CN110591684A - 一种两相温度响应相变压裂液体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两相温度响应相变压裂液体系，包括50‑70重量%的非相变体系A以及30‑50重量%的相变体系B。所述非相变体系A由以下组份按重量百分比组成：成胶剂1‑35%，调节剂0.1‑3%，其余为水。所述相变体系B为超分子化合物或合成高分子化合物；超分子化合物由以下组份按重量百分比组成：超分子构筑单元10‑40%，超分子功能单元0‑40%，表面活性剂0.5‑2%，无机盐0‑5%，氧化剂0.5‑2%，助溶剂0‑2%，其余为溶剂；合成高分子化合物由以下组份按重量百分比组成：单体20‑80%，交联剂0.5‑2%，分散剂0.5‑2%，其余为水。本发明利用非相变体系与相变体系的温度响应区别实现安全、有效的相变压裂施工，降低了相变液体滤失后发生相变影响压裂后地层导流能力的风险，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种两相温度响应相变压裂液体系

技术领域

本申请涉及油田化学领域中利用天然地温场实现清洁相变压裂的相变压裂液体系，特别是涉及一种两相温度响应相变压裂液体系。

背景技术

水力压裂技术作为油气井增产、水井增注的主要措施已广泛应用在油气田的开发中，为油气田的稳产、稳注做出了重要贡献。水力压裂是通过对目的储层泵注高粘度的前置液，以高压形成裂缝并延展，而后泵注混有支撑剂的携砂液，携砂液可继续延展裂缝，同时携带支撑剂深入裂缝，最好使压裂液破胶降解为低粘度流体流向井底返排而出，在地层中留下一条由支撑剂支撑裂缝壁面所形成的高导流能力的流动通道，以利于油气从远井地带流向井底。

从水力压裂技术及其发展上看，目前主导的压裂技术都是基于压裂液压开裂缝后注入固体支撑剂保持裂缝张开，从而获得高导流能力的流体通道。2010年斯伦贝谢提出HIWAY高速通道压裂可大大提高压裂后的裂缝导流能力，该技术同样需要向地层注入固相支撑剂。水力压裂自20世纪40年代末开始以来，其支撑剂经历了半个多世纪的发展，所用支撑剂大致可分为天然和人造两大类，前者以石英砂为代表，后者主要为电解、烧结陶粒。施工过程中，固相支撑剂的注入很容易造成脱砂、砂堵、注不进等，使得施工不能达到预期效果，甚至造成井筒砂堵。石油工作者为此一直致力于低密度高强度支撑剂的研究，目的都是为了使支撑剂容易注入。不管是低密度还是高密度支撑剂，都需要从井口向地层注入固相支撑剂，而常规加砂压裂施工过程中的固相支撑剂会出现注入难、难注入等问题。

为了降低或者是避免注固相支撑剂时出现的问题，ZL201610531410.8公开了一种相变水力压裂工艺、ZL201610534192.3公开了一种用于相变压裂的相变压裂液体系，该工艺是向压裂后的裂缝中注入可发生相变的材料液，材料液在地层温度下发生相变(超分子自组装)后形成固相支撑剂，实现对裂缝壁面的支撑，从而在地层形成高导流能力的通道。为了进一步提高相变压裂作业效果、降低施工风险，CN108561111A公开了一种相变压裂方法、CN108587029A公开了一种相变材料液及其所形成的固相支撑剂，该相变压裂方法相比ZL201610531410.8更进一步地引入生热试剂，以保证相变尽快完成，提高施工作业效率。CN108587029A公开的相变材料相比ZL201610534192.3更进一步地引入了生孔剂，使得形成的相变支撑剂具有更低密度、更高渗透能力。这些发明虽然解决了常规水力压裂中固相支撑剂注入方面的一些主要问题，但是，自身也存在一定缺陷：在注入过程中相变材料可能会进入天然裂缝和溶洞，同时在相变过程中非相变材料可能会因为滤失使得相变后的裂缝没有流通通道或者导流能力极差。这些可能性在施工过程中是不能避免的。

为改善相变压裂施工效果，本发明提供了一种两相温度响应相变压裂液体系，由相变液体和温控解除热致凝胶(非相变液体)组成。在地面上相变液体是可流动的液相，注入地层后在地层温度下相变液体形成固相支撑颗粒，温控解除热致凝胶在天然地温场中实现液-凝胶-液的相态转化，通过相变液体和热致凝胶液体的化学变化呈现不同形态，使得相变压裂液体系在施工过程中呈现液相-凝胶中夹杂着固相颗粒-凝胶降解成裂缝中只剩固相颗粒，实现对裂缝壁面的支撑，从而在地层形成高导流能力的通道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两相温度响应相变压裂液体系，该体系注入地层后，利用非相变体系与相变体系的温度响应区别实现安全、有效的相变压裂施工，降低了相变液体滤失后发生相变影响压裂后地层导流能力的风险，该体系清洁、环保、安全、高效，具有广阔的市场应用前景。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种两相温度响应相变压裂液体系，由非相变体系和相变体系组成，非相变体系是一种温控效应的化学体系，随温度的增加出现液-冻胶-液的形态变化，相变体系在地层温度的作用下实现由液相到固相的转变，在施工过程中非相变体系起着对相变体系的保护作用，避免相变体系发生相变充满孔隙和裂缝导致施工失败。在施工完成后随地层温度的恢复，非相变体系从冻胶转变为液体排出井底，相变体系形成的固体支撑裂缝，大幅度提高水力压裂的导流能力。

一种两相温度响应相变压裂液体系，包括50-70重量％的非相变体系A以及30-50重量％的相变体系B。

所述非相变体系A由以下组份按重量百分比组成：成胶剂1-35％，调节剂0.1-3％，其余为水。所述成胶剂为葡萄糖胺盐酸盐、N-甲基-D-葡糖胺盐酸盐、羧甲基壳聚糖、脱乙酰壳多糖、壳聚糖磷酸酯或其混合物，所述调节剂为乙酸、柠檬酸、乳酸、酒石酸、苹果酸、富马酸、乙酰胺、乙二胺、1,2-环己二胺、NH₄Cl、甲醛、六次甲基四胺、聚甲醛、三聚甲醛、戌二醛、己二醛、肉桂醛、芫荽醛、香草醛、2-乙氧基-3,4-二氢吡喃、磷酸甲酯、磷酸三甲酯或其混合物。

所述相变体系B为超分子化合物或合成高分子化合物。所述超分子化合物由以下组份按重量百分比组成：超分子构筑单元10-40％，超分子功能单元0-40％，表面活性剂0.5-2％，无机盐0-5％，氧化剂0.5-2％，助溶剂0-2％，其余为溶剂。所述超分子构筑单元为三聚氰胺、三烯丙基异氰脲酸酯或其混合物；所述超分子功能单元为乙酸乙烯酯、丙烯腈或其混合物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温20、吐温40、十六烷基三甲基溴化铵其中一种或多种；所述无机盐为磷酸钠、氯化钙、氯化镁其中一种或多种；所述氧化剂为双氧水、过硫酸铵或重铬酸钠；所述助溶剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或其混合物；所述溶剂为甲苯、乙基苯、邻二甲苯、间二甲苯或对二甲苯。所述合成高分子化合物由以下组份按重量百分比组成：单体20-80％，交联剂0.5-2％，分散剂0.5-2％，其余为水。所述单体为苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯或其混合物；所述交联剂为过氧化苯甲酰、乙酰胺、乙二胺、1,2-环己二胺或其混合物；所述分散剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素、磷酸氢钙或其混合物。

所述非相变体系A剂，是实现清洁相变压裂的根本、有效的保证。直接向地层注入相变材料有将地层天然裂缝、孔洞完全堵塞的风险，同时在裂缝中有不能完全相变而形成弹性封堵的风险。A剂在地面是液相状态，进入地层后在地层温度作用下变形成冻胶态，而后又从冻胶态慢慢降解为液相。A剂在相变材料前端注入地层，首先将天然裂缝、孔洞堵住形成凝胶，便可阻止后续注入B剂进入地层造成伤害。A、B剂同时注入，在地层中A剂形成的凝胶可有效支撑裂缝、防止B剂聚团，为B剂相变形成有效支撑提供时间。A剂是一种可降解性冻胶体系，在施工完成后，随井底温度的恢复，A剂逐步降解，在裂缝中形成流通通道，B剂形成的固相支撑剂使裂缝具有有效的导流能力。

对相变体系B剂的性能要求是不能与体系A剂互溶，否则不能形成分散相，且B剂在地面状态下是一种液体，注入地层后在一定条件下转化成固相颗粒。

施工过程中，A剂和B剂可先在地面混合均匀后注入地层，也可以通过三通管线在井口混合注入。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

常规水力压裂是要向地层注入固相支撑剂，这会加大施工难度。为了消除携砂给压裂施工带来的难度，石油工作者发明了相变压裂工艺，即向地层注入纯液相相变压裂液，相变压裂液进入地层后在地层中发生物理化学作用由液相转变为固相实现支撑裂缝的作用。但相变压裂也存在施工风险，如果相变压裂液进入天然裂缝、孔洞中发生相变，便会对地层造成严重的伤害；如果在相变压裂液还没相变的情况下，非相变压裂液就完全滤失，相变后的压裂液难以形成有效的导流通道。本发明提供的一种两相温度响应相变压裂液，首先向地层注入能发生液-冻胶-液的可降解非相变液体，将天然裂缝、孔洞暂时堵住，便能有效阻止相变液体进入天然裂缝、孔洞中发生相变引起的伤害。发生液-冻胶-液变化的非相变液体在施工中保护相变液体顺利实现相变以及相变后能形成有效的导流通道。本发明是一种清洁、环保、安全的相变压裂液体系，能更有效地确保施工成功，具有广阔的市场应用前景。

具体实施方式

下面根据实施例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

实施例1

相变压裂液体系1，50％非相变体系A₁，50％相变体系B₁，地面单独配制，施工时，A₁与B₁在井筒1：1混合注入地层，A₁组成为10％成胶剂+2％调节剂，其余为水；B₁组成为70％单体+1.5％交联剂+1％分散剂，其余为水。

A₁具体的组成为：8％N-甲基-D-葡糖胺盐酸盐+2％羧甲基壳聚糖+0.5％NH₄Cl+1％甲醛+0.5％乙二胺，其余为水。

每100g A₁配制过程：量取88g水，然后不分先后搅拌缓慢加入8g N-甲基-D-葡糖胺盐酸盐，2g羧甲基壳聚糖，0.5g NH₄Cl，1g六次甲基四胺，0.5g乙二胺，直到搅拌均匀即配制完成。

B₁具体的组成为：30％苯乙烯+30％二乙烯苯+10％甲基丙烯酸甲酯+1％过氧化苯甲酰+0.5％乙二胺+0.5％聚乙烯醇+0.5％磷酸氢钙，其余为水。

每100g B₁配制过程：量取27.5g水，然后搅拌缓慢加入0.5g聚乙烯醇，0.5g磷酸氢钙，待完全分散后不分先后搅拌缓慢加入30g苯乙烯，30g二乙烯苯，10g甲基丙烯酸甲酯，1g过氧化苯甲酰，0.5g乙二胺，直到搅拌均匀即配制完成。

实施例2

相变压裂液体系2，55％非相变体系A₂，45％相变体系B₂，地面首先分别配制好A₂、B₂后，将A₂、B₂混合均匀后注入地层。A₂组成为15％成胶剂+3％调节剂，其余为水；B₂组成为60％单体+1.5％交联剂+1％分散剂，其余为水。

A₂具体的组成为：5％葡萄糖胺盐酸盐+5％N-甲基-D-葡糖胺盐酸盐+3％羧甲基壳聚糖+2％脱乙酰壳多糖+0.5％柠檬酸+1％乙酰胺+1％戌二醛+0.5％磷酸三甲酯，其余为水。

每100g A₂配制过程：量取82g水，然后不分先后搅拌缓慢加入5g葡萄糖胺盐酸盐，5g N-甲基-D-葡糖胺盐酸盐，3g羧甲基壳聚糖，2g脱乙酰壳多糖，0.5g柠檬酸，1g乙酰胺，1g戌二醛，0.5g磷酸三甲酯，直到搅拌均匀即配制完成。

B₂具体的组成为：25％苯乙烯+25％二乙烯苯+5％丙烯酸甲酯+5％甲基丙烯酸甲酯+1％过氧化苯甲酰+0.5％1,2-环己二胺+0.5％羧甲基纤维素+0.5％磷酸氢钙，其余为水。

每100g B₂配制过程：量取37.5g水，然后搅拌缓慢加入0.5g羧甲基纤维素，0.5g磷酸氢钙，待完全分散后不分先后搅拌缓慢加入25g苯乙烯，25g二乙烯苯，5g丙烯酸甲酯，5g甲基丙烯酸甲酯，1g过氧化苯甲酰，0.5g1,2-环己二胺，直到搅拌均匀即配制完成。

将配制好的非相变体系A₂、相变体系B₂按55：45的比例混合均匀，即完成相变压裂液体系2的配制。

模拟压裂液体系的相变变化过程：分别将A₁、B₁、A₂、B₂,置于水浴锅缓慢加热，将实施例1中A₁、B₁通过三通管线注入恒温水浴玻璃平板裂缝中模拟压裂施工中压裂液的形态变化过程。将实施例2中已混合均匀的A₂、B₂注入恒温水浴玻璃平板裂缝中模拟压裂施工中压裂液的形态变化过程。结果见表1。

表1实施例中相变效果记录

Claims (5)

1.一种两相温度响应相变压裂液体系，包括50-70重量%的非相变体系A以及30-50重量%的相变体系B；所述非相变体系A由以下组份按重量百分比组成：成胶剂1-35%，调节剂0.1-3%，其余为水；所述相变体系B为超分子化合物或合成高分子化合物。

2.如权利要求1所述的一种两相温度响应相变压裂液体系，其特征在于，所述成胶剂为葡萄糖胺盐酸盐、N-甲基-D-葡糖胺盐酸盐、羧甲基壳聚糖、脱乙酰壳多糖、壳聚糖磷酸酯或其混合物；所述调节剂为乙酸、柠檬酸、乳酸、酒石酸、苹果酸、富马酸、乙酰胺、乙二胺、1,2-环己二胺、NH₄Cl、甲醛、六次甲基四胺、聚甲醛、三聚甲醛、戌二醛、己二醛、肉桂醛、芫荽醛、香草醛、2-乙氧基-3,4-二氢吡喃、磷酸甲酯、磷酸三甲酯或其混合物。

3.如权利要求1所述的一种两相温度响应相变压裂液体系，其特征在于，所述超分子化合物由以下组份按重量百分比组成：超分子构筑单元10-40%，超分子功能单元0-40%，表面活性剂0.5-2%，无机盐0-5%，氧化剂0.5-2%，助溶剂0-2%，其余为溶剂；所述超分子构筑单元为三聚氰胺、三烯丙基异氰脲酸酯或其混合物；所述超分子功能单元为乙酸乙烯酯、丙烯腈或其混合物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温20、吐温40、十六烷基三甲基溴化铵其中一种或多种；所述无机盐为磷酸钠、氯化钙、氯化镁其中一种或多种；所述氧化剂为双氧水、过硫酸铵或重铬酸钠；所述助溶剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或其混合物；所述溶剂为甲苯、乙基苯、邻二甲苯、间二甲苯或对二甲苯。

4.如权利要求1所述的一种两相温度响应相变压裂液体系，其特征在于，所述合成高分子化合物由以下组份按重量百分比组成：单体20-80%，交联剂0.5-2%，分散剂0.5-2%，其余为水；所述单体为苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯或其混合物；所述交联剂为过氧化苯甲酰、乙酰胺、乙二胺、1,2-环己二胺或其混合物；所述分散剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素、磷酸氢钙或其混合物。

5.如权利要求1、2、3或4所述的一种两相温度响应相变压裂液体系，其特征在于，非相变体系A和相变体系B在地面混合均匀后注入地层或通过三通管线在井口混合注入。