CN108913116B - 一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液及其制备方法与应用 - Google Patents
一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液及其制备方法与应用，该反相缔合压裂液为超临界二氧化碳包水的反相缔合结构，包括二氧化碳相和水相，其中二氧化碳相与水相的体积比为(7‑9)：(1‑3)，所述的水相是由含氟类表面活性剂、助溶剂或助表面活性剂和水组成，本发明的体系在提升超临界二氧化碳相粘度的同时降低体系的含氟量，并以此用于提高页岩气采收率。该体系更加绿色环保，具有更强的应用性。该体系能够有效用于超临界二氧化碳驱替开采页岩气。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液及其制备方法与应用，属于油气开发技术领域。
背景技术
随着全球能源需求的日益增长，对非常规油气藏的开采越来越受到人们的关注，其中页岩气的开采更是引领了新一次的能源革命。中国具有丰富的页岩气资源，其技术可开采资源量居世界首位，而我国也是继美国、加拿大之后，第三个成功实现页岩气开采并商业化应用的国家。2016年我国的页岩气产量达78.82亿立方米，而国家能源局印发的《页岩气发展规划(2016-2020年)》也提出了2020年力争实现页岩气产量300亿立方，2030年争取实现 800-1000亿立方的目标。
页岩气的主要成分为甲烷，页岩气藏属于“自生自储”气藏，连续型分布且运移距离有限或无运移。页岩气的储存形式主要分为游离态与吸附态，其中绝大多数以吸附态的形式吸附存储于泥页岩纳米孔隙及页岩夹层中。由于页岩储层的超低渗透性，因此进行开采页岩气时必须要进行压裂后页岩储层才具有产能，水力压裂技术是目前开采气资源最普遍的压裂技术，同时也带来了许多问题，如：大量水资源的浪费以及地下水环境的污染等。
二氧化碳压裂技术作为一种新的无水压裂技术被视为一种非常有前景的页岩气开采方式。因为二氧化碳与页岩孔隙表面具有更强的相互作用，因此能够有效的将吸附于页岩纳米孔隙中的甲烷驱替出来。同时超临界二氧化碳压裂可有效减少水资源的使用，这对水资源短缺的地区有重要现实意义；其次对高黏土、水敏性储层而言，采用二氧化碳压裂可以消除黏土膨胀、水锁等效应对地层造成的危害；另外，在二氧化碳驱替页岩气的同时，还能够实现对温室气体的埋存。
然而，超临界二氧化碳的黏度较低，携砂效果较差，这是限制超临界二氧化碳开采页岩气的技术瓶颈。含氟类表面活性剂及聚合物被视为是目前最有效的超临界二氧化碳增粘剂，但由于其环境不友好性，大量的使用会对地层造成污染，加上其价格昂贵，致使这类含氟类两亲性物质在超临界二氧化碳体系中的使用依然受到限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液及其制备方法与应用。本发明的反相缔合压裂液为超临界二氧化碳包水(w/c)的反相缔合结构，在增加超临界二氧化碳的体相粘度的同时降低了体系的含氟量，大大提高了页岩气采收率。
本发明的技术方案如下：
一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液，该反相缔合压裂液为超临界二氧化碳包水的反相缔合结构，包括二氧化碳相和水相，其中二氧化碳相与水相的体积比为(7-9)：(1-3)，所述的水相是由含氟类表面活性剂、助溶剂或助表面活性剂和水组成，其中，含氟类表面活性剂与助溶剂的质量比为5:1～10:1，含氟类表面活性剂与助表面活性剂的质量比为1:1～5:1，水与含氟类表面活性剂的质量比为5～30：1。
根据发明优选的，所述的含氟类表面活性剂为两性型含氟表面活性剂，含碳氟链和磺酸基，碳氟链为短链。
根据发明优选的，含氟类表面活性剂的碳氟链为1～3条，疏水基碳链长度为2～6。
根据发明优选的，含氟类表面活性剂为1,4-双(4,4,5,5-五氟戊基)-3-(4,4,5,5-五氟戊氧基羰基)-1,4-二氧代丁烷-2-磺酸钠、双(4,4,5,5-五氟戊基)-2-磺基琥珀酸钠、(4,4,5,5-五氟戊基-3,5,5-三甲基-1-己基)-2-磺基琥珀酸钠或4,4,5,5-五氟戊基-5,7,7-三甲基-2-(1,3,3-三甲基 -丁基)-辛基)-2-磺基琥珀酸钠。
根据发明优选的，反相缔合压裂液中含氟类表面活性剂的浓度为0.01～0.1mol/L。
根据发明优选的，反相缔合压裂液中含氟量为6％～20％。
根据发明优选的，所述的助溶剂为对乙基苯甲酸钠或对辛基甲酸钠。
根据发明优选的，所述的助表面活性剂为双(异丙氧基甲基)磺基琥珀酸钠。
根据发明优选的，含氟类表面活性剂与助溶剂的质量比为6:1～8:1。
根据发明优选的，含氟类表面活性剂与助表面活性剂的质量比为1:1～3:1。
根据发明优选的，水与含氟类表面活性剂的质量比为5～25：1。
根据发明，超临界二氧化碳反相缔合压裂液的制备方法，包括步骤如下：
(1)将助溶剂或助表面活性剂与含氟类表面活性剂混合后，按比例加入水后，混合均匀形成水相，
(2)向二氧化碳气体中加入步骤(1)的水相，温度控制在35～65℃，压力控制在35～45 MPa，磁力搅拌1-2小时，即得超临界二氧化碳反相缔合压裂液。
超临界二氧化碳反相缔合压裂液的应用，用于提高页岩气采收率，应用温度为35～100℃，压力为10～50MPa。
根据本发明，优选的，所述的超临界二氧化碳反相缔合体系在提高页岩气采收率方面的应用。
根据本发明，优选的，所述的超临界二氧化碳反相缔合体系在提高页岩气采收率方面具有优异的性能。
本发明的原理如下：
本发明含氟类表面活性剂的种类及用量可以使压裂液形成超临界二氧化碳包水(w/c)的反相缔合结构，具体的讲，含氟类表面活性剂的头基亲水，尾链亲二氧化碳，二氧化碳在外部，水在内部，含氟类表面活性剂位于二氧化碳和水之间，使体相中形成超临界二氧化碳包水(w/c)的缔合结构，反相缔合结构的生成，使得体相的粘度增加，同时相比于现有技术，大大降低了体系中的含氟量，另外，体系中每一个微小的反相缔合结构接触粘结在一起，进一步增大了体系的粘度，超临界二氧化碳的黏度增大，大大增大了携砂效果。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的超临界二氧化碳反相缔合压裂液的含氟量较低，含氟量为6％～20％，其体系更加环保，同时体系粘度大。
2、本发明的超临界二氧化碳反相缔合压裂液为反相缔合结构，其超临界二氧化碳相的粘度有着有效的提升，有效提高体系的利用效果。
3、本发明的超临界二氧化碳反相缔合压裂液，体系所需的表面活性剂简单易得，体系构筑方便，稳定性好。
4、本发明的超临界二氧化碳反相缔合压裂液，二氧化碳能够有效地驱替开采页岩气，提高页岩气的采收率。
具体实施方式
为了更好理解本发明，以下结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液，该反相缔合压裂液为超临界二氧化碳包水的反相缔合结构，包括二氧化碳相和水相，其中二氧化碳相与水相的体积比为8：2。
水相是由含氟类表面活性剂、助溶剂和水组成，其中，含氟类表面活性剂与助溶剂的质量比为10:1，含氟类表面活性剂的浓度为0.05mol/L；含氟类表面活性剂为1,4-双(4,4,5,5- 五氟戊基)-3-(4,4,5,5-五氟戊氧基羰基)-1,4-二氧代丁烷-2-磺酸钠，所述的助溶剂为对乙基苯甲酸钠。
制备方法，包括步骤如下：
(1)将助溶剂或助表面活性剂与含氟类表面活性剂混合后，按比例加入水后，混合均匀形成水相，
(2)向二氧化碳气体中加入步骤(1)的水相，温度控制在45℃，压力控制在35MPa，磁力搅拌2小时，即得超临界二氧化碳反相缔合压裂液。
在测试温度为45℃，测试压力为35MPa条件下，其制备的超临界二氧化碳体反相缔合体系的特性粘度可达2.5～3.0g/ml，其中体系的反相胶束溶液粘度与超临界二氧化碳粘度的相对粘度比为1.10～1.15，体系的总含氟量为25％～35％。
实施例2：
一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液，同实施例1所述，不同的是：所述的含氟类表面活性剂为双(4,4,5,5-五氟戊基)-2-磺基琥珀酸钠，所述的助溶剂为对辛基甲酸钠。
制备方法同实施例1。
在测试温度为45℃，测试压力为35MPa条件下，其制备的超临界二氧化碳体反相缔合体系的特性粘度可达5.0～6.5g/ml，其中体系的反相胶束溶液粘度与超临界二氧化碳粘度的相对粘度比为1.20～1.30，体系的总含氟量为25％～35％。
实施例3：
一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液，同实施例1所述，不同的是：所述的含氟类表面活性剂为双(4,4,5,5-五氟戊基)-2-磺基琥珀酸钠，所述的助溶剂为对乙基苯甲酸钠。
制备方法同实施例1。
在测试温度为45℃，测试压力为35MPa条件下，其制备的超临界二氧化碳体反相缔合体系的特性粘度可达6.0～8.5g/ml，其中体系的反相胶束溶液粘度与超临界二氧化碳粘度的相对粘度比为1.25～1.40，体系的总含氟量为20％～30％。
实施例4：
一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液，该反相缔合压裂液为超临界二氧化碳包水的反相缔合结构，包括二氧化碳相和水相，其中二氧化碳相与水相的体积比为9：1，所述的水相是由含氟类表面活性剂、助表面活性剂和水组成，含氟类表面活性剂与助表面活性剂的质量比为1:1，含氟类表面活性剂的浓度为0.05mol/L，所述的含氟类表面活性剂为(4,4,5,5-五氟戊基-3,5,5-三甲基-1-己基)-2-磺基琥珀酸钠，所述的助表面活性剂为双(异丙氧基甲基)磺基琥珀酸钠。
制备方法同实施例1。
在测试温度为45℃，测试压力为35MPa条件下，其制备的超临界二氧化碳体反相缔合体系的特性粘度可达5.5～7.0g/ml，其中体系的反相胶束溶液粘度与超临界二氧化碳粘度的相对粘度比为1.30～1.50，体系的总含氟量为7％～10％。
实施例5：
一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液，同实施例4所述，不同的是：
所述的含氟类表面活性剂为(4,4,5,5-五氟戊基-5,7,7-三甲基-2-(1,3,3-三甲基-丁基)-辛基)-2-磺基琥珀酸钠，所述的助表面活性剂为双(异丙氧基甲基)磺基琥珀酸钠。
在测试温度为45℃，测试压力为35MPa条件下，其制备的超临界二氧化碳体反相缔合体系的特性粘度可达5.10～5.90g/ml，其中体系的反相胶束溶液粘度与超临界二氧化碳粘度的相对粘度比为1.35～1.45，体系的总含氟量为6.5％～8.5％。
实施例6：
实施例1超临界二氧化碳反相缔合压裂液的应用，用于驱替页岩纳米孔隙中的页岩气，其中，在黏土为主要组分的页岩纳米孔隙中，二氧化碳相对于甲烷与孔隙表面有更强的相互作用，因此二氧化碳能够有效驱替黏土纳米孔隙中的甲烷气体，在孔隙约2nm的黏土为主要组分的页岩孔隙中，在压力为20MPa、温度为50℃的条件下，二氧化碳驱替甲烷的效率可达 80％以上。
实施例7：
实施例1超临界二氧化碳反相缔合压裂液的应用，用于驱替页岩纳米孔隙中的页岩气，其中，在石英为主要组分的页岩纳米孔隙中，二氧化碳与石英表面具有更强的相互作用，因此二氧化碳能够有效驱替石英纳米孔隙中的甲烷，在孔隙尺寸为5～30nm的石英为主要组分的页岩孔隙中，在压力为20MPa、温度为50℃的条件下，二氧化碳驱替甲烷的效率可达80％以上。
实施例8：
实施例1超临界二氧化碳反相缔合压裂液的应用，用于替页岩纳米孔隙中的页岩气，其中，在方解石为主要组分的页岩纳米孔隙中，二氧化碳与方解石表面具有更强的相互作用，因此二氧化碳能够有效驱替方解石纳米孔隙中的甲烷，在孔隙尺寸约为2nm的方解石为主要组分的页岩孔隙中，在压力为20MPa、温度为50℃的条件下，二氧化碳驱替甲烷的效率可达 90％以上.
实施例9：
实施例4超临界二氧化碳反相缔合压裂液的应用，用于驱替页岩纳米孔隙中的页岩气，其中，在干酪根为主要组分的页岩纳米孔隙中，二氧化碳与干酪根具有更强的相互作用，因此二氧化碳能够有效驱替干酪根纳米孔隙中的甲烷，在孔隙尺寸约为2nm的干酪根页岩孔隙中，在压力为20MPa、温度为50℃的条件下，二氧化碳驱替甲烷的效率可达80％以上。
Claims (5)
1.一种超临界二氧化碳反相缔合压裂液，该反相缔合压裂液为超临界二氧化碳包水的反相缔合结构，包括二氧化碳相和水相，其中二氧化碳相与水相的体积比为（7-9）：（1-3），所述的水相是由含氟类表面活性剂、助溶剂和水组成或由含氟类表面活性剂、助表面活性剂和水组成，其中，含氟类表面活性剂与助溶剂的质量比为5:1~ 10:1，含氟类表面活性剂与助表面活性剂的质量比为1:1~5:1，水与含氟类表面活性剂的质量比为5~30：1；所述的助溶剂为对乙基苯甲酸钠或对辛基甲酸钠，所述的助表面活性剂为双（异丙氧基甲基）磺基琥珀酸钠；
含氟类表面活性剂为1,4-双（4,4,5,5-五氟戊基）-3-（4,4,5,5-五氟戊氧基羰基）-1,4-二氧代丁烷-2-磺酸钠、双（4,4,5,5-五氟戊基）-2-磺基琥珀酸钠、（4,4,5,5-五氟戊基-3,5,5-三甲基-1-己基）-2-磺基琥珀酸钠或4,4,5,5-五氟戊基-5,7,7-三甲基-2-（1,3,3-三甲基-丁基）-辛基）-2-磺基琥珀酸钠。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳反相缔合压裂液，其特征在于，反相缔合压裂液中含氟类表面活性剂的浓度为0.01~0.1 mol/L。
3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳反相缔合压裂液，其特征在于，含氟类表面活性剂与助溶剂的质量比为6:1~8:1，含氟类表面活性剂与助表面活性剂的质量比为1:1~3:1，水与含氟类表面活性剂的质量比为5~25：1。
4.权利要求1所述的超临界二氧化碳反相缔合压裂液的制备方法，包括步骤如下：
（1）将助溶剂或助表面活性剂与含氟类表面活性剂混合后，按比例加入水后，混合均匀形成水相，
（2）向二氧化碳气体中加入步骤（1）的水相，温度控制在35~65 ℃，压力控制在35~45MPa，磁力搅拌1-2小时，即得超临界二氧化碳反相缔合压裂液。
5.权利要求1所述的超临界二氧化碳反相缔合压裂液的应用，用于提高页岩气采收率，应用温度为30~ 100 ℃，压力为10~50MPa。
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