CN108084987A - 一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂及其应用，所述填充剂由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉按质量比(9～11)：(1～3)：(2～3)配制而成，该填充剂是针对微泡暂堵液体系特点而专门设计，主要用于在微泡气核外形成包裹气核的膜层，初步形成微泡结构，与现有技术中的填充剂或其它具有类似作用的处理剂相比，本发明所述的填充剂不仅能够有效增加填充厚度，降低气核与液相间表面张力，同时能够有效防止气核内气体逸出，保持气核稳定，提高微泡强度；并且该填充剂与一般微泡暂堵液用处理剂配伍性良好，适用于常规天然气井转向压裂作业，且该填充剂无毒、无害，为环境可接受型处理剂。

Description

一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂及其应用
技术领域
本发明属于钻井液用处理剂技术领域，具体涉及一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂及其应用。
背景技术
天然气井转向压裂微泡暂堵液指天然气井重复压裂作业中用于暂堵初始裂缝的工作流体。
天然气井重复压裂作业过程中，如何避免压裂液进入地层已有老裂缝，生成新裂缝沿着老裂缝方向延伸，导致重复压裂增产效果不理想。
利用暂堵材料封堵地层已有老裂缝，促使二次压裂作业时，生成新裂缝与老裂缝形成一定的方向，扩大地层有效供气面积，实现转向压裂。这是目前提高天然气井重复压裂增产效果的可行途径。
现有重复压裂封堵材料包括水泥、硅酸盐等固相惰性堵剂，进入地层后能够有效封堵已有旧裂缝，但固相惰性堵剂残留地层裂缝后无法返排，导致旧裂缝原有气体产能无法恢复，损害重复压裂后增产效果。后续发展出凝胶、纤维等封堵材料，虽然相比较于惰性堵剂具有一定的溶解性和降解性，但固相含量较高，进入地层暂堵后同样难以解除，伤害重复压裂增产效果。
在封堵效果不理想的情况下，以泡沫为代表的气液两相封堵流体得益于其无固相、地层残留量低等优势，逐渐被引入重复压裂暂堵作业中。但传统泡沫、微泡封堵液存在暂堵结构强度低、抗盐、抗温能力差等缺陷，导致暂堵结构稳定性较差，极大的限制了相似体系在深井、中深井中的应用。
为此，通过优化泡沫类流体中具备发泡、稳泡效果的处理剂类型，提高气核外部膜结构强度，并赋予其具有良好抗盐、抗温能力的化学基团，实现气核结构相互独立且自身具备良好的结构稳定性，是吸收气液两相封堵流体优势的同时，规避其稳定性差、耐盐耐温效果低的有效途径。
在配制转向酸化微泡暂堵液时，填充剂能够降低气液表面张力，使空气随搅拌进入液相，自然膨胀，形成气泡结构。石油工业常用的表面活性剂填充剂，以表面活性剂的离子性看，主要是阴离子型或是非离子型。各类型填充剂均有各自的优缺点。阴离子型填充剂发泡能力强，但抗盐、钙能力差。而且发泡量大影响工作液泵吸效果；非离子型填充剂抗盐、钙能力强，但发泡能力差，影响气泡形成速率。因此，一般应控制泡沫质量在20％左右为宜。
研发新的天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂，能在微泡暂堵液中有效形成气核结构，并提高微泡暂堵液抗盐抗钙污染的能力，对于天然气井转向压裂微泡暂堵液的研发与应用具有重要意义。
发明内容
根据天然气井转向压裂暂堵需求，本发明的目的在于针对天然气井转向压裂用微泡暂堵液体系特点，研究提供一种微泡暂堵液填充剂，以在微泡气核外形成包裹气核的膜层，形成微泡结构，防止气核内气体逸出，保持气核稳定，提高微泡强度，为此，本发明公开了一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂及其应用。
本发明的技术方案如下：
一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂，由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉复配而成，所述羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉的质量比为(9～11)：(1～3)：(2～3)。
一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉复配而成，所述羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉的质量比为10：2：3。
一种应用上述天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂配制微泡暂堵液的方法，包括如下步骤：在搅拌条件下，向水中加入填充剂，配制成测试基液，然后在测试基液中加入架桥剂，搅拌即得微泡暂堵液；其中所述水：填充剂：架桥剂的质量比为(90～110)：(2～4)：(0.5～1.5)。
一种应用上述天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂配制微泡暂堵液的方法，包括如下步骤：在搅拌条件下，向水中加入填充剂，配制成测试基液，然后在测试基液中加入架桥剂，搅拌即得微泡暂堵液；其中所述水：填充剂：架桥剂的质量比为100：3：1。
所述架桥剂由阴离子型表面活性剂、甜菜碱及弱碱复配而成，所述阴离子型表面活性剂、甜菜碱和弱碱的质量比为(2～4)：(5～7)：(1～2)。
所述阴离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述甜菜碱为烷基甜菜碱。
所述烷基甜菜碱为十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十八烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十八烷基二羟乙基甜菜碱中的一种。
所述弱碱为碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钠中的一种。
本发明的有益效果：
本发明所述的天然气井转向压裂微泡暂堵液用微泡暂堵液填充剂是针对微泡暂堵液体系特点而专门设计，主要用于在微泡气核外形成包裹气核的膜层，初步形成微泡结构，与现有技术中的填充剂或其它具有类似作用的处理剂相比，本发明所述的填充剂不仅能够有效增加填充厚度，降低气核与液相间表面张力，同时能够有效防止气核内气体逸出，保持气核稳定，提高微泡强度；并且，本发明所述的填充剂与一般微泡暂堵液用处理剂配伍性良好，适用于常规天然气井转向压裂作业，且该填充剂无毒、无害，为环境可接受型处理剂。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明的天然气井微泡暂堵液填充剂的特点及使用效果，但本发明并不因此而受到任何限制。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂，由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉复配而成，所述羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉的质量比为(9～11)：(1～3)：(2～3)。
本发明所提供的天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂，是针对微泡暂堵液体系特点而专门设计，主要用于在微泡气核外形成包裹气核的膜层，初步形成微泡结构，与现有技术中的填充剂或其它具有类似作用的处理剂相比，本发明所述的填充剂不仅能够有效增加填充厚度，降低气核与液相间表面张力，同时能够有效防止气核内气体逸出，保持气核稳定，提高微泡强度；并且，本发明所述的填充剂与一般微泡暂堵液用处理剂配伍性良好，适用于常规天然气井转向压裂作业，且该填充剂无毒、无害，为环境可接受型处理剂。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明还提供了一种应用上述天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂配制微泡暂堵液的方法，包括如下步骤：在搅拌条件下，向水中加入填充剂，配制成测试基液，然后在测试基液中加入架桥剂，搅拌即得微泡暂堵液；其中所述水：填充剂：架桥剂的质量比为(90～110)：(2～4)：(0.5～1.5)。
所述架桥剂由阴离子型表面活性剂、甜菜碱及弱碱复配而成，所述阴离子型表面活性剂、甜菜碱和弱碱的质量比为(2～4)：(5～7)：(1～2)。所述阴离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述甜菜碱为烷基甜菜碱，所述烷基甜菜碱优选十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十八烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十八烷基二羟乙基甜菜碱中的一种；所述弱碱为碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钠中的一种。
本发明实施的微泡暂堵液填充剂，配制成1wt％水溶液后的pH值为8～10，表观粘度15～45mPa·s，在测试基液中加入架桥剂后，半衰期增加≥120min。
实施例3
在上述实施例的基础上，微泡暂堵液的配方为：水400g、填充剂12.00g、架桥剂4.00g；所述填充剂由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉按质量比10：2：3配制而成，所述架桥剂由十二烷基苯磺酸钠、甜菜碱、碳酸氢钠三种物质按质量比4：6：1配制而成。
按照上述配方，在搅拌条件下，向400g水中依次加入12.00g填充剂，配制成基液，再在基液中加入4.00g架桥剂，搅拌即得1#微泡暂堵液，其中，搅拌的速度可以控制在5000rpm左右。
实施例4
在上述实施例的基础上，微泡暂堵液的配方为：水400g、填充剂12.00g、架桥剂4.00g；所述填充剂由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉按质量比9：1：2配制而成，所述架桥剂由十二烷基苯磺酸钠、甜菜碱、碳酸氢钠三种物质按质量比2：5：2配制而成。
按照上述配方，在搅拌条件下，向400g水中依次加入12.00g填充剂，配制成基液，再在基液中加入4.00g架桥剂，搅拌即得2#微泡暂堵液，其中，搅拌的速度可以控制在5000rpm左右。
实施例5
在上述实施例的基础上，微泡暂堵液的配方为：水400g、填充剂12.00g、架桥剂4.00g；所述填充剂由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉按质量比11：3：3配制而成，所述架桥剂由十二烷基苯磺酸钠、甜菜碱、碳酸氢钠三种物质按质量比3：6：1配制而成。
按照上述配方，在搅拌条件下，向400g水中依次加入12.00g填充剂，配制成基液，再在基液中加入4.00g架桥剂，搅拌即得3#微泡暂堵液，其中，搅拌的速度可以控制在5000rpm左右。
实施例6
对上述实施例3、4、5的天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂，及所得1#、2#和3#天然气井转向压裂微泡暂堵液的性能进行测试：
1.pH值
称取6.0g填充剂试样，配置成3wt％蒸馏水溶液，放入容积300mL烧杯中，加蒸馏水200mL，搅拌30min至充分溶解，用洁净玻璃棒滴溶液于pH试纸上，对照标准色阶读数。
2.水分含量测定
2.1.称取(20±0.2)g填充剂试样，放入洁净的蒸馏瓶中，加入50mL甲苯，细心搅拌。连接接收器和冷凝管，用少许脱脂棉塞住管口，加热至沸，并控制回流速度，使冷却管斜口下滴速度为2滴/s～4滴/s。
2.2.当接收器中液量不再增加时，再提高温度，加热数分钟后停止蒸馏。
2.3.待液体温度降至室温且油水界面清晰后，读取水相体积的毫升数并换算成水的质量。
2.4.按式(I)计算水分含量：
式中：S为水分含量，％；m1为接收器中水的质量，g；m2为试样质量，g。
2.5.允许平行误差小于0.2％。
3.表观粘度测定
3.1.仪器
采用青岛同春石油仪器有限公司ZNN-D6型旋转粘度计，该粘度计是以电动机为动力的旋转型仪器，工作液处于两个同心圆筒间的环形空间内，外筒(或称转筒)以恒速(rpm)旋转，转筒在工作液中的旋转对内筒(或称悬锤)产生扭矩，扭力弹簧阻止内筒的旋转，而与悬锤相连的表盘指示悬锤的位移。
3.2.测定程序
注意：仪器最高工作温度为93℃。如要测定温度高于93℃的工作液，应使用实心的金属内筒或内部完全干燥的空心金属内筒。因为当浸入到高温工作液中时，空心内筒内部的液体可能会蒸发而引起内筒的破裂。
3.2.1.测量并记录工作液的温度，以℃为单位表示。
3.2.2.使用洁净量筒量取400mL蒸馏水转移至洁净搅拌杯内，在蒸馏水中加入12g填充剂，高速搅拌机5000rpm搅拌20min。
3.2.3.将搅拌均匀的样品注入到容器中，并使转筒刚好浸入至刻度线处。
3.2.4.开启仪器，调节转速在600rpm档，待表盘读值恒定后，读取并记录表盘读值。
3.3.计算按式(I)计算表观粘度：
式中：AV为塑性粘度，mPa·s；θ600为600rpm时的恒定读值，无量纲。
4.半衰期
4.1.仪器
美国WARING公司8010EG型捣碎机是以电动机为动力的旋转型仪器，双速，机械定时，底座为环氧树脂涂层，容器为带把手的耐热玻璃和两层乙烯和苯乙烯盖子，专用量杯溶剂为1L。
4.2.测定程序
4.2.1.在8010EG型捣碎机中添加20mL蒸馏水，然后添加3％蒸馏水的填充剂，搅拌60s，溶液出现泡沫。
4.2.2.将测试液(转移入1000mL刻度量筒内，记录下泡沫总体积V1(mL)，开始计时，测定泡沫体积降至1/2V1mL所需时间，即半衰期t1/2(min)。
4.2.3.将配制好的1#、2#、3#微泡暂堵液基液按照步骤4.2.2测定加入填充剂前的半衰期t1/2(min)。
4.2.4.在1#、2#、3#微泡暂堵液基液中依次加入相应的填充剂，按照步骤4.2.2测定加入填充剂后的半衰期t1'/2(min)。
4.3.计算
按式(П)计算半衰期增加量：Δt＝t1'/2-t1/2(П)
式中：为半衰期增加量
由以上测试步骤1～4对实施例1～3的微泡暂堵液填充剂的性能进行测试，所得结果参见表1：
表1一种天然气井微泡暂堵液用填充剂性能指标
样品序号 pH值 水分含量 表观黏度 半衰期
1# 9.1 0.8％ 26 177min
2# 9.3 0.9％ 24 175min
3# 9.2 0.7％ 25 178min
从以上实验结果可以看出，本发明实施例3～5所述的天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂及应用其所配制的微泡暂堵液的各项性能指标均达到设计要求。
实施例7
本发明的优选实施方案为所述天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉复配而成，所述羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉的质量比为10：2：3。
一种应用上述天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂配制微泡暂堵液的方法，包括如下步骤：在搅拌条件下，向水中加入填充剂，配制成测试基液，然后在测试基液中加入架桥剂，搅拌即得微泡暂堵液；其中所述水：填充剂：架桥剂的质量比为100：3：1。
所述架桥剂由十二烷基苯磺酸钠、甜菜碱和碳酸氢钠按质量比4：6：1复配而成。
本实施例的微泡暂堵液填充剂，配制成1wt％水溶液后的pH值为8～10，表观粘度15～45mPa·s，在基液中加入上述架桥剂后，半衰期增加≥120min。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂，其特征在于：该填充剂由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉复配而成，所述羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉的质量比为(9～11)：(1～3)：(2～3)。
2.根据权利要求l所述的一种天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂，其特征在于：该填充剂由羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉复配而成，所述羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羧丙基淀粉的质量比为10：2：3。
3.一种应用权利要求l-2任一项所述天然气井转向压裂微泡暂堵液用填充剂配制微泡暂堵液的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在搅拌条件下，向水中加入填充剂，配制成测试基液，然后在测试基液中加入架桥剂，搅拌即得微泡暂堵液；
其中所述水：填充剂：架桥剂的质量比为(90～110)：(2～4)：(0.5～1.5)。
4.根据权利要求3所述的一种应用天然气井转向压裂微泡暂堵液用架桥剂配制微泡暂堵液的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：在搅拌条件下，向水中加入填充剂，配制成测试基液，然后在测试基液中加入架桥剂，搅拌即得微泡暂堵液；
其中所述水：填充剂：架桥剂的质量比为100：3：1。
5.根据权利要求3或4所述的一种应用天然气井转向压裂微泡暂堵液用架桥剂配制微泡暂堵液的方法，其特征在于：所述架桥剂由阴离子型表面活性剂、甜菜碱及弱碱复配而成，所述阴离子型表面活性剂、甜菜碱和弱碱的质量比为(2～4)：(5～7)：(1～2)。
6.根据权利要求5所述的一种应用天然气井转向压裂微泡暂堵液用架桥剂配制微泡暂堵液的方法，其特征在于：所述阴离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
7.根据权利要求5所述的一种应用天然气井转向压裂微泡暂堵液用架桥剂配制微泡暂堵液的方法，其特征在于：所述甜菜碱为烷基甜菜碱。
8.根据权利要求7所述的一种应用天然气井转向压裂微泡暂堵液用架桥剂配制微泡暂堵液的方法，其特征在于：所述烷基甜菜碱为十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十八烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十八烷基二羟乙基甜菜碱中的一种。
9.根据权利要求5所述的一种应用天然气井转向压裂微泡暂堵液用架桥剂配制微泡暂堵液的方法，其特征在于：所述弱碱为碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钠中的一种。
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