CN110454132A - 一种致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法及改性纳米磁性颗粒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法及改性纳米磁性颗粒，该方法包括：向地层泵入磁性压裂前置液，使地层形成裂缝，在井底施加磁场，将磁性压裂前置液中的改性纳米磁性颗粒送达目标油层；将压裂液基液与压裂用支撑剂混合形成携砂液泵入地层形成的裂缝中，支撑裂缝的几何形状；压裂施工结束后，在井底施加磁场，使吸附原油的纳米磁性颗粒回流至井筒内，然后采出地面，通过磁力作用回收磁性颗粒。本发明适用于高含水率油田，由于改性纳米磁性颗粒具有强亲油疏水性，磁性颗粒在目标油层吸附原油，通过井底压差和外加磁场作用回流到井筒，能很好的提高原油产量，并减少水的产出，采油过程将磁性纳米颗粒采出地面，并可以用磁力回收磁性颗粒再重复利用，从而减少生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法及改性纳米磁性颗粒，属于石油开采技术领域和材料制备领域。
背景技术
当前，世界油田的平均采收率在35％左右，油田开发过程中，尤其是超低渗油气藏、致密油气等非常规油藏所占比重越来越大，如何进一步提高采收率成为了需要重点考虑的问题。目前，国内外技术一般采用的EOR方法主要包括水驱、空气驱、CO2驱、气水交替驱、化学驱、以及热采等。虽然EOR技术现在已经形成较为完善和丰富的体系，但在实际生产过程中仍然存在许多要克服攻坚的难点，和技术上的一些缺陷。例如油层相俘留作用等造成表面活性剂的滞留；聚合物的剪切降解和处理困难；混相驱和蒸汽驱都存在较为严重的气体窜流现象；火烧油层消耗过多原油，温度过高引起管柱损坏加剧；泡沫驱面临着诸如地层条件多变，稳定性不易控制，泡沫注入困难等等。
随着纳米技术的不断发展和新型纳米材料的出现，为非常规油藏提高采收率带来了新机遇。其中纳米流体作为一种新型功能流体，它具有流动方式新颖、能耗小、无污染、粘度低、微粒尺度小和使用范围广等特点，并逐渐用于改善水驱、预防微粒运移以及提高助排与修复储层伤害等领域。如中国专利文献CN105715239A公开了一种可视化纳米磁流体平板驱油实验装置及实验方法，为油田实施纳米磁流体驱油、进一步挖潜剩余油提供可靠的技术依据，具有一定的指导及借鉴意义。
中国专利文献CN103321617A公开了一种特稠油及超稠油油藏纳米磁流体吞吐采油方法及井网结构，该方法通过在特稠油及超稠油油藏区域布置井网，每个吞吐井组包括一个吞吐井和围绕在吞吐井周围设置的多个磁源井，并设有多个监测井，调节磁源井的磁场大小，使得油层内的纳米磁流体回流，从而提高采收率。该工艺实施步骤繁琐不利于现场操作，而且所适用领域针对的特稠油及超稠油油藏，适用范围受限，在实际应用中非常不方便。并且该纳米磁流体所用基液为煤油或其他烃类，存在安全隐患，所用纳米磁流体的纳米颗粒体积含量为30％，用量很大，成本很高。
目前，致密储层改造主要使用聚合物类滑溜水压裂液体系，具有成本低、摩阻低、造缝能力强等优点，但是该类压裂液进入致密储层后，溶液中聚合物吸附滞留在岩石孔隙中，具有潜在伤害储层的风险，而且影响岩石对压裂液的渗吸作用，降低了致密储层渗吸驱油效果。
因此，基于纳米磁流体的优点，构筑一种低吸附、低表面张力及低摩阻的纳米磁流体驱油压裂液，不仅可以显著降低液固界面张力，而且渗吸进入储层的纳米颗粒能选择性吸附孔隙中原油液滴，运移方向受外场控制，有望实现智能纳米材料与压裂增产工艺的有机结合，较大幅度提高致密油储层原油采收率，经检索，目前还没有相关文献的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法及纳米磁性颗粒。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，包括步骤如下：
(1)向地层泵入磁性压裂前置液，使地层形成裂缝，所述裂缝的宽度为0.1～1.5cm，裂缝单翼缝长的长度为10～200m；
(2)在井底施加磁场，通过磁场作用，将磁性压裂前置液中的改性纳米磁性颗粒送达目标油层，关闭磁场；
(3)将压裂液基液与压裂用支撑剂混合形成携砂液，然后将携砂液泵入地层形成的裂缝中，用于支撑裂缝的几何形状；
(4)压裂施工结束后，在井底施加磁场，使吸附原油的纳米磁性颗粒回流至井筒内，然后采出地面，通过磁力作用回收磁性颗粒。
根据本发明优选的，步骤(1)中磁性压裂前置液是向压裂液基液中加入改性纳米磁性颗粒混合均匀得到。
根据本发明优选的，压裂液基液与改性纳米磁性颗粒的质量比为9:1～6:4。
根据本发明优选的，步骤(2)、步骤(4)中井底施加磁场为：在井底油管尾部连接多个线圈包裹的电磁铁，电磁铁通过电缆与地面电源连接，通过地面电源施加电流控制电磁铁的磁场，使每个电磁铁的最大磁场为15特斯拉。
进一步优选的，步骤(2)中，施加电源使每个电磁铁的磁场大小为4～8特斯拉；步骤(4)中施加电源使每个电磁铁的磁场大小为10～12特斯拉。
根据本发明优选的，步骤(3)的压裂液基液为胍胶压裂液，与磁性压裂前置液使用的基液相同。
进一步优选的，胍胶压裂液的原料组分组成(包括基液和交联液)如下：
①基液组成配比。清水90～100份；稠化剂：羟丙基胍胶0.2～0.5份；防膨剂：KCl或季铵盐：0.3～0.8份；杀菌剂：甲醛0.2～0.7份；pH调节剂：纯碱0.05～0.4份；助排剂：
表面活性剂0.2～0.5份；破乳剂：BH-03 0.05～0.2份。
②交联液组成配比。有机硼98～100份；破胶剂：过硫酸铵0.1～0.9份；破胶活化剂：亚硫酸钠0.1～0.5份。
③基液与交联液的交联比为100：(0.15～0.5)。
防膨剂、杀菌剂、pH调节剂、助排剂、破乳剂均为现有技术。
根据本发明优选的，步骤(3)，压裂用支撑剂为50～200目的石英砂。
根据本发明优选的，步骤(3)，形成携砂液的砂比为15％～90％。
上述方法步骤(1)磁性压裂前置液中的改性纳米磁性颗粒，粒径范围为60nm～70nm，耐温范围小于等于225℃，摩尔磁化率为480～510cm3/mol。
根据本发明优选的，所述的改性纳米磁性颗粒为表面修饰的纳米Fe3O4颗粒，表面修饰剂为油酸钠。
根据本发明优选的，改性纳米磁性颗粒是按如下方法制备得到：
a、搅拌条件下，将NaOH和NH3·H2O的混合溶液缓慢添加到FeCl2溶液中，调节至pH＝10，持续搅拌30min，使反应完全，得混合液；
b、向混合液中加入油酸钠(C17H33CO2Na)，再持续搅拌60min，使得C17H33COO-充分吸附在Fe3O4表面；
c、停止搅拌后静置分离出Fe3O4微粒，然后用蒸馏水和无水乙醇反复交替清洗3～4次，然后真空干燥，即可获得改性纳米磁性颗粒。
根据本发明优选的，步骤a中，搅拌速度为500r/min，NaOH与NH3·H2O的摩尔比为1:1，FeCl2溶液的浓度为0.3-0.6mol/L，混合溶液与FeCl2溶液的体积比为1-3:1。
根据本发明优选的，步骤b中，油酸钠的加入量与FeCl2溶液的质量体积比为：(3-5)：100，单位：g/mL，进一步优选的，油酸钠的加入量与FeCl2溶液的质量体积比为：3.05：100，单位：g/mL。
本发明得到的改性纳米磁性颗粒具有很强的亲油疏水特性。
改性纳米磁性颗粒的制备原理如下：
二价铁盐溶液会被空气氧化生成Fe3O4沉淀，在一定的搅拌速率下保证生成的磁性粒子粒径维持在一个较窄的分布范围内(20～80nm)。反应完全后，加入表面修饰剂对磁性粒子的表面进行改性，使其具有强亲油疏水的特性。
纳米Fe3O4生成沉淀反应的基本化学方程式为：
6Fe2++12OH-+O2＝2Fe3O4↓+6H2O
碱性条件下反应生成的Fe3O4表面很容易吸附C17H33COO-，从而制得油酸包裹的纳米磁性颗粒，改性纳米磁性颗粒制备过程如图1所示。
本发明纳米磁流体压裂液渗吸增油方法机理如下：
通过纳米磁性压裂液压裂造缝，滤失到储层中的大量纳米磁流体不仅具有补充地层能量作用，而且通过调控外加磁场参数，使孔隙中纳米磁性颗粒一方面可以向储层深部运移，剥离岩石表面原油，分散并吸附孔隙中原油液滴(“吸油”作用，如图4中左图所示)；另一方面，吸附原油的纳米磁性颗粒在磁场作用下可向井筒或支撑裂缝方向作定向运移(“携油”作用，如图4中右图所示)，上述两方面协同作用可以显著提高非常规油藏的原油采收率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明中用于纳米磁流体压裂增油的纳米磁性颗粒制备工艺简单，原材料来源广泛，廉价，易于实现工业化生产。
2.本发明所制备的纳米磁性颗粒与压裂前置液配伍性良好，施工中不要求特殊的动力设备和压裂设备；在地层中，纳米颗粒不会堵塞孔隙。
3.本发明适用于低压低渗透油藏、致密油气藏等非常规油藏，通过压裂工艺压开地层提高裂缝导流能力，而且外加磁场能很好地弥补非常规油藏能量不足的情况，从而达到提高采收率的目的。
4.本发明适用于高含水率油田，由于改性纳米磁性颗粒具有强亲油疏水性，磁性颗粒在目标油层吸附原油，通过井底压差和外加磁场作用回流到井筒，能很好的提高原油产量，并减少水的产出。
5.本发明通过采油过程将磁性纳米颗粒采出地面，并可以用磁力回收磁性颗粒再重复利用，从而减少生产成本。
附图说明
图1为本发明制备改性纳米磁性颗粒的原理示意图。
图2为本发明实施例1制备的经表面修饰后Fe3O4纳米颗粒的扫描电镜图片(SEM)。
图3为本发明制备的改性纳米磁性颗粒润湿性能的测试图，图中，a为水与改性纳米颗粒的接触角，接触角为105.36°；b为原油与改性纳米颗粒的接触角，接触角为31.83°；
图4为本发明实施方案中在磁场作用下，改性纳米磁性颗粒在目标油层运移的示意图，图中，a为刚施加磁场时，改性纳米磁性颗粒在目标油层运移的示意图，b为刚施加磁场一段时间后，改性纳米磁性颗粒在目标油层运移的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例中所用原料均为常规市购产品。
实施例1
改性纳米磁性颗粒，为表面修饰的纳米Fe3O4颗粒，表面修饰剂为油酸钠。粒径范围为60nm～70nm，耐温范围小于等于225℃，摩尔磁化率为480～510cm3/mol。
改性纳米磁性颗粒的制备(如图1所示)：
a、在500r/min搅拌速度下，将摩尔比为1:1的NaOH、NH3·H2O混合溶液缓慢添加到100mL溶度为0.5mol/L的FeCl2溶液中，调节至pH＝10，持续搅拌30min，使反应完全。
b、在上述液体中加入3.05g油酸钠(C17H33CO2Na)，再持续搅拌60min，使得C17H33COO-充分吸附在Fe3O4表面。
c、停止搅拌后静置并用强磁体分离出Fe3O4微粒，然后用蒸馏水和无水乙醇反复交替清洗3～4次，然后真空干燥，即可获得表面被油酸包裹的Fe3O4纳米磁性颗粒。得到的表面被油酸包裹的Fe3O4纳米磁性颗粒电镜照片如图2所示，通过图2可以看出，为均匀的颗粒状，颗粒表面包裹透明油状物质。
致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，包括步骤如下：
(1)向压裂液基液中加入改性纳米磁性颗粒，并混合均匀，得到磁性压裂前置液，压裂液基液与改性纳米磁性颗粒质量比为9:1；向地层泵入磁性压裂前置液，使地层形成裂缝，所述裂缝的宽度为0.1～1.5cm，裂缝单翼缝长的长度为10～200m；
(2)在井底油管尾部连接多个线圈包裹的电磁铁，电磁铁通过电缆与地面电源连接，通过地面电源施加电流控制电磁铁的磁场，施加电源使每个电磁铁的磁场大小为6特斯拉，通过磁场作用，将磁性压裂前置液中的改性纳米磁性颗粒送达目标油层，关闭磁场；
(3)将压裂液基液与100目的石英砂混合形成携砂液，然后将携砂液泵入地层形成的裂缝中，用于支撑裂缝的几何形状；
(4)压裂施工结束后，在井底施加磁场，施加电源使每个电磁铁的磁场大小为12特斯拉，使吸附原油的纳米磁性颗粒回流至井筒内，然后采出地面，通过磁力作用回收磁性颗粒，改性纳米磁性颗粒在目标油层中运移状态如图4所示。
实施例2
改性纳米磁性颗粒的制备同实施例1。
致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，包括步骤如下：
(1)向压裂液基液中加入改性纳米磁性颗粒，并混合均匀，得到磁性压裂前置液，压裂液基液与改性纳米磁性颗粒质量比为6:4；向地层泵入磁性压裂前置液，使地层形成裂缝，所述裂缝的宽度为0.1～1.5cm，裂缝单翼缝长的长度为10～200m；
(2)在井底油管尾部连接多个线圈包裹的电磁铁，电磁铁通过电缆与地面电源连接，通过地面电源施加电流控制电磁铁的磁场，施加电源使每个电磁铁的磁场大小为8特斯拉，通过磁场作用，将磁性压裂前置液中的改性纳米磁性颗粒送达目标油层，关闭磁场；
(3)将压裂液基液与150目的石英砂混合形成携砂液，然后将携砂液泵入地层形成的裂缝中，用于支撑裂缝的几何形状；
(4)压裂施工结束后，在井底施加磁场，施加电源使每个电磁铁的磁场大小为10特斯拉，使吸附原油的纳米磁性颗粒回流至井筒内，然后采出地面，通过磁力作用回收磁性颗粒。
实验例
改性纳米磁性颗粒强亲油疏水性实验验证：
将改性纳米颗粒涂抹在石英片表面，并将其压平，然后将水和原油滴在表面，通过接触角测量仪测试水与改性纳米颗粒的接触角以及原油与改性纳米颗粒的接触角，来验证证改性纳米磁性颗粒具有强亲油疏水性，结果如图3所示，通过图3可以看出，水与改性纳米颗粒的接触角为105.36°，具有很强的疏水性，原油与改性纳米颗粒的接触角为31.83°，具有很强的亲油性。
Claims (10)
1.一种致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，包括步骤如下：
(1)向地层泵入磁性压裂前置液，使地层形成裂缝，所述裂缝的宽度为0.1～1.5cm，裂缝单翼缝长的长度为10～200m；
(2)在井底施加磁场，通过磁场作用，将磁性压裂前置液中的改性纳米磁性颗粒送达目标油层，关闭磁场；
(3)将压裂液基液与压裂用支撑剂混合形成携砂液，然后将携砂液泵入地层形成的裂缝中，用于支撑裂缝的几何形状；
(4)压裂施工结束后，在井底施加磁场，使吸附原油的纳米磁性颗粒回流至井筒内，然后采出地面，通过磁力作用回收磁性颗粒。
2.根据权利要求1所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，步骤(1)中磁性压裂前置液是向压裂液基液中加入改性纳米磁性颗粒混合均匀得到。
3.根据权利要求1所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，压裂液基液与改性纳米磁性颗粒的质量比为9:1～6:4。
4.根据权利要求1所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，步骤(2)、步骤(4)中井底施加磁场为：在井底油管尾部连接多个线圈包裹的电磁铁，电磁铁通过电缆与地面电源连接，通过地面电源施加电流控制电磁铁的磁场，使每个电磁铁的最大磁场为15特斯拉；优选的，步骤(2)中，施加电源使每个电磁铁的磁场大小为4～8特斯拉；步骤(4)中施加电源使每个电磁铁的磁场大小为10～12特斯拉。
5.根据权利要求1所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，步骤(3)的压裂液基液为胍胶压裂液，与磁性压裂前置液使用的基液相同；
胍胶压裂液的原料组分组成如下：
①基液组成配比。清水90～100份；稠化剂：羟丙基胍胶0.2～0.5份；防膨剂：KCl或季铵盐：0.3～0.8份；杀菌剂：甲醛0.2～0.7份；pH调节剂：纯碱0.05～0.4份；助排剂：表面活性剂0.2～0.5份；破乳剂：BH-03 0.05～0.2份。
②交联液组成配比。有机硼98～100份；破胶剂：过硫酸铵0.1～0.9份；破胶活化剂：亚硫酸钠0.1～0.5份。
③基液与交联液的交联比为100：(0.15～0.5)。
6.根据权利要求1所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，步骤(3)，压裂用支撑剂为50～200目的石英砂，形成携砂液的砂比为15％～90％。
7.根据权利要求1所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，步骤(1)中磁性压裂前置液中的改性纳米磁性颗粒，粒径范围为60nm～70nm，耐温范围小于等于225℃，摩尔磁化率为480～510cm3/mol，所述的改性纳米磁性颗粒为表面修饰的纳米Fe3O4颗粒，表面修饰剂为油酸钠。
8.根据权利要求7所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，改性纳米磁性颗粒是按如下方法制备得到：
a、搅拌条件下，将NaOH和NH3·H2O的混合溶液缓慢添加到FeCl2溶液中，调节至pH＝10，持续搅拌30min，使反应完全，得混合液；
b、向混合液中加入油酸钠(C17H33CO2Na)，再持续搅拌60min，使得C17H33COO-充分吸附在Fe3O4表面；
c、停止搅拌后静置分离出Fe3O4微粒，然后用蒸馏水和无水乙醇反复交替清洗3～4次，然后真空干燥，即可获得改性纳米磁性颗粒。
9.根据权利要求8所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，步骤a中，搅拌速度为500r/min，NaOH与NH3·H2O的摩尔比为1:1，FeCl2溶液的浓度为0.3-0.6mol/L，混合溶液与FeCl2溶液的体积比为1-3:1。
10.根据权利要求1所述的致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法，其特征在于，步骤b中，油酸钠的加入量与FeCl2溶液的质量体积比为：(3-5)：100，单位：g/mL，进一步优选的，油酸钠的加入量与FeCl2溶液的质量体积比为：3.05：100，单位：g/mL。
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