储层改造方法，属于油气开采技术领域。
背景技术
压裂技术是油气藏增产的一个重要手段，广泛应用于常规和非常规开采中；许多储层不压裂增产的话就不能经济地产出油气。可见，压裂液的性能在油气藏开采作业中起到至关重要的作用。
在压裂施工中对压裂液的要求有：有足够的粘度在储层产生裂缝并促使裂缝向储层内部扩展，从地面携砂(支撑剂)进入裂缝并使支撑剂在裂缝中均匀分布、裂缝闭合在支撑剂填充层上后破胶返排留下高导流率的支撑剂填充层。随着勘探开发的不断深入，储层环境越来越恶劣(异常高温高压)、物性越来越差(低渗致密)，对压裂液的性能要求也越来越高：耐温、耐剪切性能好，对储层的伤害小等。
目前使用广泛的天然植物胶压裂液(如胍胶水溶液和交联胍胶凝胶)，其热稳定性主要取决于交联键的热稳定性以及分子主链的耐温性能。由于天然聚合物主链通过缩醛键(糖苷键)连接，而缩醛键在高温下快速水解或热降解。大多数天然聚合物的耐温极限约为177℃。目前没有有效的添加剂能阻止这个降解过程超过30分钟。通常，使用大量前置液冷却地层、增加稠化剂/交联剂用量以及使用特殊添加剂和设备才能完成施工。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有优异的热稳定性和耐剪切性能、对储层伤害小的高温压裂液及储层改造方法。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高温压裂液，压裂液的原料组成包括：温度稳定剂、稠化剂、金属交联剂和水，其中，温度稳定剂为抗坏血酸，温度稳定剂的添加量为高温压裂液总量的0.012wt％-0.6wt％，金属交联剂的添加量为高温压裂液总量的0.01wt％-1wt％。
本发明提供的压裂液中，优选地，温度稳定剂的添加量为高温压裂液总量的0.036wt％-0.3wt％。
本发明提供的压裂液中，优选地，采用的稠化剂为大分子合成聚合物，其中，采用的大分子合成聚合物包含以下至少一类单体：
烯属不饱和膦酸单体；
烯属不饱和羧酸酰胺单体；
烯属不饱和磺酸单体。
本发明提供的高温压裂液中，优选地，采用的大分子合成聚合物同时包括烯属不饱和膦酸单体、烯属不饱和羧酸酰胺单体和烯属不饱和磺酸单体三种单体。
本发明提供的高温压裂液中，优选地，相对于大分子聚合物分子中的总单体量，烯属不饱和膦酸单体的含量为0.1wt％-20wt％，更优选为0.2wt％-10wt％；烯属不饱和羧酸酰胺单体的含量为20wt％-90wt％，更优选为30wt％-80wt％；烯属不饱和磺酸单体的含量为9wt％-80wt％，更优选为25wt％-60wt％。
本发明提供的高温压裂液中，优选地，稠化剂由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基磷酸酯共聚形成。
本发明提供的高温压裂液中，稠化剂在高温压裂液中的浓度要至少达到稠化剂聚合物的交联浓度，优选地，稠化剂在高温压裂液中的浓度为0.06wt％-10wt％；更优选地，稠化剂在高温压裂液中的浓度为0.12wt％-0.6wt％。
本发明提供的高温压裂液中，大分子人工合成聚合物通过先进行溶液聚合，在进行乳液聚合的步骤得到。
本发明提供的高温压裂液中，优选地，采用的金属交联剂包括硼化合物、锆化合物和钛化合物中的至少一种。利用金属交联剂交联稠化剂来提高高温压裂液的粘度。
本发明提供的高温压裂液中，优选地，当稠化剂采用反式乳液形式，该高温压裂液的原料组成还包括反转表面活性剂。
采用本领域常规的反转表面活性剂即可实现本发明的技术方案。采用反转表面活性剂用于稠化剂在水溶液中溶胀，其中，稠化剂以乳液形式存在。
本发明提供的高温压裂液中，优选地，该高温压裂液的原料组成还包括酸碱调节剂，酸碱调节剂保持所述高温压裂液在未添加金属交联剂时的酸碱度值为3.5-6.9，优选为4.5-6.0。采用本领域常规的酸碱调节剂即可实现本发明的技术方案，一般采用相溶的无机酸和有机酸。
本发明提供的高温压裂液中，优选地，该高温压裂液的原料组成还包括破胶剂。
本发明还提供了一种储层改造方法，该储层方法包括以下步骤：
泵注压裂液携砂液到待改造的储层，压裂液携砂液包含：支撑剂和高温压裂液；
压裂温度为150℃-260℃的储层；并且
清除压裂液携砂液中的高温压裂液；
高温压裂液为本发明上述的高温压裂液。
根据本发明的具体实施方式，支撑剂和高温压裂液的配比按照本领域的常规配比参数和方式进行即可。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，采用的支撑剂由颗粒状材料组成，采用常规的支撑剂即可，支撑剂用来阻止储层裂缝的闭合。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，温度稳定剂的添加量为高温压裂液总量的0.036wt％-0.3wt％。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，采用的稠化剂由抗水解的大分子合成聚合物组成；其中，采用的大分子合成聚合物包含以下至少一类单体：
烯属不饱和膦酸单体、烯属不饱和羧酸酰胺单体、烯属不饱和磺酸单体；
更优选地，采用的大分子合成聚合物同时包括烯属不饱和膦酸单体、烯属不饱和羧酸酰胺单体和烯属不饱和磺酸单体；相对于大分子人工聚合物分子中的总单体量，烯属不饱和膦酸单体的含量为0.1wt％-20wt％，最优选为0.2wt％-10wt％；烯属不饱和羧酸酰胺单体的含量为20wt％-90wt％，最优选为30wt％-80wt％；烯属不饱和磺酸单体的含量为9wt％-80wt％，最优选为25wt％-60wt％。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，采用的稠化剂由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基磷酸酯共聚形成。
本发明提供的储层改造方法中，对于高温压裂液中稠化剂的添加量，本领域技术人员可以根据需要选择适量添加。稠化剂在高温压裂液中的浓度要至少达到稠化剂聚合物的交联浓度，优选地，稠化剂在高温压裂液中的浓度为0.06wt％-10wt％；更优选地，稠化剂在高温压裂液中的浓度为0.12wt％-0.6wt％。
本发明提供的储层改造方法中，大分子合成聚合物通过先进行溶液聚合，在进行乳液聚合的步骤得到。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，采用的金属交联剂包括硼化合物、锆化合物和钛化合物中的至少一种。利用金属交联剂交联稠化剂来提高压裂液的粘度。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，当稠化剂采用反式乳液形式，高温压裂液的原料组成中还包括反转表面活性剂。
采用本领域常规的反转表面活性剂即可实现本发明的技术方案。采用反转表面活性剂用于稠化剂在水溶液中溶胀，其中，稠化剂以乳液形式存在。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，该高温压裂液的原料组成还包括酸碱调节剂。采用本领域常规的酸碱调节剂即可实现本发明的技术方案，一般采用相溶的无机酸和有机酸。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，酸碱调节剂保持高温压裂液在未添加金属交联剂时的酸碱度值为3.5-6.9，更优选为4.5-6.0。
本发明提供的储层改造方法中，该高温压裂液在未添加金属交联剂时的pH为3.5-6.9；更优选pH为4.5-6.0，如果未添加金属交联剂pH不在上述范围内，则需要进行调节，通过添加酸碱调节剂进行调节或者通过调节抗坏血酸的添加量进行调节。
本发明提供的储层改造方法中，优选地，该高温压裂液的原料组成还包括破胶剂。采用本领域常规的破胶剂即可实现本发明的技术方案。
在本发明的储层改造方法中，在具体用于储层改造时，通过加入抗坏血酸盐和酸到压裂液携砂液中，以形成抗坏血酸。
本发明提供的高温压裂液中，该高温压裂液在未添加金属交联剂时的pH为3.5-6.9；更优选pH为4.5-6.0，如果未添加金属交联剂pH不在上述范围内，则需要进行调节，通过添加酸碱调节剂进行调节或者通过调节抗坏血酸的添加量进行调节。
本发明提供的高温压裂液中，优选地，该高温压裂液的原料组成还包括破胶剂，采用本领域常规的破胶剂即可实现本发明的技术方案。
本发明提供的上述高温压裂液按照一般方式进行配制合成。
这里强调，本发明中的高温压裂液均为同一含义，无论是作为产品的高温压裂液还是储层改造方法中的高温压裂液均为同一含义，对储层改造方法中的高温压裂液的限定同样适用于作为产品的高温压裂液。
在本发明提供的储层改造方法中，高温压裂液中采用的抗坏血酸具有多重功能，可以调节的高温压裂液的酸碱度，使其在未添加交联剂时的线性胶液的酸碱度约为3.5-6.9；可以延迟稠化剂的交联；可以提高高温压裂液的粘度稳定性，消除初始的过度交联来降低初始的粘度尖峰。
通过抗坏血酸的添加量来实现不同的目的，比如，利用抗坏血酸延迟稠化剂的交联时，通过调节抗坏血酸在高温压裂液中的用量来控制延迟时间，使交联延迟一段时间再发生。
本发明提供的储层改造方法，具体包括以下步骤：
泵注压裂液携砂液到要改造的地层，压裂液携砂液包含以下组分：支撑剂和含多个组分的压裂液，含多个组分的压裂液包括：
水，稠化剂，包含抗坏血酸的温度稳定剂；
压裂温度在150℃-260℃范围的岩层；并且
清除压裂液携砂液中的压裂液组分。
本发明的储层改造的方法中，采用的支撑剂由颗粒状材料组成，用来阻止裂缝闭合。
本发明的储层改造的方法中，采用的稠化剂由抗水解的大分子合成聚合物组成。
本发明的储层改造的方法中，采用的稠化剂由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、和乙烯基磷酸酯的共聚物组成。
本发明的储层改造的方法中，采用的压裂液进一步包括交联剂，改造方法进一步包括：用交联剂交联稠化剂来提高的压裂液的粘度。
本发明的储层改造的方法中，采用的交联剂选自以下化合物中的至少一个：硼化合物、锆化合物和钛化合物。
本发明的储层改造的方法中，采用的压裂液进一步包括反转表面活性剂，帮助聚合物在水溶液中溶胀，这里的聚合物以乳液形式存在。
本发明的储层改造的方法中，采用的压裂液进一步包括破胶剂，并且在压裂步骤后清除的压裂液的步骤包括：在压裂液中加入的破胶剂。
本发明的储层改造的方法中，泵入所述的压裂液携砂液的步骤包括：通过加入抗坏血酸盐和酸在压裂液携砂液中形成的抗坏血酸。
本发明的储层改造的方法中，采用的压裂液进一步包括交联剂，该方法进一步包括以下步骤：
通过抗坏血酸调节的压裂液的酸碱度，使压裂液在未添加交联剂时的线性胶液的酸碱度值为3.5-6.9。
本发明的储层改造的方法中，采用的压裂液进一步包括交联剂，该方法进一步包括以下步骤：
通过抗坏血酸延迟稠化剂的交联。
本发明的储层改造的方法中，利用抗坏血酸提高压裂液的粘度稳定性，消除初始的过度交联来降低初始的粘度尖峰。
本发明的储层改造的方法中，进一步包括：延迟交联的步骤包括：
使交联延迟一段时间再发生，该方法进一步包括以下步骤：
调节抗坏血酸在压裂液中的用量来控制所述的延迟时间。
本发明的储层改造的方法中，其中，抗坏血酸的用量为0.012wt％-0.6wt％。
本发明的储层改造的方法中，其中，抗坏血酸的用量为0.036wt％-0.3wt％。
本发明的储层改造的方法中，其中，压裂液进一步包括酸碱调节剂，采用的酸碱调节剂在温度稳定剂之后加入压裂液中。
本发明的储层改造的方法中，采用的酸碱调节剂保持压裂液在未添加交联剂时的酸碱度值在3.5-6.9。
本发明的储层改造的方法中，采用的酸碱调节剂保持压裂液在未添加交联剂时的酸碱度值在4.5-6.0。
本发明还提供了上述压裂液的制备方法，该压裂液的制备方法具体包括以下步骤：
将反转表面活性剂和稠化剂乳液加入水溶液中搅拌3min；
根据具体情况，依次加入温度稳定剂、酸碱调节剂搅拌使其溶解，再加入金属交联剂搅拌均匀，加入破胶剂，得到压裂液。
本发明提供的高温压裂液采用了抗水解的大分子丙烯酰胺三元共聚物作为稠化剂，热稳定性优于天然植物胶；该大分子量的丙烯酰胺三元共聚物的分子链上分布有可交联的官能团，可以用金属交联剂进行交联。
本发明提供的储层改造方法中，采用的高温压裂液采用抗坏血酸作为温度稳定剂，通过与大分子量的丙烯酰胺三元共聚物和金属交联剂的协同作用，极大地提高了压裂液的热稳定性能。另外，采用的抗坏血酸在该高温压裂液中同时起到调节酸碱值使稠化剂与金属交联剂形成稳定交联的作用。此外，抗坏血酸在该高温压裂液中还具有延迟交联的作用，消除了压裂液中常见的初始过度交联的问题，通过延迟交联，可以避免压裂液在泵注管道中的高摩阻，极大降低对压裂液的机械伤害，提高压裂液的耐剪切性能。
本发明提供的高温压裂液和储层改造方法具有优异的热稳定性和耐剪切性能，破胶后无残渣，对储层伤害小。
附图说明
图1是实施例中的高温压裂液样品在180℃的粘度曲线。
图2是实施例中的高温压裂液样品在200℃的粘度曲线。
图3是实施例中的180℃高温压裂液在不同破胶剂用量下的粘度曲线。
图4是实施例中的200℃高温压裂液在不同破胶剂用量下的粘度曲线。
图5是实施例中的两个高温压裂液样品在230℃的粘度曲线。
图6是实施例中高温压裂液样品在经过剪切历史模拟后在200℃的粘度曲线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种高温压裂液，其包括有0.33wt％的聚合物稠化剂(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基磷酸酯的三元共聚物)，0.09wt％的抗坏血酸、0.08wt％的锆交联剂和余量的水，高温压裂液的总质量百分含量为100％。
本实施例提供了上述高温压裂液在180℃的粘度曲线，作为对照，还给出了同样体系但没有添加抗坏血酸作为温度稳定剂的体系的粘度测试结果，结果如图1所示。作为对照的未加抗坏血酸作为温度稳定剂的体系用乙酸调节酸碱度使得两个体系的酸碱度相当，并且在该酸碱度下交联剂分子能与稠化剂分子形成稳定交联。
图1显示，本实施例的含抗坏血酸的高温压裂液在180℃性能稳定，在两个小时后仍保持高于800mPa·s的表观粘度；抗坏血酸在本实施例的高温压裂液中同时起到延迟交联的作用，消除了压裂液中常见的初始过度交联的问题。
实施例2
本实施例提供了一种高温压裂液，其包括有0.47wt％的聚合物稠化剂(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基磷酸酯的三元共聚物)，0.12wt％的抗坏血酸、0.09wt％的锆交联剂和余量的水，高温压裂液的总质量百分含量为100％。
本实施例提供了上述高温压裂液在200℃的粘度曲线，作为对照，还给出了同样体系但用硫代硫酸钠取代抗坏血酸作为温度稳定剂的体系的粘度测试结果，结果如图2所示。作为对照的体系采用了0.12wt％的硫代硫酸钠作为温度稳定剂，并用乙酸调节酸碱度使得两个体系的酸碱度相当，在该酸碱度下交联剂分子能与稠化剂分子形成稳定交联。
图2显示，与常用的温度稳定剂硫代硫酸钠相比，抗坏血酸在本实施例的高温压裂液中不仅起到了更好地稳定流体性能的作用(在200℃使体系保持高于1000mPa·s的表观粘度达两个小时)和调节酸碱度的作用，还同时起到延迟交联的作用，消除了压裂液中常见的初始过度交联的问题。
实施例3
本实施例提供了一种高温压裂液，其包括0.33wt％的聚合物稠化剂(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基磷酸酯的三元共聚物)，0.084wt％的抗坏血酸，0.1wt％的锆交联剂、用量在0.003wt％-0.024wt％的溴酸钠破胶剂和余量的水，高温压裂液的总质量百分含量为100％。
本实施例还对上述高温压裂液进行了破胶验证试验，结果如图3所示。
图3显示，本实施例的高温压裂液可以在180℃有控制地破胶。
实施例4
本实施例提供了一种高温压裂液，其包括0.4wt％的聚合物稠化剂(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基磷酸酯的三元共聚物)，0.12wt％的抗坏血酸，0.1wt％的锆交联剂、用量在0.012wt％-0.048wt％的溴酸钠破胶剂和余量的水，高温压裂液的总质量百分含量为100％。
本实施例还对上述高温压裂液进行了破胶验证试验，结果如图4所示。
图4显示，本实施例的高温压裂液可以在200℃有控制地破胶。
实施例5
本实施例提供了一种高温压裂液，其包括0.47wt％的聚合物稠化剂(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基磷酸酯的三元共聚物)，含量分别为0.18wt％、0.24wt％的抗坏血酸，0.16wt％的锆交联剂和余量的水，高温压裂液的总质量百分含量为100％。
对上述两个高温压裂液进行高温稳定测试，结果如图5所示。图5显示，本实施例的上述含抗坏血酸的高温压裂液在230℃性能稳定，保持高于200mPa·s的表观粘度45分钟。
实施例6
本实施例提供了一种高温压裂液，包括：0.53wt％的聚合物稠化剂(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基磷酸酯的三元共聚物)，0.13wt％的抗坏血酸，0.16wt％的锆交联剂和余量的水，高温压裂液的总质量百分含量为100％。
上述储层改造方法中的高温压裂液在经历了模拟施工现场的高剪切后(室温、1350s-1速率下剪切5min)，测试其粘度，结果如图6所示。其中，模拟施工现场具体包括以下步骤：
泵注压裂液携砂液到待改造的储层，压裂液携砂液包含：支撑剂和高温压裂液；
压裂温度为150℃-260℃的储层；并且
清除压裂液携砂液中的高温压裂液。
图6显示，本实施例的高温压裂液在经历了高剪切后仍保持有优异的表观粘度，具有良好的剪切稳定性。说明本发明的高温压裂液用于实际储层改造时也具有同样的效果。
以上实施例表明，本发明的高温压裂液及储层改造方法，具有优异的热稳定性和耐剪切性能，破胶后无残渣，对储层伤害小。
Claims (7)
1.一种高温压裂液，其特征在于，所述高温压裂液的原料组成包括：温度稳定剂、稠化剂、金属交联剂和水，其中，所述温度稳定剂为抗坏血酸，所述温度稳定剂的添加量为所述高温压裂液总量的0.012wt％-0.6wt％，所述金属交联剂的添加量为所述高温压裂液总量的0.01wt％-1wt％；所述稠化剂在高温压裂液中的浓度为0.06wt％-10wt％；
所述稠化剂由20wt％-90wt％的丙烯酰胺、9wt％-80wt％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和0.1wt％-20wt％的乙烯基磷酸酯共聚形成，所述稠化剂各组成的重量百分比之和为100％；
所述金属交联剂包括锆化合物和钛化合物中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高温压裂液，其特征在于，所述温度稳定剂的添加量为所述高温压裂液总量的0.036wt％-0.3wt％。
3.根据权利要求1所述的高温压裂液，其特征在于，该高温压裂液的原料组成还包括酸碱调节剂；所述酸碱调节剂保持所述高温压裂液在未添加金属交联剂时的酸碱度值为3.5-6.9。
4.根据权利要求3所述的高温压裂液，其特征在于，所述酸碱调节剂保持所述高温压裂液在未添加金属交联剂时的酸碱度值为4.5-6.0。
5.根据权利要求1所述的高温压裂液，其特征在于，该高温压裂液的原料组成还包括破胶剂。
6.一种储层改造方法，其特征在于，该储层改造方法包括以下步骤：
泵注压裂液携砂液到待改造的储层，压裂液携砂液包含：支撑剂和高温压裂液；
压裂温度为150℃-260℃的储层；并且
清除压裂液携砂液中的高温压裂液；
所述高温压裂液是权利要求1-5任一项所述的高温压裂液。
7.根据权利要求6所述的储层改造方法，其特征在于，所述支撑剂由颗粒状材料组成。
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