CN110452679A - 一种页岩气压裂液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种页岩气压裂液及其制备方法，涉及油气开采技术领域。本发明提供的页岩气压裂液包括以下质量百分含量的组分：十六烷基三甲基溴化铵2～6.5％，2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸2.5～5.5％，N，N‑二甲基丙烯酰胺3～6.5％，助表面活性剂0.4～1.6％，低碳小分子醇2～7.5％，KCl 2～4％，余量水。本发明通过十六烷基三甲基溴化铵与其他组分共同作用，使页岩气压裂液具有良好的破胶效果，且破胶后基本无残渣，对地层渗透率几乎无伤害；并且本发明提供的页岩气压裂液还具有良好的剪切稳定性和悬砂能力，利于提高页岩气开采增产。本发明提供了所述页岩气压裂液的制备方法，操作简单，易于实现规模化生产。

Description

一种页岩气压裂液及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种页岩气压裂液及其制备方法。
背景技术
在油气田的勘探开发过程中，油层水力压裂在提高油气藏产量和可采储量方面起着十分重要的作用。压裂液是在水力压裂的施工过程中，被用来制造裂缝和携带支撑剂注入井中的所有高粘液体的总称。压裂液在压裂中不但起到传递压力的作用，而且能够使地层产生裂缝并能在裂缝中传输支撑剂，是压裂过程中的关键部分。
页岩油气资源指储集在富含有机质的细粒碎屑岩中的油与天然气，一部分以游离态存在在孔隙和裂缝中，一部分吸附于有机质和粘土矿物内表面。我国页岩油气资源丰富，但是页岩岩石非常致密，页岩气表现出超低的渗透性，为了获得商业化开采，通过压裂改造才能达到工业开采价值。
目前，页岩气开采通常采用水基压裂液，主要是以高分子瓜胶聚糖类或其改性产品为稠化剂，以多价金属盐为交联剂，经充分搅拌形成冻胶。在压裂液完成造缝和携砂、形成永久性的填砂裂缝后，利用破胶剂使压裂液迅速破胶降粘，变成类似清水的破胶水化液从地层排出。而这些传统的压裂液破胶后不溶物残渣量偏高，这些残渣可堵塞岩石孔隙，易造成对地层渗透率的伤害，严重影响压裂增产效果。因此，有必要开发一种低残渣低伤害的新型压裂液用于页岩气的开采。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种页岩气压裂液及其制备方法。本发明提供的页岩气压裂液破胶后基本无残渣，对地层渗透率几乎无伤害，有利于提高页岩气开采增产。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种页岩气压裂液，包括以下质量百分含量的组分：
优选地，包括以下质量百分含量的组分：
优选地，所述助表面活性剂为C12～C16的烷基磺酸盐和/或硫酸盐。
优选地，所述低碳小分子醇为丙二醇和/或异丙醇。
本发明提供了以上方案所述页岩气压裂液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液；
(2)将所述混合液与助表面活性剂和低碳小分子醇混合，得到所述页岩气压裂液。
优选地，所述步骤(1)中加热的温度为40～60℃，所述混合的时间为60～80min。
优选地，所述步骤(1)中冷却后还包括对所得混合液进行陈化。
优选地，所述陈化的温度为室温，时间为6～12h。
本发明提供了一种页岩气压裂液，包括以下质量百分含量的组分：十六烷基三甲基溴化铵2～6.5％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2.5～5.5％，N，N-二甲基丙烯酰胺3～6.5％，助表面活性剂0.4～1.6％，低碳小分子醇2～7.5％，KCl2～4％，余量水。本发明通过十六烷基三甲基溴化铵粘弹性表面活性剂与其他组分共同作用，使提供的页岩气压裂液具有良好的破胶效果，且破胶后基本无残渣，对地层渗透率几乎无伤害；并且本发明提供的页岩气压裂液还具有良好的剪切稳定性和悬砂能力，有利于提高页岩气开采增产。
本发明提供了所述页岩气压裂液的制备方法，本发明提供的制备方法操作简单，易于实现规模化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种页岩气压裂液，包括以下质量百分含量的组分：
以质量百分含量计，本发明提供的页岩气压裂液包括十六烷基三甲基溴化铵2～6.5％，优选为2～4.5％，更优选为3％。在本发明中，所述十六烷基三甲基溴化铵为粘弹性表面活性剂，在其他组分的共同作用下，可形成蠕虫状胶束，这些胶束相互缠绕，形成一定的空间网络结构，使体系的粘度提高；并且所述十六烷基三甲基溴化铵对地层伤害小或无伤害。本发明对所述十六烷基三甲基溴化铵的来源没有特别的要求，采用本领域熟知的市售产品即可。
以质量百分含量计，本发明提供的页岩气压裂液包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2.5～5.5％，优选为3～4.5％，更优选为4％。本发明对所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸没有特别的要求，采用本领域熟知的市售产品即可。
以质量百分含量计，本发明提供的页岩气压裂液包括N，N-二甲基丙烯酰胺3～6.5％，优选为4.5～6.5％，更优选为5％。本发明对所述N，N-二甲基丙烯酰胺的来源没有特别的要求，采用本领域熟知的市售产品即可。在本发明中，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和N，N-二甲基丙烯酰胺可提高压裂液的抗温性、抗盐性，进而提高压裂液的稳定性。
以质量百分含量计，本发明提供的页岩气包括助表面活性剂0.4～1.6％，优选为0.4～1.2％，更优选为0.8％。在本发明中，所述助表面活性剂优选为C12～C16的烷基磺酸盐和/或硫酸盐；本发明对所述助表明活性剂的来源没有特别的要求，采用市售的或自行制备的相应产品均可。
以质量百分含量计，本发明提供的页岩压裂液包括低碳小分子醇2～7.5％，优选5.5～7.5％，更优选为6％。在本发明中，所述低碳小分子醇优选为丙二醇和/或异丙醇。在本发明中，所述低碳小分子醇有利于十六烷基三甲基溴化铵形成蠕虫状胶束。本发明对所述低碳小分子醇的来源没有特别的要求，采用本领域熟知的市售产品即可。
以质量百分含量计，本发明提供的页岩压裂液包括KCl 2～4％，优选为2.5～3.5％，更优选为3％。在本发明中，无机盐KCl的加入，一方面可作为粘土稳定剂，抑制粘土膨胀；另一方面可有效降低十六烷基三甲基溴化铵阳离子极性头的静电排斥力，使得十六烷基三甲基溴化铵可以在较低浓度下形成具有三维结构的蠕虫状胶束。
本发明提供的页岩压裂液还包括余量水；本发明对所述水没有特别的要求，采用本领域熟知的水即可。
本发明提供了以上所述页岩气压裂液，本发明通过十六烷基三甲基溴化铵粘弹性表面活性剂与其他组分共同作用，使提供的页岩气压裂液具有良好的破胶效果，且破胶后基本无残渣，对地层渗透率几乎无伤害；并且本发明提供的页岩气压裂液还具有良好的剪切稳定性和悬砂能力，有利于提高页岩气开采增产。
本发明提供了以上方案所述页岩气压裂液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液；
(2)将所述混合液与助表面活性剂和低碳小分子醇混合，得到所述页岩气压裂液。
本发明将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液。在本发明中，所述加热的温度优选为40～60℃，更优选为50℃。本发明对所述加热的方式没有特别的要求，采用本领域熟知的加热方式即可。在本发明中，所述混合的顺序优选为：将十六烷基三甲基溴化铵与水混合，然后升温至所述的加热温度，再加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺和KCl进行混合。在本发明中，所述混合的时间优选为60～80min，更优选为70min；所述混合的时间以上述各组分加入完毕后开始计算；所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的速度没有特别的要求，能够保证在所述时间内将上述各组分充分溶解混合即可。本发明对所述冷却的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法即可，具体地如自然冷却至室温。冷却后，本发明还优选对所得混合液进行陈化。在本发明中，所述陈化的温度优选为室温，时间优选为6～12h，更优选为8h。
得到混合液后，本发明将所述混合液与助表面活性剂和低碳小分子醇混合，得到所述页岩气压裂液。本发明优选在搅拌的条件下进行混合，本发明对所述搅拌的速度和时间没有特别的要求，能够保证各组分混合均匀即可。
本发明提供了以上所述页岩气压裂液的制备方法。本发明提供的制备方法操作简单，易于实现规模化生产。
下面结合实施例对本发明提供的页岩气压裂液及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种页岩气压裂液，包括以下质量百分含量的组分：十六烷基三甲基溴化铵2％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3.5％，N，N-二甲基丙烯酰胺5％，十二烷基磺酸钠0.7％，丙二醇3％，KCl 2％，余量水。
该压裂液由以下方法制备得到：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液；将十六烷基三甲基溴化铵加入水中完全溶解后，升温至40℃，再向其中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺和KCl搅拌70min；各组分均匀溶解后冷却至室温，在室温下陈化8h。
(2)向(1)所得混合液中加入十二烷基磺酸钠和丙二醇，搅拌均匀后即得到页岩气压裂液。
对实施例1的压裂液进行性能测试：
1)粘度：经测试(采用六速粘度计)，本实施例压裂液的粘度为77.5mPa.s。
2)剪切稳定性：测试压裂液在不同温度下(50℃、100℃、120℃、130℃)的抗剪性能，具体操作为：装好压裂液并设定流变仪(MAS-III高温高压流变仪)的加热温度，用表观粘度随时间变化的趋势确定压裂液的剪切性能，以170s-1下连续剪切，直到压裂液的表观粘度为50mPa.s时为止。结果如下：
在50℃下连续剪切120min，本实施例压裂液的粘度无明显变化；在100℃下连续剪切120min后本实施例压裂液的粘度为70mPa.s；在120℃连续剪切120min后本实施例压裂液的粘度为63.5mPa.s；在130℃连续剪切120min后本实施例压裂液的粘度为57mPa.s。可见，经过高温连续剪切120min后，本实施例压裂液的粘度均在50mPa.s以上，达到或超过石油行业相关标准要求。
3)悬砂能力：
测试方法：在100mL量筒中量取100mL压裂液；选取圆球度较好、粒径尺寸中等的几粒支撑剂样品，放入压裂液后测试各自在不同时刻的下降位置，并求取平均值；利用线性关系拟合出沉降高度与时间的关系式，斜率为沉降速度。
经测试：石英砂在本实施例压裂液中的沉降速度为0.004cm/s，陶粒为0.005cm/s。说明本实施例压裂液具有良好的悬砂能力。
4)破胶性能：压裂液破胶水化液的粘度愈低，对地层损害愈小。过硫酸铵是压裂液的良好破胶剂，按行业标准的要求，在80～100℃的水浴中，对不同加量的过硫酸铵进行破胶性能测试，经测试本实施例破胶液的粘度在2～4mPa.s，可见，本实施例的压裂液具有良好的破胶效果，破胶化水彻底。
5)残渣含量：压裂液中含有的不溶物残渣可堵塞岩层孔隙，因压裂液与地层的岩石和流体不配伍而引起粘土膨胀或乳化作用等，都会造成对地层渗透率的伤害，因此要求压裂液中的不溶物含量越低越好。
经测试，以相同添加量的破胶剂对本实施例压裂液和常规的瓜胶压裂液(瓜胶与有机硼交联压裂液)分别破胶后，本实施例压裂液基本无残渣，破胶液澄清透明；而常规的瓜胶压裂液其破胶液底部有明显的絮状沉淀物。说明本实施例压裂液对地层渗透率几乎无伤害。
6)岩心伤害性能：破胶液的粘度很低虽然表明压裂液已破解，但也有可能对岩心的渗透性造成伤害，因此，需要对岩心伤害性能作进一步测试，试验方法如下：
选取表面亲水的天然岩心，试验用仪器为岩心流动实验仪；配制压裂液的破胶液，收集滤液；将岩心装入夹持器中；正通标准盐水(40000ppm)，测岩心渗透率K1；反通破胶液滤液至流量稳定；正通标准盐水(40000ppm)，测岩心渗透率K2。利用下式计算岩心伤害率：
以此方法分别对本实施例压裂液和常规瓜胶压裂液的岩心伤害性能进行测试，测试结果：本实施例压裂液对岩心的伤害率为4.5％；而常规瓜胶压裂液对岩心的伤害率为33.5％。可见，本实施例压裂液与常规瓜胶压裂液相比，对岩心的伤害率显著降低。
实施例2
一种页岩气压裂液，包括以下质量百分含量的组分：十六烷基三甲基溴化铵3.5％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3.5％，N，N-二甲基丙烯酰胺4％，十四烷基磺酸钠1％，丙二醇3％，KCl 2.5％，余量水。
该压裂液由以下方法制备得到：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液；将十六烷基三甲基溴化铵加入水中完全溶解后，升温至40℃，再向其中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺和KCl搅拌70min；各组分均匀溶解后冷却至室温，在室温下陈化8h。
(2)向(1)所得混合液中加入十四烷基磺酸钠和丙二醇，搅拌均匀后即得到页岩气压裂液。
实施例3
一种页岩气压裂液，包括以下质量百分含量的组分：十六烷基三甲基溴化铵4.5％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4.5％，N，N-二甲基丙烯酰胺4％，十六烷基磺酸钠1.2％，异丙醇3％，KCl 2.5％，余量水。该压裂液由以下方法制备得到：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液；将十六烷基三甲基溴化铵加入水中完全溶解后，升温至45℃，再向其中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺和KCl搅拌70min；各组分均匀溶解后冷却至室温，在室温下陈化8h。
(2)向(1)所得混合液中加入十六烷基磺酸钠和异丙醇，搅拌均匀后即得到页岩气压裂液。
实施例4
一种页岩气压裂液，包括以下质量百分含量的组分：十六烷基三甲基溴化铵5.5％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5％，N，N-二甲基丙烯酰胺4.5％，十六烷基硫酸钠1.3％，异丙醇4％，KCl 2.5％，余量水。该压裂液由以下方法制备得到：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液；将十六烷基三甲基溴化铵加入水中完全溶解后，升温至45℃，再向其中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺和KCl搅拌70min；各组分均匀溶解后冷却至室温，在室温下陈化8h。
(2)向(1)所得混合液中加入十六烷基硫酸钠和异丙醇，搅拌均匀后即得到页岩气压裂液。
实施例5
一种页岩气压裂液，包括以下质量百分含量的组分：十六烷基三甲基溴化铵6.5％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5.5％，N，N-二甲基丙烯酰胺5％，十六烷基硫酸钠1.4％，异丙醇5.5％，KCl 3.5％，余量水。该压裂液由以下方法制备得到：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液；将十六烷基三甲基溴化铵加入水中完全溶解后，升温至45℃，再向其中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺和KCl搅拌70min；各组分均匀溶解后冷却至室温，在室温下陈化8h。
(2)向(1)所得混合液中加入十六烷基硫酸钠和异丙醇，搅拌均匀后即得到页岩气压裂液。
对实施例2～5的压裂液进行性能测试：
1)粘度(六速粘度计)：实施例2～5的压裂液的粘度如表1所示：
表1实施例2～5压裂液的表观粘度
项目 粘度(mPa.s)
实施例2 89
实施例3 101
实施例4 117
实施例5 125
2)剪切性能：
经不同温度下(50℃、100℃、120℃、130℃)连续剪切120min后，实施例2～5压裂液的粘度均在50mPa.s以上，达到或超过石油行业相关标准要求。
3)悬砂能力：实施例2～5的压裂液的悬砂能力测试结果如表2所示：
表2实施例2～5压裂液的悬砂能力测试结果
由表2可以看出，实施例2～5的压裂液具有良好的悬砂能力。
4)破胶性能：按行业标准的要求，在80～100℃的水浴中，对不同加量的过硫酸铵进行破胶性能测试，经测试实施例2～5破胶液的粘度在3～5mPa.s，可见，实施例2～5的压裂液具有良好的破胶效果，破胶化水彻底。
5)残渣含量：破胶后，实施例2～5压裂液基本无残渣，破胶液澄清透明。说明实施例2～5的压裂液对地层渗透率几乎无伤害。
6)岩心伤害性能：实施例2～5压裂液对岩心的伤害性测试结果如表3所示：
表3实施例2～5压裂液对岩心的伤害性测试结果
项目 伤害率(％)
实施例2 4.8
实施例3 5.3
实施例4 6.1
实施例5 6.4
可见，实施例2～5的压裂液与常规瓜胶压裂液(对岩心的伤害率为33.5％)相比，对岩心的伤害率显著降低。
从以上实施例可以看出，本发明提供的页岩气压裂液具有良好的破胶效果，且破胶后基本无残渣，对地层渗透率几乎无伤害；并且本发明提供的压裂液还具有良好的剪切稳定性和悬砂能力，有利于提高页岩气开采增产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种页岩气压裂液，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：
2.根据权利要求1所述的页岩气压裂液，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：
3.根据权利要求1或2所述的页岩气压裂液，其特征在于，所述助表面活性剂为C12～C16的烷基磺酸盐和/或硫酸盐。
4.根据权利要求1或2所述的页岩气压裂液，其特征在于，所述低碳小分子醇为丙二醇和/或异丙醇。
5.权利要求1～4任意一项所述页岩气压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、KCl和水在加热的条件下混合，冷却后得到混合液；
(2)将所述混合液与助表面活性剂和低碳小分子醇混合，得到所述页岩气压裂液。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中加热的温度为40～60℃，所述混合的时间为60～80min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)冷却后还包括对所得混合液进行陈化。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述陈化的温度为室温，时间为6～12h。
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