CN109233784A - 一种混合气体泡沫压裂液体系及其制备 - Google Patents

一种混合气体泡沫压裂液体系及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混合气体泡沫压裂液体系及其制备。所述混合气体泡沫压裂液体系包括气相和液相，气液体积比为(2‑5)：1；气相为氮气；以液相总重量为100％计，液相包括如下重量百分比成分：起泡剂0.8‑1.2％、增稠剂0.3‑0.8％、稳泡剂0.8‑1.2％、液态二氧化碳45‑55％、以及余量的模拟地层水。该泡沫压裂液集增能、增粘、发泡及稳泡于一体，充分发挥了二氧化碳和氮气混合的优点。

Description

一种混合气体泡沫压裂液体系及其制备
技术领域
本发明涉及石油开采领域，具体的说，本发明涉及一种混合气体泡沫压裂液体系及其制备。
背景技术
泡沫压裂的使用已有30多年的发展历史。国外60年代开始进行泡沫压裂,70～80年代泡沫压裂技术逐渐成熟,到80年代中期,泡沫压裂工艺技术得到了飞速发展。对于泡沫压裂施工,最初采用氮气泡沫压裂,80年代初开始尝试二氧化碳泡沫压裂技术,常用于常压中深井及高温井的压裂作业。
氮气泡沫压裂液作为造缝和携砂的介质，其性能的改进一直是人们研究的课题。N2是惰性气体，可以与一切基液(水、盐水、甲醇水溶液、酸液等)配伍；N2的临界温度低(-147℃)，在地面以气态的形式与基液混合，气体密度较小，因此N2泡沫压裂液的密度低，静水压头低，适合低压井的压裂作业。氮气泡沫压裂液具有携砂能力强，滤失量小，造缝长且宽，地层损害小，返排效果好，可携带煤粉等特点，同时氮气可使瓦斯分压，利于瓦斯快速解吸和产气量的提高，特别适用于低压力、低渗透和水敏性储层的压裂改造。在低渗透油层压裂改造和煤层气压裂增产中，氮气泡沫压裂工艺在美国应用已经相当普遍，在黑勇士盆地的煤层气开采井中，大多数的施工井都采用氮气泡沫压裂工艺。国内对氮气泡沫压裂液研究较晚，先后在油层压裂改造和煤层气压裂增产中尝试应用，效果不错，为了更好、更有针对性地应用氮气泡沫压裂工艺，从室内实验和工程试验两方面进行了深入的研究。
二氧化碳泡沫压裂液在80年代后应用较多。CO2能溶于水，显弱酸性，与碱性基液不配伍，但能降低水的界面张力，且形成的弱酸性环境能抑止黏土膨胀。另外，CO2临界温度高，在地面及井筒均以液态的形式与基液混合，压裂液的密度高，静水压头高，在压裂设备能力允许的范围内，可以应用于低压、常压以及高压井的增产措施中。二氧化碳泡沫压裂液适用温度范围较广，也能满足高温要求,但压裂液体系中要添加起泡剂及杀菌剂等化学添加剂,破胶后残渣含量高,不易返排,对地层伤害大,并且交联形成的泡沫冻胶由于粘度高,摩阻增大,进一步提高了压裂施工的难度。2005年斯伦贝谢公司新推出了VES类CO2清洁压裂液技术,VES压裂液有效解决了摩阻和残渣伤害问题,但抗温性能还有待提高,其高昂成本问题阻碍其推广应用。
值得注意的是，目前国内还没有大量使用二氧化碳和氮气混合气体泡沫压裂液，两种气体的混合使用可以发挥各自优点，更加有效地提高泡沫压裂施工的效果，增加储层产能。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种混合气体泡沫压裂液体系；
本发明的另一目的在于提供所述的混合气体泡沫压裂液体系的制备方法。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种混合气体泡沫压裂液体系，其中，所述混合气体泡沫压裂液体系包括气相和液相，气液体积比为(2-5)：1；气相为氮气；以液相总重量为100％计，液相包括如下重量百分比成分：起泡剂0.8-1.2％、增稠剂0.3-0.8％、稳泡剂0.8-1.2％、液态二氧化碳45-55％、以及余量的模拟地层水。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述气液体积比为3：1。
根据本发明一些具体实施方案，其中，液相包括如下重量百分比成分：起泡剂1％、增稠剂0.5％、稳泡剂1％、液态二氧化碳50％、以及余量的模拟地层水。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述气液体积比为3：1；液相包括如下重量百分比成分：起泡剂1％、增稠剂0.5％、稳泡剂1％、液态二氧化碳50％、以及余量的模拟地层水。
根据本发明一些具体实施方案，其中，以模拟地层水总重量为100％计，所述模拟地层水包括如下重量百分比成分：活性水90-95％、KCl 1-3％、NaCl 3-8％、MgCl2 0.2-0.8％、以及CaCl2 0.3-0.9％。
根据本发明一些具体实施方案，其中，以模拟地层水总重量为100％计，所述模拟地层水包括如下重量百分比成分：活性水91.5％、KCl 2.0％、NaCl 5.5％、MgCl2 0.45％、以及CaCl2 0.55％。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述起泡剂为Gemini季铵盐；所述增稠剂为NH4Cl；所述稳泡剂为纳米颗粒。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述起泡剂为阳离子Gemini季铵盐(优选为双油基二甲基氯化铵)。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述稳泡剂为纳米二氧化硅颗粒。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述纳米二氧化硅颗粒的粒径范围为30-80nm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述实施方案包括上述各实施方案的任意组合。
另一方面，本发明还提供了所述的混合气体泡沫压裂液体系的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)配制模拟地层水；
(2)将增稠剂加入模拟地层水中配制基液；
(3)将起泡剂、稳泡剂和液态二氧化碳加入基液中，同时泵入氮气，得到所述混合气体泡沫压裂液体系。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)配制模拟地层水；
(2)将增稠剂加入模拟地层水中配制基液；
(3)按顺序将起泡剂、稳泡剂和液态二氧化碳加入基液中，同时泵入氮气，得到所述混合气体泡沫压裂液体系。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)将增稠剂加入模拟地层水中后在转速300-350rpm下搅拌10-15min以配制基液；步骤(3)泵入氮气时，是以转速200-250rpm下进行搅拌并得到所述混合气体泡沫压裂液体系。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(3)氮气的泵入速度为2.5-3m/s。
综上所述，本发明提供了一种混合气体泡沫压裂液体系及其制备。本发明的压裂液体系具有如下优点：
(1)该泡沫压裂液集增能、增粘、发泡及稳泡于一体，充分发挥了二氧化碳和氮气混合的优点；
(2)该压裂液体系起泡剂、稳泡剂性能好，具有泡沫稳定性强，耐温耐剪切性能强以及携砂性能强的特点；
(3)该泡沫压裂液残渣含量极低，并且返排性能强，压裂后对储层的二次伤害小，从而提高压裂效果，增加储层产能。
附图说明
图1为本发明的混合气体泡沫压裂液体系的粘温曲线。
图2为本发明的混合气体泡沫压裂液体系破胶液粘度随时间的变化图。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
一种混合气体泡沫压裂液体系，该压裂液体系包括气相和液相，气相为氮气，液相主要由质量比为：1％起泡剂(阳离子型Gemini季铵盐双油基二甲基氯化铵)、0.5％增稠剂(NH4Cl)、1％稳泡剂(粒径在30-80的二氧化硅纳米颗粒)、50％液态二氧化碳和模拟地层水(91.5％活性水+2.0％KCl+5.5％NaCl+0.45％MgCl2+0.55％CaCl2)组成，气液体积比为3:1。
(1)按91.5％活性水+2.0％KCl+5.5％NaCl+0.45％MgCl2+0.55％CaCl2的质量百分比配制成模拟地层水；
(2)将0.5％增稠剂(NH4Cl)加入步骤(1)配好的模拟地层水中，加入到混拌器中，以8000r/min的转速，充分搅拌2min，得到混合物，即为基液；
(3)按顺序向步骤(2)配好的基液中加入1％起泡剂(Gemini季铵盐)、1％稳泡剂(纳米颗粒)和50％液态二氧化碳，同时缓速泵入氮气，以8000r/min的转速进行充分搅拌，得到混合气体泡沫压裂液。
采用HAAKE RS6000高温高压流变仪，在170s-1剪切速率下测得30℃、50℃、70℃、90℃、110℃时的粘度，得到其耐温耐剪切性能，如图1所示。
从图1中能够看出，混合泡沫压裂液体系是一种剪切变稀流体，随着转速的增加粘度降低，在剪切初期降低快，随后降低较慢；并且压裂液体系随着温度的增加粘度不断降低，在不同温度下粘度降低趋势大体相同，都是初始降低较快，随后降低较慢，当实验温度达到110℃，170s-1时，还有很高的粘度，达到110mPa.s，已满足施工需求，因此该压裂液体系具有较好的耐温剪切性能。
将压裂液装入密闭容器内，在恒温箱中恒温加热，使压裂液在恒定温度条件下破胶，由于泡沫压裂液为气液两相，取消泡后的基液测定不同破胶时间条件下的破胶液粘度。如图2所示。
从图2中可以看出，该混合气体泡沫压裂液在90min后即破胶彻底，最终破胶液粘度很低，有利于压裂液的返排。

Claims (10)

1.一种混合气体泡沫压裂液体系，其中，所述混合气体泡沫压裂液体系包括气相和液相，气液体积比为(2-5)：1；气相为氮气；以液相总重量为100％计，液相包括如下重量百分比成分：起泡剂0.8-1.2％、增稠剂0.3-0.8％、稳泡剂0.8-1.2％、液态二氧化碳45-55％、以及余量的模拟地层水。
2.根据权利要求1所述的混合气体泡沫压裂液体系，其中，所述气液体积比为3：1。
3.根据权利要求1或2所述的混合气体泡沫压裂液体系，其中，液相包括如下重量百分比成分：起泡剂1％、增稠剂0.5％、稳泡剂1％、液态二氧化碳50％、以及余量的模拟地层水。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的混合气体泡沫压裂液体系，其中，以模拟地层水总重量为100％计，所述模拟地层水包括如下重量百分比成分：活性水90-95％、KCl 1-3％、NaCl 3-8％、MgCl2 0.2-0.8％、以及CaCl2 0.3-0.9％。
5.根据权利要求4所述的混合气体泡沫压裂液体系，其中，以模拟地层水总重量为100％计，所述模拟地层水包括如下重量百分比成分：活性水91.5％、KCl 2.0％、NaCl5.5％、MgCl2 0.45％、以及CaCl2 0.55％。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的混合气体泡沫压裂液体系，其中，所述起泡剂为Gemini季铵盐(优选为阳离子Gemini季铵盐)；所述增稠剂为NH4Cl；所述稳泡剂为纳米颗粒(优选为纳米二氧化硅颗粒)。
7.权利要求1～6任意一项所述的混合气体泡沫压裂液体系的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)配制模拟地层水；
(2)将增稠剂加入模拟地层水中配制基液；
(3)将起泡剂、稳泡剂和液态二氧化碳加入基液中，同时泵入氮气，得到所述混合气体泡沫压裂液体系。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)配制模拟地层水；
(2)将增稠剂加入模拟地层水中配制基液；
(3)按顺序将起泡剂、稳泡剂和液态二氧化碳加入基液中，同时泵入氮气，得到所述混合气体泡沫压裂液体系。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤(2)将增稠剂加入模拟地层水中后在转速300-350rpm下搅拌10-15min以配制基液；步骤(3)泵入氮气时，是以转速200-250rpm下进行搅拌并得到所述混合气体泡沫压裂液体系。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤(3)中氮气的泵入速度为2.5-3m/s。
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