CN115057753B - 一种低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药及其应用，涉及低渗油田开采技术领域。按质量份数计，原料包括主体正氧平衡炸药、客体调节剂和隔离微囊；按质量份数计，所述主体正氧平衡炸药的原料包括：硝酸一甲胺、硝酸铵、硝酸钠、水、瓜尔胶、亚硝酸钠、低爆速耐高温调节剂和表面活性剂；按质量份数计，所述客体调节剂的原料包括：还原剂和密度调节剂；按质量份数计，所述隔离微囊的原料包括：多孔空心微珠、堵孔剂和抗压微胶囊；所述客体调节剂存在于所述隔离微囊的多孔空心微珠中。本发明采用隔离微囊将主体正氧平衡炸药与客体调节剂分隔开，提高了主体正氧平衡炸药的稳定性与相容性。
Description
技术领域
本发明涉及低渗油田开采技术领域，特别是涉及一种低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药及其应用。
背景技术
当前低渗油田采用的增产技术主要有水力压裂技术、高能气体压裂、热化学采油和爆炸法激励油气层等技术。相较于水力压裂等准静态压裂开采技术，爆炸法开采可以克服地应力造成的单一裂缝延伸的问题，但是爆炸法激励油气层存在能量释放过大易造成“应力笼”效应等缺陷，在井筒内的爆炸也极易造成井筒和套管的损坏。采用层内爆炸法使用薄层炸药避免了密实圈的产生，而且炸药爆炸的能量直接作用于含油岩层，其效果优于高能气体压裂的同时，也避免了在井筒内爆炸造成井筒破坏的情况。
深部油层处于高温状态，高温下的炸药由于热稳定性等原因容易引起自燃、自爆等危害。同时炸药过高的爆速极易造成岩石过度破坏进而造成压实圈的产生。传统炸药由于配方设计大多处于微负氧平衡状态，对于低渗油层难以就地取材利用缝内原油相互反应进行原位燃爆压裂，这对于节约燃爆药品的投放以及压裂成本具有非常重要的影响。目前现有的技术中，普通工业炸药配方热安定性较差，难以适应高温地层作业，过高的爆速也难以适应层内爆炸开采。因此，普通工业爆破用炸药已经无法满足在低渗油田实施层内爆炸的应用。
发明内容
基于上述内容，本发明提供一种低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药及其应用，利用正氧平衡炸药与原油进行原位反应产生大量高温、高压气体以达到产生多条裂缝的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明技术方案之一，一种低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药，按质量份数计，原料包括主体正氧平衡炸药83.6-140份、客体调节剂3.5-7份和隔离微囊31-50份；
按质量份数计，所述主体正氧平衡炸药的原料包括：硝酸一甲胺1-5份、硝酸铵50-64份、硝酸钠1-9份、水10-20份、瓜尔胶0.5-1.5份、亚硝酸钠0.1-0.5份、低爆速耐高温调节剂1-5份和表面活性剂20-35份；
按质量份数计，所述客体调节剂的原料包括：还原剂2-5份和密度调节剂1.5-2份；
按质量份数计，所述隔离微囊的原料包括：多孔空心微珠15-25份、堵孔剂8-15份和抗压微胶囊壁材8-10份；
所述客体调节剂存在于所述隔离微囊的多孔空心微珠中。
隔离微囊将主体正氧平衡炸药与客体调节剂分隔开，为了减小炸药泵送过程造成的多孔空心微珠过度破碎，采用抗压微胶囊包覆减小其破碎程度。
利用微胶囊包覆技术，用疏水性纳米二氧化硅制成的微胶囊将多孔空心微珠再包覆起来，从而制备出上述的隔离微囊，微胶囊包覆技术处理属于本领域常规技术手段，不属于本发明专利保护范围，此处不再赘述。
将所述客体调节剂置于所述隔离微囊的多孔空心微珠中的方法为：将所述客体调节剂的还原剂和密度调节剂与多孔空心微珠一起放入高压反应釜内，在高压环境0.5-1Mpa、1000-2000rpm的转速下充分搅拌1-2h，使得多孔空心微珠的内腔被客体调节剂填充，将含有还原剂、密度调节剂填充的多孔空心微珠加入到堵孔剂中，搅拌5min-10min，过滤、干燥后堵孔剂将多孔空心微珠上的微孔堵住。之后，利用微胶囊包覆技术，用疏水性纳米二氧化硅制成的抗压微胶囊将堵孔后的多孔空心微珠再包覆起来，得到上述的隔离微囊。
进一步地，所述低爆速耐高温调节剂为硫酸钠、硫酸氢钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、碳酸氢钠、碳酸钠、草酸钙、草酸钠、碳酸钙和氯化钠中的一种或几种；
低爆速耐高温调节剂为性质稳定,炸药起爆后在高温情况下开始熔化、分解、吸热的物质。
所述表面活性剂为聚氧乙烯类、烷醇酰胺类或氧化胺类表面活性剂。
表面活性剂属于化学驱油中常用的一种驱油活性剂，针对的是油田开采中油层孔隙中的油，表面活性剂的活化性能能够大幅度降低地层中油水两相的界面张力，提高助爆物质正氧平衡炸药注入过程中的波及效率和助爆物质正氧平衡炸药和原油的油混效率。
进一步地，所述还原剂为可燃性醇类；所述密度调节剂为酸性溶液。
进一步地，所述可燃性醇类为甘油和/或乙醇；所述酸性溶液为柠檬酸和/或醋酸。
进一步地，所述多孔空心微珠通过对漂珠进行穿孔处理得到；所述堵孔剂为明胶粉、琼脂或海藻酸钠制成的胶状溶液。
漂珠穿孔处理为本领域常规技术手段，不属于本发明专利保护范围，此处不再赘述。
本发明技术方案之二，上述的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药的制备方法，包括以下步骤：将主体正氧平衡炸药与内部填充有客体调节剂的隔离微囊混匀，即得到所述的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药。
本发明技术方案之三，上述的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药在低渗油田原位燃爆压裂中的应用。
进一步地，所述应用包括以下步骤：
步骤1，将低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药泵送进入地层，壁面上的原油与所述低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药混合剪切，得到混合炸药；
步骤2，向开采竖直井筒内压入传爆药，使得传爆药与地层内的混合炸药相连接，点火，井筒内的燃爆传递至层内，层内混合炸药立刻燃爆释放大量高温、高压气体进而压裂储层。
本发明公开了以下技术效果：
本发明采用隔离微囊将主体正氧平衡炸药与客体调节剂分隔开，提高了主体正氧平衡炸药的稳定性与相容性，同时使得主体正氧平衡炸药的溶液pH接近中性，防止主体正氧平衡炸药（溶液）对套管造成腐蚀。
本发明制备的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药（简称：炸药）注入到页岩地层中时，炸药受到岩石缝隙的挤压，壁面上的原油受到狭缝内的主体正氧平衡炸药中的表面活性剂的作用开始与壁面油水分离进而一同与炸药混合剪切，在地层流动剪切作用下炸药内部隔离微囊受到岩石缝隙的挤压、破裂，释放出包覆的还原剂、密度调节剂，进而改善地层孔道中炸药氧平衡、密度、爆速、粘度、耐热性等物化参数。
本发明提供的炸药具有热安定性较好、流动性好，爆速低、耐高温、易于和原油反应的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明隔离微珠的原理示意图，其中，1为多孔空心微珠的内腔，2为客体调节剂，3为堵孔剂，4为抗压微胶囊。
图2为本发明层内爆炸压裂的施工方法示意图，其中，5为点火装置，6为地层，7为岩石缝隙，8为原油，9为低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药中的隔离微囊，10为传爆药，11为竖直井筒。
图3为实施例1步骤2所制备的隔离微囊的SEM图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
考虑机油容易获取且性能稳定，物理性质与原油性质相似，为了检验自主设计的炸药性能，采用机油代替原油进行爆炸试验。因此为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进一步详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
实施例1
步骤1，称取硝酸铵640g、硝酸一甲胺10g、硝酸钠90g、水200g、瓜尔胶10g、亚硝酸钠5g、硫酸钠30g和乳化剂 EL-90（表面活性剂）350g混合均匀得到主体正氧平衡炸药。
步骤2，将150g多孔空心微珠与40g甘油、20g密度调节剂一起加入高压反应釜，反应压力控制在0.5Mpa，转速控制在1000rpm，搅拌1 h后，过滤、晾干，使多孔空心微珠的内腔1被客体调节剂（甘油+醋酸）2部分填充，得到含有客体调节剂的多孔空心微珠。将100g明胶粉制备成质量浓度为1.05g/cm3的明胶溶液（堵孔剂）3，将堵孔剂3与含有客体调节剂的多孔空心微珠混合，搅拌8min后过滤、干燥，再利用微胶囊包覆技术，用100g疏水性纳米二氧化硅制成的抗压微胶囊4将空心漂珠进行再包覆处理，得到内含客体调节剂的毫米尺度的隔离微囊（见图3，平均直径0.1-2mm）。
步骤3，将步骤1制得的主体正氧平衡炸药与步骤2制得的内含客体调节剂的隔离微囊一起在反应釜内搅拌，混合均匀，得到低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药（炸药）。
步骤4，将步骤3制得的炸药泵送进入地层6，壁面上的原油8受到狭缝内的表面活性剂的作用开始与壁面油水分离进而一同与炸药混合剪切，炸药内部隔离微囊9受到岩石缝隙7的挤压破裂，释放出客体调节剂2（进而改善炸药的密度、粘度和威力），得到混合炸药。
步骤5，向页岩油开采竖直井筒11内压入传爆药10，使得传爆药与地层内的混合炸药相连接，通过点火装置5进行点火，井筒内的燃爆传递至层内，层内混合炸药立刻燃爆释放大量高温、高压气体进而压裂储层。此处传爆药为一般层内压裂技术用药，目的是为了引燃地层内的炸药，不属于本发明专利范围，此处不再赘述，以下实施例均相同。
实施例2
步骤1，称取硝酸铵580g、硝酸一甲胺50g、硝酸钠90g、水200g、瓜尔胶10g、亚硝酸钠5g、硫酸氢钠40g和乳化剂EL-90（表面活性剂）300g混合均匀得到主体正氧平衡炸药。
步骤2，将100g多孔空心微珠和20g甘油、15g柠檬酸一起加入高压反应釜，反应压力控制在0.5Mpa，转速控制在1500rpm，搅拌1.5h后，过滤、晾干，使多孔空心微珠的内腔1被客体调节剂（甘油+柠檬酸）2部分填充，得到含有客体调节剂的多孔空心微珠。将120g琼脂制备成质量浓度为1.2g/cm3的琼脂胶状溶液（堵孔剂）3，将堵孔剂3与含有客体调节剂的多孔空心微珠混合，搅拌8min后过滤、干燥，再利用微胶囊包覆技术，用80g疏水性纳米二氧化硅制成的抗压微胶囊4将空心漂珠进行再包覆处理，得到内含客体调节剂的隔离微囊。
步骤3，将步骤1制备的主体正氧平衡炸药与步骤2制备的内含客体调节剂的隔离微囊一起在反应釜内搅拌，混合均匀，得到低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药（炸药）。
步骤4，将步骤3制得的炸药泵送进入地层6，壁面上的原油8受到狭缝内的表面活性剂的作用开始与壁面油水分离进而一同与炸药混合剪切，炸药内部隔离微囊9受到岩石缝隙7的挤压破裂，释放出客体调节剂2（进而改善炸药密度，提高炸药耐热性，狭缝内的混合炸药粘度也适当增加），得到混合炸药。
步骤5，向页岩油开采竖直井筒11内压入传爆药10，使得传爆药与地层内的混合炸药相连接，通过点火装置5进行点火，井筒内的燃爆传递至层内，层内混合炸药立刻燃爆释放大量高温、高压气体进而压裂储层。
实施例3
步骤1，称取硝酸铵700g、硝酸一甲胺50g、硝酸钠40g、水130g、瓜尔胶10g、亚硝酸钠2g、碳酸氢钠40g、乳化剂EL-90（表面活性剂）350g混合均匀得到主体正氧平衡炸药。
步骤2，将80g多孔空心微珠和23g甘油、15g柠檬酸一起加入高压反应釜，反应压力控制在0.5Mpa，转速控制在1500rpm，搅拌1.5h后，过滤、晾干，使多孔空心微珠的内腔1被客体调节剂（甘油+柠檬酸）2部分填充，得到含有客体调节剂的多孔空心微珠。将100g海藻酸钠制备成质量浓度为1.35g/cm3的胶状溶液（堵孔剂）3，将堵孔剂3与含有客体调节剂的多孔空心微珠混合，搅拌8min后过滤、干燥，再利用微胶囊包覆技术，用80g疏水性纳米二氧化硅制成的抗压微胶囊4将空心漂珠进行再包覆处理，得到内含客体调节剂的隔离微囊。
步骤3，将步骤1制备的主体正氧平衡炸药与步骤2制备的内含客体调节剂的隔离微囊一起在反应釜内搅拌，混合均匀，得到低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药（炸药）。
步骤4，将步骤3制得的炸药泵送进入地层6，壁面上的原油8受到狭缝内的表面活性剂的作用开始与壁面油水分离进而一同与炸药混合剪切，炸药内部微囊9受到岩石缝7隙的挤压破裂，释放出包覆的客体调节剂2（进而改善炸药密度，提高炸药耐热性，狭缝内的混合炸药粘度也适当增加），得到混合炸药。
步骤5，向页岩油开采竖直井筒11内压入传爆药10，使得传爆药与地层内的混合炸药相连接，通过点火装置5进行点火，井筒内的燃爆传递至层内，层内混合炸药立刻燃爆释放大量高温、高压气体进而压裂储层。
本发明实施例1-3步骤3制备的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药（炸药）的炸药基本理化性质参数如表1所示。
表1
实施例1制备的炸药高能起爆作用后产生的致裂效果：
通过混凝土相似材料进行爆炸试验，水泥靶的制作按照《SY/5891.1-1999》油气井射孔检测用混凝土靶制作规范实施，1kg炸药产生靶面裂缝两条，第一条裂缝长度小于0.5m,第二条不明显，采用4.5kg的炸药产生的威力较大，靶面裂缝4条，其中三条裂缝长度大于1.5m，一条小于1m。
本发明制备的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药（炸药），因其流动性好(室温下150-180mPa.s，其中，实施例1：155mPa.s，实施例2：165 mPa.s，实施例3：175 mPa.s )，能够有效进入井筒和岩石体结构狭缝中，根据现场实验通过高能起爆作用后产生的冲击波能够有效提高破岩能力，对岩体产生有效裂隙。
本发明通过多次液体炸药燃爆产生的高温高压气体（800℃以上高温、百兆帕以上高压），形成脉冲加载并控制压力上升速度，在井筒附近压开多方位的裂缝，沟通天然裂缝，从而达到增产增注。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药，其特征在于，按质量份数计，原料包括主体正氧平衡炸药83.6-140份、客体调节剂3.5-7份和隔离微囊31-50份；
按质量份数计，所述主体正氧平衡炸药的原料包括：硝酸一甲胺1-5份、硝酸铵50-64份、硝酸钠1-9份、水10-20份、瓜尔胶0.5-1.5份、亚硝酸钠0.1-0.5份、低爆速耐高温调节剂1-5份和表面活性剂20-35份；
按质量份数计，所述客体调节剂的原料包括：还原剂2-5份和密度调节剂1.5-2份；
按质量份数计，所述隔离微囊的原料包括：多孔空心微珠15-25份、堵孔剂8-15份和抗压微胶囊壁材8-10份；
所述客体调节剂存在于所述隔离微囊的多孔空心微珠中；
所述低爆速耐高温调节剂为硫酸钠、硫酸氢钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、碳酸氢钠、碳酸钠、草酸钙、草酸钠、碳酸钙和氯化钠中的一种或几种；
所述表面活性剂为聚氧乙烯类、烷醇酰胺类或氧化胺类表面活性剂；
所述还原剂为可燃性醇类；所述密度调节剂为酸性溶液；
所述可燃性醇类为甘油和/或乙醇；所述酸性溶液为柠檬酸和/或醋酸；
所述多孔空心微珠通过对漂珠进行穿孔处理得到；所述堵孔剂为明胶粉、琼脂或海藻酸钠制成的胶状溶液。
2.一种权利要求1所述的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将主体正氧平衡炸药与内部填充有客体调节剂的隔离微囊混匀，即得到所述的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药。
3.如权利要求1所述的低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药在低渗油田原位燃爆压裂中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：
步骤1，将低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药泵送进入地层，壁面上的原油与所述低渗油田原位燃爆压裂用液体炸药混合剪切，得到混合炸药；
步骤2，向开采竖直井筒内压入传爆药，使得传爆药与地层内的混合炸药相连接，点火，井筒内的燃爆传递至层内，层内混合炸药燃爆释放高温、高压气体进而压裂储层。
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