CN106800926A - 一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液。以该纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，其包括92.4％～98.95％的液态二氧化碳，以及余量的增粘剂、辅助溶剂和纳米复合纤维；其中，所述纳米复合纤维包括聚合物/无机离子纳米复合纤维、聚合物/碳纳米管纳米复合纤维和聚合物/层状填料纳米复合纤维等中的一种或几种的组合。本发明提供的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液具有摩阻低、粘度高等特点，尤其适用于低渗特低渗油气藏、页岩气藏等非常规油气藏。

Description

一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液
技术领域
本发明属于石油开采领域中的非常规油气开采技术领域，具体涉及一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液。
背景技术
非常规天然气资源包括页岩气、致密砂岩气等，目前非常规油气资源已经在全球能源结构中扮演着重要角色。非常规油气资源的储层物性一般较差，具有低孔隙度、低渗透率、低孔喉半径等物性特征，油气的流动阻力较常规油气藏大的多。水力压裂技术应用于页岩气和致密气等非常规油气藏的开采会产生水敏、储层污染等一系列问题，而且水资源匮乏也是制约水力压裂的重要因素。
液态二氧化碳压裂是一种新型的非常规天然气藏储层改造技术。与常规水力压裂相比，液态二氧化碳压裂液具有高返排、对储层污染小、防止黏土矿物水化膨胀等诸多优点。因此，液态二氧化碳压裂能够提高非常规油气储层导流能力，但液态二氧化碳压裂液存在摩阻高、粘度低等问题。
在常规的水力压裂液体系中，水作为强极性溶剂，能够溶解众多常规的增粘剂以及其他水力压裂液常用的添加剂。而在液态二氧化碳压裂液体系中，完全没有水分子的存在，液态二氧化碳作为非极性溶剂，并不能够溶解水力压裂液常用的添加剂，纳米纤维作为一种添加剂在水基压裂液中可以提高携砂性能，但是在液态二氧化碳压裂液中分散性差，这是由于二氧化碳较低的密度和粘度造成的。因此，急需研发出含有合适添加剂的液态二氧化碳压裂液，包括分散性好的纳米复合纤维，提高携砂效果，以克服现有的液态二氧化碳压裂液存在的摩阻高、粘度低等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液。该压裂液具有摩阻低、粘度高等特点。
为达到上述目的，本发明提供了一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，以所述纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，其包括92.4％～98.95％的液态二氧化碳，以及余量的增粘剂、辅助溶剂和纳米复合纤维；其中，所述纳米复合纤维包括聚合物/无机离子纳米复合纤维、聚合物/碳纳米管纳米复合纤维和聚合物/层状填料纳米复合纤维等中的一种或几种的组合。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，所述纳米复合纤维的纤维表面和端面的纳米颗粒以40～50nm(即每两个纳米颗粒之间的距离)均匀分散。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，所述纳米复合纤维的纳米颗粒直径为5-50nm，纳米颗粒的添加量为所述聚合物总质量的8～12％。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，所述纳米复合纤维的长度为0.3～0.6cm，直径为1.0～300μm，更优选的直径为2.0～100μm。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，所述纳米复合纤维为聚合物/蒙脱土纳米复合纤维和/或聚合物/石墨纳米复合纤维。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，所述聚合物/蒙脱土纳米复合纤维是通过以下方法制备得到的：
将蒙脱土水溶液与十六烷基三甲基氯化铵在硅烷偶联剂作用下反应，得到有机蒙脱土；
将所述有机蒙脱土与聚合物共混挤出，得到粒料；
将所述粒料进行纺丝，得到所述的聚合物/蒙脱土纳米复合纤维。
在上述的聚合物/蒙脱土纳米复合纤维的制备方法中，各步骤的处理温度和压力等条件均是本领域常规的，可以由本领域技术人员根据实际情况进行调控。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，所述纳米复合纤维中的聚合物包括聚酰胺或聚甲基丙烯酸甲酯。
在本发明中，所述的聚合物/无机离子纳米复合纤维、聚合物/碳纳米管纳米复合纤维和聚合物/层状填料纳米复合纤维，例如聚合物/石墨纳米复合纤维等，可以通过本领域常规的方法制备得到，例如依次进行共混、纺丝等步骤。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，以所述纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，所述纳米复合纤维的含量为0.05％～0.1％。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，所述增粘剂为高度氟化的丙烯酸酯与部分磺化的苯乙烯的嵌段共聚物。该嵌段共聚物的具体组成及制备方法可以参考以下文献：Z.H.Huang,C.M.Shi,J.H.Xu,Kilic and E.J.Beckman:MaromoleculesVol.33(2000),p.5437。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，以所述纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，所述增粘剂的含量为0.5％～2.5％。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，所述辅助溶剂包括链状烷烃、芳烃、不饱和烃和环烷烃等中的一种或几种的组合。
在上述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液中，优选地，以所述纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，所述辅助溶剂的含量为0.5％～5％。
本发明提供的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液具有降阻作用，其降阻率是液态二氧化碳压裂液的20％～40％，能够有效降低施工管柱中的摩阻；此外，其中的纳米复合纤维均匀分散在压裂液中，能够形成纤维网络，并优选配合高度氟化的丙烯酸酯与部分磺化的苯乙烯的嵌段共聚物作为增粘剂，提高了压裂液的粘度以及携砂性能，并且改变了沉降方式，减慢了支撑剂的沉降速率；同时具有耐温耐剪切的优点。该压裂液尤其适用于低渗特低渗油气藏、页岩气藏等非常规油气藏。
附图说明
图1为实施例1及比较例1中配制的压裂液阻力系数随流速的变化图；
图2为实施例2及比较例1中配制的压裂液阻力系数随流速的变化图。
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。
以本发明提供的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，其可以由0.5％～2.5％的增粘剂、0.5％～5％的辅助溶剂、0.05％～0.1％纳米复合纤维及液态二氧化碳余量(即92.4％～98.95％)组成；其中，所述纳米复合纤维包括聚合物/无机离子纳米复合纤维、聚合物/碳纳米管纳米复合纤维和聚合物/层状填料纳米复合纤维等中的一种或几种的组合。该纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液可以由以下方法制备得到：使所述增粘剂、辅助溶剂和纳米复合纤维溶解于所述液态二氧化碳中，得到所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液。
下面列举一些具体实施例和比较例来对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，以该纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，其由2％的增粘剂、5％的辅助溶剂、0.05％的纳米复合纤维以及92.95％的液态二氧化碳组成，其中，所述增粘剂为高度氟化的丙烯酸酯与部分磺化的苯乙烯的嵌段共聚物(该嵌段共聚物的具体组成及制备方法参考以下文献：Z.H.Huang,C.M.Shi,J.H.Xu,Kilic and E.J.Beckman:MaromoleculesVol.33(2000),p.5437)，所述辅助溶剂为煤油，所述纳米复合纤维为聚合物/蒙脱土纳米复合纤维。
所述聚合物/蒙脱土纳米复合纤维是通过以下方法制备得到的：将蒙脱土水溶液与十六烷基三甲基氯化铵在硅烷偶联剂作用下反应，得到有机蒙脱土；将所述有机蒙脱土与聚合物共混挤出，得到粒料；将所述粒料进行纺丝，得到所述的聚合物/蒙脱土纳米复合纤维；各步骤的处理温度和压力等条件均是本领域常规的，例如参照文献：李晓燕、李晓春等，尼龙66/蒙脱土复合材料的制备和性能[J]高分子材料科学与工程，2014.30(6):164-169。
所述纳米复合纤维中的聚合物为聚酰胺。
所述纳米复合纤维的长度为0.3～0.6cm，直径为2.0～100μm。
所述纳米复合纤维的纳米颗粒直径为5-50nm，纳米颗粒的添加量为所述聚合物总质量的10％。
所述纳米复合纤维的纤维表面和端面的纳米颗粒以40～50nm(即每两个纳米颗粒之间的距离)均匀分散。
该纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液是由以下方法制备得到：将液态二氧化碳加热至10℃，加压至20Mpa，按照上述的配比取所述增粘剂、辅助溶剂、纳米复合纤维通过密闭注入设备添加至所述液态二氧化碳中，搅拌溶解，配制成所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液。
实施例2
本实施例提供了一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，以该纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，其由2％的增粘剂、5％的辅助溶剂、0.1％的纳米复合纤维以及92.9％的液态二氧化碳组成，其中，所述增粘剂为高度氟化的丙烯酸酯与部分磺化的苯乙烯的嵌段共聚物(同实施例1)，所述辅助溶剂为煤油，所述纳米复合纤维为聚合物/蒙脱土纳米复合纤维(同实施例1)。
该纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液是由以下方法制备得到：将液态二氧化碳加热至10℃，加压至20Mpa，按照上述的配比取所述增粘剂、辅助溶剂、纳米复合纤维通过密闭注入设备添加至所述液态二氧化碳中，搅拌溶解，配制成所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液。
比较例1
本比较例提供了一种液态二氧化碳压裂液，以该液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，其由2％的增粘剂、5％的辅助溶剂以及93％的液态二氧化碳组成，其中，所述增粘剂为高度氟化的丙烯酸酯与部分磺化的苯乙烯的嵌段共聚物(同实施例1)，所述辅助溶剂为煤油。
该液态二氧化碳压裂液是由以下方法制备得到：将液态二氧化碳加热至10℃，加压至20Mpa，按照上述的配比取所述增粘剂、辅助溶剂通过密闭注入设备添加至所述液态二氧化碳中，搅拌溶解，配制成所述的液态二氧化碳压裂液。
测试例1
对实施例1、2和比较例1制备的压裂液的摩阻进行测试。实验的流速为1m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s，采用的管径为4mm。结果参见图1和图2。由图1、2可知，实施例1、2制备的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的摩阻相对比较例1制备的液态二氧化碳压裂液的摩阻较低。
测试例2
将实施例1、2及比较例1制备的压裂液通入密闭反应釜中，分别添加5％砂比的支撑剂，所用支撑剂为Binyang Ceramics生产的粒径为40/70目的陶粒，其密度为1.65g/cm3，常温下搅拌后，使支撑剂浮起，记录5％砂比支撑剂沉降速率。按照同样的方法分别添加单粒支撑剂，并记录单粒支撑剂沉降速率。结果参见表1。
表1支撑剂沉降速率比较
实施例1 实施例2 比较例1
单粒支撑剂沉降速率cm/s 10.78 9.31 12.52
5％砂比支撑剂沉降速率cm/s 12.36 11.24 14.81
由表1可以看出，实施例1、2制备的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，相较于比较例1制备的液态二氧化碳压裂液，粘度更高、携砂性能更佳，减慢了支撑剂的沉降速率。

Claims (10)

1.一种纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，以所述纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，其包括92.4％～98.95％的液态二氧化碳，以及余量的增粘剂、辅助溶剂和纳米复合纤维；其中，所述纳米复合纤维包括聚合物/无机离子纳米复合纤维、聚合物/碳纳米管纳米复合纤维和聚合物/层状填料纳米复合纤维中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，所述纳米复合纤维的纤维表面和端面的纳米颗粒以40～50nm均匀分散。
3.根据权利要求1所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，所述纳米复合纤维的长度为0.3～0.6cm，直径为1.0～300μm。
4.根据权利要求1所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，所述纳米复合纤维为聚合物/蒙脱土纳米复合纤维和/或聚合物/石墨纳米复合纤维。
5.根据权利要求4所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，所述聚合物/蒙脱土纳米复合纤维是通过以下方法制备得到的：
将蒙脱土水溶液与十六烷基三甲基氯化铵在硅烷偶联剂作用下反应，得到有机蒙脱土；
将所述有机蒙脱土与聚合物共混挤出，得到粒料；
将所述粒料进行纺丝，得到所述的聚合物/蒙脱土纳米复合纤维。
6.根据权利要求1、4或5所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，所述纳米复合纤维中的聚合物包括聚酰胺或聚甲基丙烯酸甲酯。
7.根据权利要求1所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，以所述纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，所述纳米复合纤维的含量为0.05％～0.1％。
8.根据权利要求1所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，所述增粘剂为高度氟化的丙烯酸酯与部分磺化的苯乙烯的嵌段共聚物。
9.根据权利要求1或8所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，以所述纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，所述增粘剂的含量为0.5％～2.5％。
10.根据权利要求1所述的纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液，其中，所述辅助溶剂包括链状烷烃、芳烃、不饱和烃和环烷烃中的一种或几种的组合；优选地，以所述纳米复合纤维液态二氧化碳压裂液的总重量为基准，所述辅助溶剂的含量为0.5％～5％。
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