CN113355077A - 适用于页岩油开采的工作液体系及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于页岩油开采的工作液体系以及其应用，属于油气开采技术领域，该工作液体系由两部分组成；第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，阳离子粘弹性表面活性剂中碳链的碳原子数为10～25；本发明采用碳链的碳原子数为10～25的阳离子粘弹性表面活性剂为小分子化合物，具有遇到油或者大量地层水稀释时会自动破胶且破胶彻底，不会产生残渣；阳离子聚丙烯酰胺类化合物配制得到的滑溜水粘度低，更容易产生复杂的裂缝网络并且有利于施工结束后返排。

Description

适用于页岩油开采的工作液体系及其应用
技术领域
本发明属于油气开采技术领域，具体涉及适用于页岩油开采的工作液体系以及该工作液体系的应用。
背景技术
随着全球常规油气资源的逐步消耗、枯竭和经济、社会发展对能源需求量的日益变大，油气的供需矛盾愈发严重，油气行业的勘探开发者开始将目光放到非常规资源上，因此，非常规资源越来越受到人们的关注与重视。页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源，是一种重要的非常规油气资源，是一种潜在的传统石油资源替代品，页岩油包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油，也包括泥页岩层系中的致密碳酸岩或碎屑岩邻层和夹层中的石油资源。通常有效的开发方式为水平井和分段压裂技术，在固体矿产领域页岩油是一种人造石油，是由页岩干馏时有机质受热分解生成的一种褐色、有特殊刺激气味的粘稠状液体产物。中国陆相盆地含有庞大的页岩油资源潜能，预计可采资源量达(30～60)×108吨。最新的勘探开发结果表明，我国已在多个地区打出了工业油流井，表明页岩油的开采具有巨大的潜力；然而由于泥页岩储层独特的物理特性，如其极低的孔隙度和渗透率，导致了页岩油在致密储层中的流动困难，泥页岩储层容易受到外来工作液体的伤害，从而使得页岩油普遍存在单井产量低且产量递减快，难以形成工业规模的问题；相较于页岩油开采的高成本，目前的产量还远远达不到具备经济效益的标准，因此页岩油的开采依赖于有效的人工压裂造缝技术，改善页岩油储层物理特性以促进页岩油的流动。
由于页岩油压裂施工规模大，需要使用大量的低摩擦阻力、容易沟通天然裂缝的滑溜水作为工作液，这种工作液粘度低，更容易产生复杂的裂缝网络，而且其粘度较低，施工结束后易于返排，是一种清洁压裂技术，然而该仅仅以滑溜水作为工作液的人工压裂造缝技术中所使用的滑溜水存在以下缺点：携砂能力差，支撑剂输送困难，砂比过高容易造成砂堵，而砂比过低又会使裂缝内铺砂浓度低、裂缝导流能力小，又会影响压裂效果，因此通过滑溜水和携砂液配合的工作模式，即先注入滑溜水将地层裂缝连接起来，再注入具有较强携砂能力的携砂液，将支撑剂运至裂缝，提升裂缝导流能力。
然而目前使用的携砂液多为高分子聚合物，在压裂结束时，携砂液容易出现破胶不彻底的问题，采出的页岩油中含有大量凝胶状物质，导致油水分离困难，影响施工效果。
发明内容
针对目前使用的携砂液多为高分子聚合物，在压裂结束时，携砂液容易出现破胶不彻底的问题，采出的页岩油中含有大量凝胶状物质，导致油水分离困难，影响施工效果的问题，本发明提供一种适用于页岩油开采的工作液体系。
本发明的技术方案为：一种适用于页岩油开采的工作液体系，该工作液体系由两部分组成；
第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；
第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，阳离子粘弹性表面活性剂中碳链的碳原子数为10～25。
进一步限定，所述阳离子粘弹性表面活性剂中的阳离子为含氮的阳离子基团。
进一步限定，所述滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.05％～0.10％。
进一步限定，所述携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.6％～1.0％。
进一步限定，所述阳离子聚丙烯酰胺的粘均分子量为5×106～20×106。
进一步限定，所述滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.08％。
进一步限定，所述携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.8％。
进一步限定，所述配液介质为清水或含有可溶性无机盐的水溶液。
本发明的有益效果为：碳链中碳原子数为10～25的阳离子粘弹性表面活性剂为小分子化合物，具有遇到油或者大量地层水稀释时会自动破胶，且破胶彻底，不会产生残渣，不会影响开采出来的油的品质且有利于施工过程的顺利进行；选用阳离子聚丙烯酰胺，不会与阳离子粘弹性表面活性剂发生反应，不会影响阳离子粘弹性表面活性剂的性能发挥，并且用阳离子聚丙烯酰胺配制得到的滑溜水粘度低，更容易产生复杂的裂缝网络并且有利于施工结束后返排。
由于现场施工过程中可能没有清水或水源缺乏，所以使用前面施工后返排出来的返排液配制滑溜水，而返排液往往具有可溶性无机盐，矿化度较高，所以要求使用的阳离子聚丙烯酰胺具有可以在含有可溶性无机盐的水溶液中配制使用。
本发明还公开了一种适用于页岩油开采的工作液体系在页岩油开采中的应用，其中，滑溜水和携砂液采用交替注入的方式，采用交替注入的方式。
附图说明
图1是滑溜水的减阻性能图；
图2是阳离子粘弹性表面活性剂的抗温抗剪切性能图；
图3是阳离子粘弹性表面活性剂的粘弹性性能图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的实施例进行详细、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为了解决现有的携砂液多为高分子聚合物，在压裂结束时，携砂液容易出现破胶不彻底的问题，采出的原油中含有大量凝胶状物质，导致油水分离困难，影响施工效果的问题，提供一种适用于页岩油开采的工作液体系，该工作液体系由两部分组成；第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，阳离子粘弹性表面活性剂中碳链的碳原子数为10～25，碳原子数为10～25的阳离子粘弹性表面活性剂为小分子化合物，遇到油或者大量地层水稀释时会自动破胶，且破胶彻底，不会产生残渣；由于选用了阳离子粘弹性表面活性剂，与阴离子型的聚丙烯酰胺类减阻剂同时使用时会产生絮凝、不配伍，因此需要选择阳离子型聚丙烯酰胺类的减阻剂。
其中，阳离子聚丙烯酰胺的粘均分子量为5×106～20×106，阳离子粘弹性表面活性剂中的阳离子不仅仅限于含氮的阳离子基团；滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.05％～0.10％，携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.6％～1.0％。
其中，阳离子聚丙烯酰胺是以丙烯酰胺为主剂与阳离子型单体通过聚合反应得到阳离子聚丙烯酰胺，阳离子型单体可以为二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵中的一种或几种，但不仅仅限于以上三种；阳离子聚丙烯酰胺也可以市面上能够直接购买得到的；
其中，阳离子型粘弹性表面活性剂可以是：二亚甲基-1，2-双(十二烷基二甲基溴化铵)、二亚甲基-1，2-双(十四烷基二甲基溴化铵)、4－氨基－3，5－二羟甲基－1，2－双十六烷基溴化铵中的一种或几种的混合物，但不仅仅限于以上三种，阳离子粘弹性表面活性剂也可以市面上能够直接购买得到的；
使用上述工作液体系来开采页岩油的方法为：使用滑溜水加携砂液的工作模式，先注入滑溜水将地层裂缝连接起来，再注入具有较强携砂能力的携砂液，将支撑剂运至裂缝，提升裂缝导流能力。
由于滑溜水的粘度低，更容易产生复杂的裂缝网络，而且其粘度较低，施工结束后易于返排。
实施例1
一种适用于页岩油开采的工作液体系，该工作液体系由两部分组成；
第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；阳离子聚丙烯酰胺由二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺发生聚合反应得到；
第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，阳离子粘弹性表面活性剂为4－氨基－3，5－二羟甲基－1，2－双十六烷基溴化铵；
滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.05％；携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.6％；配液介质为清水。
实施例2
一种适用于页岩油开采的工作液体系，该工作液体系由两部分组成；
第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；阳离子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵通过聚合反应得到；
第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，阳离子粘弹性表面活性剂为二亚甲基-1，2-双(十二烷基二甲基溴化铵)；
滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.05％；携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.6％；配液介质为含有可溶性无机盐的水溶液。
实施例3
一种适用于页岩油开采的工作液体系，该工作液体系由两部分组成；
第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；阳离子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺与十六烷基二甲基烯丙基氯化铵通过聚合反应得到；
第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，二亚甲基-1，2-双(十四烷基二甲基溴化铵)；
滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.08％；携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.8％；配液介质为含有可溶性无机盐的水溶液。
实施例4
一种适用于页岩油开采的工作液体系，该工作液体系由两部分组成；
第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；阳离子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺与十六烷基二甲基烯丙基氯化铵通过聚合反应得到；
第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，二亚甲基-1，2-双(十四烷基二甲基溴化铵)；
滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.10％；携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为1.0％；配液介质为含有可溶性无机盐的水溶液。
实施例5
一种适用于页岩油开采的工作液体系，该工作液体系由两部分组成；
第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；阳离子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺与十六烷基二甲基烯丙基氯化铵通过聚合反应得到；
第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，二亚甲基-1，2-双(十四烷基二甲基溴化铵)；
滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.05％；携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.6％；配液介质为含有可溶性无机盐的水溶液。
实施例6
一种适用于页岩油开采的工作液体系，该工作液体系由两部分组成；
第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；阳离子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺与十六烷基二甲基烯丙基氯化铵通过聚合反应得到；
第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，二亚甲基-1，2-双(十四烷基二甲基溴化铵)；
滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.08％；携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.8％；配液介质为含有可溶性无机盐的水溶液。
实施例7
一种基于适用于页岩油开采的工作液体系的及其应用，使用滑溜水加携砂液的工作模式，先注入滑溜水将地层裂缝连接起来，再注入具有较强携砂能力的携砂液，将支撑剂运至裂缝，提升裂缝导流能力。
对实施例4-6中的滑溜水分别进行减阻性能和表观粘度的测定，结果如图1和表1所示；
由图1可知，将阳离子聚丙烯酰胺加入水中配制成其质量分数分别为0.05％、0.08％以及0.10％的滑溜水。在阳离子聚丙烯酰胺加入水中的50秒左右，滑溜水的减阻能力达到最大值，说明阳离子聚丙烯酰胺在50秒左右可完全溶解于水中，具有良好的溶解性；同时，随着阳离子聚丙烯酰胺的加量增大，得到的滑溜水的减阻性能增强，说明该阳离子聚丙烯酰胺具有良好的减阻性能。
表1.含有不同质量百分数的阳离子聚丙烯酰胺的滑溜水的粘度
Figure BDA0003100039830000081
由表1可知，随着阳离子聚丙烯酰胺的加量增大，得到的滑溜水的粘度增大；同时，在3种滑溜水的粘度均小于5mPa·s，说明得到的滑溜水粘度较低，易于返排。
对实施例4-6中的阳离子粘弹性表面活性剂进行抗温抗剪切能力和对实施例6中的携砂液进行粘弹性测定，测定频率为0.01到10Hz，G′代表的是弹性模量，G″代表的是粘性模量，结果如图2和图3所示；
抗温抗剪切能力测试条件为温度60℃，剪切速率为170s-1，剪切时间为90min；
由图2可知，剪切的过程中，随着温度的升高，3种携砂液的粘度呈现出下降的趋势，且浓度越高的携砂液的粘度越高；当温度达到60℃以后，3种携砂液的粘度在小范围内波动，粘度相对比较稳定；当阳离子粘弹性表面活性剂的加量为0.6％时，携砂液最终粘度可以达到12mPa·s；当阳离子粘弹性表面活性剂的加量为0.8％时，携砂液最终粘度可以达到20mPa·s；当阳离子粘弹性表面活性剂的加量为1.0％时，携砂液最终粘度可以达到28mPa·s；说明该阳离子粘弹性表面活性剂具有良好的抗温抗剪切能力。
由图3可知，在测试频率较小时，该携砂液的粘性模量大于弹性模量，为粘性流体；在测试频率大于0.1Hz时，该携砂液的弹性模量大于粘性模量，为弹性流体，说明该携砂液具有良好的粘弹性。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于页岩油开采的工作液体系，其特征在于，该工作液体系由两部分组成；
第一部分为滑溜水，滑溜水由阳离子聚丙烯酰胺和配液介质组成；
第二部分为携砂液，携砂液由阳离子粘弹性表面活性剂和配液介质组成，阳离子粘弹性表面活性剂中碳链的碳原子数为10～25。
2.根据权利要求1所述的工作液体系，其特征在于，所述阳离子粘弹性表面活性剂中的阳离子为含氮的阳离子基团。
3.根据权利要求1所述的工作液体系，其特征在于，所述滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.05％～0.10％。
4.根据权利要求1或2所述的工作液体系，其特征在于，所述携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.6％～1.0％。
5.根据权利要求1或3所述的工作液体系，其特征在于，所述阳离子聚丙烯酰胺的粘均分子量为5×106～20×106。
6.根据权利要求3所述的工作液体系，其特征在于，所述滑溜水中阳离子聚丙烯酰胺的质量分数为0.08％。
7.根据权利要求4所述的工作液体系，其特征在于，所述携砂液中阳离子粘弹性表面活性剂的质量分数为0.8％。
8.根据权利要求4所述的工作液体系，其特征在于，所述配液介质为清水或含有可溶性无机盐的水溶液。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的工作液体系在页岩油开采中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述滑溜水和携砂液采用交替注入的方式。
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