CN115746820A - 一种耐高温二氧化碳泡沫压裂液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温二氧化碳泡沫压裂液及其制备方法和应用，属于压裂液技术领域，以二氧化碳为气相，以基液为液相配制而成，泡沫的体积分数为40～80％；制备基液的原料包括：稠化剂0.1～0.5％、起泡剂0.01～0.5％、稳泡剂0.02～0.05％、交联剂0.1～0.8％、高温稳定剂0.01～0.2％和余量的水。本发明加入稠化剂提高压裂液的粘度，加入交联剂与稠化剂形成交联结构，加入定优胶和/或威兰胶作为稳泡剂，其耐温性极强，提高压裂液的耐高温性能，加入高温稳定剂进一步提高压裂液的耐高温性能，控制各组分的组成和用量，使得压裂液在高温条件(160℃以上)下仍具有优异的使用效果。
Description
技术领域
本发明属于压裂液技术领域，具体涉及一种耐高温二氧化碳泡沫压裂液及其制备方法和应用。
背景技术
我国石油天然气资源的特点之一是低渗透、油气层分布广，通常采用压裂手段来提高低渗透油藏资源的开采量，传统水基压裂液在使用过程中存在环境、返排液处理以及常规压裂对水的大量需求等问题，从而在一定程度上限制了其发展。
泡沫压裂技术是针对低压、低渗油层压裂效果不好，水基压裂液对底层伤害较大、排液困难而研发的一项新的压裂工艺，该技术是在常规水基压裂液的基础上加入起泡剂、二氧化碳气体形成泡沫流体，得到以气体为内相，液体为外相的低伤害压裂体系，此体系相比常规水基压裂液具有粘度大、携砂能力强、返排快、对底层伤害小等优点，逐步得到人们的认可。但是现有泡沫压裂液的适用温度一般均较低(90℃以下)，制约了其在高温条件下的应用。
因此，亟需一种耐高温性能优异的泡沫压裂液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温二氧化碳泡沫压裂液及其制备方法和应用。本发明提供的二氧化碳泡沫压裂液在160℃仍具有优异的使用效果。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种耐高温二氧化碳泡沫压裂液，以二氧化碳为气相，以基液为液相配制而成；所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液中泡沫的体积分数为40～80％；制备所述基液的原料包括以下质量含量的组分：稠化剂0.1～0.5％、起泡剂0.01～0.5％、稳泡剂0.02～0.05％、交联剂0.1～0.8％、高温稳定剂0.01～0.2％和余量的水；所述稳泡剂包括定优胶和威兰胶中的一种或两种。
优选地，制备所述基液的原料包括以下质量含量的组分：稠化剂0.2～0.5％、起泡剂0.05～0.5％、稳泡剂0.02～0.05％、交联剂0.3～0.8％、高温稳定剂0.05～0.2％和余量的水。
优选地，所述稠化剂包括羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺。
优选地，所述羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺的质量比为(3～4)：(2～3)：(3～4)。
优选地，所述起泡剂包括非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和氟碳表面活性剂。
优选地，所述非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和氟碳表面活性剂的质量比为(25～50)：(10～15)：(20～30)：(0.5～2)。
优选地，所述交联剂包括有机锆交联剂、氧氯化锆和硫酸铬钾中的一种。
优选地，所述高温稳定剂包括硫代硫酸钠和抗血坏酸中的一种。
本发明提供了上述技术方案所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液的制备方法包括：
(1)将稠化剂、起泡剂、稳泡剂、交联剂、高温稳定剂和水混合进行交联反应，得到基液；
(2)向所述步骤(1)得到的基液中通入气体二氧化碳，得到耐高温二氧化碳泡沫压裂液。
本发明还提供了上述技术方案所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液或按照上述技术方案所述制备方法制备耐高温二氧化碳泡沫压裂液在油气田压裂中的应用。
本发明提供了一种耐高温二氧化碳泡沫压裂液，以二氧化碳为气相，以基液为液相配制而成；所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液中泡沫的体积分数为40～80％；制备所述基液的原料包括以下质量含量的组分：稠化剂0.1～0.5％、起泡剂0.01～0.5％、稳泡剂0.02～0.05％、交联剂0.1～0.8％、高温稳定剂0.01～0.2％和余量的水；所述稳泡剂包括定优胶和威兰胶中的一种或两种。本发明加入稠化剂提高压裂液的粘度，加入交联剂与稠化剂形成交联结构，使体系进一步增稠并提高体系耐高温性能，加入定优胶和/或威兰胶作为稳泡剂，其耐温性极强，在高温下粘度几乎不受影响，从而提高压裂液的耐高温性能，加入高温稳定剂进一步提高压裂液的耐高温性能，控制各组分的组成和用量，使得压裂液在高温条件下仍具有优异的使用效果。实施例的结果显示，本发明提供的耐高温二氧化碳泡沫压裂液在160℃以上仍具有优异的使用效果。
具体实施方式
本发明提供了一种耐高温二氧化碳泡沫压裂液，以二氧化碳为气相，以基液为液相配制而成；所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液中泡沫的体积分数为40～80％；制备所述基液的原料包括以下质量含量的组分：稠化剂0.1～0.5％、起泡剂0.01～0.5％、稳泡剂0.02～0.05％、交联剂0.1～0.8％、高温稳定剂0.01～0.2％和余量的水；所述稳泡剂包括定优胶和威兰胶中的一种或两种。
如无特殊说明，本发明对所述各原料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或常规制备方法制备的产品即可。
本发明提供的耐高温二氧化碳泡沫压裂液以基液为液相配制而成，制备所述基液的原料包括以下质量含量的组分：稠化剂0.1～0.5％、起泡剂0.01～0.5％、稳泡剂0.02～0.05％、交联剂0.1～0.8％、高温稳定剂0.01～0.2％和余量的水。
按质量含量计，制备所述基液的原料包括稠化剂0.1～0.5％，优选为0.2～0.5％，更优选为0.3～0.5％。在本发明中，所述稠化剂优选包括羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺；所述羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺的质量比优选为(3～4)：(2～3)：(3～4)，更优选为(3.5～4)：(2.5～3)：(3.5～4)。在本发明中，所述羟乙基淀粉是一种非离子型化合物，含有不易断裂和稳定性高的醚键，受环境条件的影响较小，由于羟乙基阻碍了淀粉分子间氢键，其胶结性较高，生成的泡沫液膜成膜性好；阿拉伯胶是一种天然植物胶，增稠能力强，易交联形成冻胶且性能稳定；聚丙烯酰胺具有良好的高温稳定性且增稠能力强，三者配合作用，提高压裂液的耐高温性能。本发明将增稠剂的配比和用量限定在上述范围内，能够进一步提高压裂液的耐高温性能。
按质量含量计，制备所述基液的原料包括起泡剂0.01～0.5％，优选为0.1～0.5％，更优选为0.2～0.5％。在本发明中，所述起泡剂优选包括非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和氟碳表面活性剂。在本发明中，所述非离子表面活性剂优选包括十二烷基二甲基氧化胺和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；所述两性离子表面活性剂包括椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱；所述阴离子表面活性剂包括α-烯基磺酸盐和椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠中的一种或多种。在本发明中，当所述非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂包括两种组分时，本发明对所述各组分的用量没有特殊的限定，以任意比例混合均可。在本发明中，所述非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和氟碳表面活性剂的质量比优选为(25～50)：(10～15)：(20～30)：(0.5～2)。在本发明中，所述阴离子表面活性剂在高温下有很好的起泡能力，提高压裂液的耐高温性能，所述两性离子表面活性剂具有良好的稳泡性能，所述氟碳表面活性剂能很大程度降低液体的表面张力，并与其他表面活性剂具有协同作用，在体系中产生更多的泡沫。本发明将起泡剂的组成和用量限定在上述范围内，能够提高压裂液的起泡性能并进一步提高压裂液的耐高温性能。
按质量含量计，制备所述基液的原料包括稳泡剂0.02～0.05％，优选为0.03～0.05％。在本发明中，所述稳泡剂包括定优胶和威兰胶中的一种或两种，更优选为定优胶。在本发明中，所述稳泡剂耐温性极强，在高温下粘度几乎不受影响，从而提高压裂液的耐高温性能。本发明将稳泡剂的组成和用量限定在上述范围内，能够进一步提高压裂液的耐高温性能。
按质量含量计，制备所述基液的原料包括交联剂0.1～0.8％，优选为0.2～0.8％，更优选为0.3～0.8％。在本发明中，所述交联剂优选包括有机锆交联剂、氧氯化锆和硫酸铬钾中的一种，更优选为有机锆交联剂。在本发明中，所述交联剂与稠化剂产生交联反应，使体系进一步增稠形成冻胶，并提高压裂液的耐高温性能。本发明将交联剂的种类和用量限定在上述范围内，能够进一步提高压裂液的耐高温性能。
按质量含量计，制备所述基液的原料包括高温稳定剂0.01～0.2％，优选为0.05～0.2％，更优选为0.1～0.2％。在本发明中，所述高温稳定剂优选包括硫代硫酸钠和抗血坏酸中的一种。在本发明中，所述高温稳定剂可以防止由压裂液体系中的溶解氧导致的冻胶快速降解，提高体系的抗剪切性能和耐高温性能。本发明将高温稳定剂的组成和用量限定在上述范围内，能够进一步提高压裂液的抗高温性能。
按质量含量计，制备本发明基液的原料包括余量的水。
本发明提供的耐高温二氧化碳泡沫压裂液以二氧化碳为气相配制而成。
在本发明中，所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液中泡沫的体积分数为40～80％，优选为45～75％。本发明将压裂液中泡沫的体积分数限定在上述范围内，能够使得压裂液具有较多的泡沫，进一步提高压裂液的使用效果。
本发明加入稠化剂提高压裂液的粘度，加入交联剂与稠化剂形成交联结构，使体系进一步增稠并提高体系耐高温性能，加入定优胶和/或威兰胶作为稳泡剂，其耐温性极强，在高温下粘度几乎不受影响，从而提高压裂液的耐高温性能，加入高温稳定剂进一步提高压裂液的耐高温性能，控制各组分的组成和用量，使得压裂液在高温条件下仍具有优异的使用效果。
本发明还提供了上述技术方案所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液的制备方法，包括：
(1)将稠化剂、起泡剂、稳泡剂、交联剂、高温稳定剂和水混合进行交联反应，得到基液；
(2)向所述步骤(1)得到的基液中通入气体二氧化碳，得到耐高温二氧化碳泡沫压裂液。
本发明将稠化剂、起泡剂、稳泡剂、交联剂、高温稳定剂和水混合进行交联反应，得到基液。
在本发明中，所述稠化剂、起泡剂、稳泡剂、交联剂、高温稳定剂和水的混合优选为：首先将稠化剂、起泡剂、稳泡剂、高温稳定剂和水混合，最后再加入交联剂。
在本发明中，所述交联反应的温度优选为20～40℃，更优选为25～40℃；所述交联反应的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h。本发明将交联反应的温度和时间限定在上述范围内，能够使得稠化剂和交联剂充分反应，提高体系粘度，进一步提高压裂液的耐高温性能。
得到基液后，本发明向所述基液中通入气体二氧化碳，得到耐高温二氧化碳泡沫压裂液。
本发明对所述二氧化碳的用量没有特殊的限定，保证压裂液中泡沫体积在所述范围内即可。
本发明还提供了上述技术方案所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液或按照上述技术方案所述制备方法制备耐高温二氧化碳泡沫压裂液在油气田压裂中的应用。
本发明对所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液在油气田压裂中的应用的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的耐高温二氧化碳泡沫压裂液在油气田压裂中的应用的技术方案即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例1
本实施例耐高温二氧化碳泡沫压裂液，以二氧化碳为气相，以基液为液相配制而成，所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液中泡沫的体积分数为60％；制备所述基液的原料由以下质量含量的组分组成：稠化剂0.2％(质量比为4:3:4的羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺)、起泡剂0.1％(质量比为30:15:22:1的壬基酚聚氧乙烯醚、椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、α-烯基磺酸钠和氟碳表面活性剂)、稳泡剂定优胶0.03％、有机锆交联剂0.2％、高温稳定剂硫代硫酸钠0.05％和余量的水；
制备方法为：
(1)向水中加入稠化剂、起泡剂、稳泡剂和高温稳定剂混合均匀，然后加入交联剂在25℃进行交联反应2h，得到基液；
(2)向步骤(1)得到的基液中通入气体二氧化碳，得到耐高温二氧化碳泡沫压裂液。
实施例2
本实施例耐高温二氧化碳泡沫压裂液，二氧化碳为气相，以基液为液相配制而成，所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液中泡沫的体积分数为60％；制备所述基液的原料由以下质量含量的组分组成：稠化剂0.3％(质量比为4:3:4的羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺)、起泡剂0.3％(质量比为30:15:22:1的壬基酚聚氧乙烯醚、椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、α-烯基磺酸钠和氟碳表面活性剂)、稳泡剂定优胶0.03％、有机锆交联剂0.4％、高温稳定剂硫代硫酸钠0.1％和余量的水；
制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例耐高温二氧化碳泡沫压裂液，二氧化碳为气相，以基液为液相配制而成，所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液中泡沫的体积分数为60％；制备所述基液的原料由以下质量含量的组分组成：稠化剂0.5％(质量比为4:3:4的羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺)、起泡剂0.3％(质量比为30:15:22:1的壬基酚聚氧乙烯醚、椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、α-烯基磺酸钠和氟碳表面活性剂)、稳泡剂定优胶0.05％、有机锆交联剂0.6％、高温稳定剂硫代硫酸钠0.15％和余量的水；
制备方法同实施例1。
测试实施例1～3压裂液的耐高温性能，在160℃、170S-1条件下剪切120min后，压裂液的粘度依然均能够保持在120mPa·s，具有优异的耐高温性能。
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 (10)
1.一种耐高温二氧化碳泡沫压裂液，以二氧化碳为气相，以基液为液相配制而成；所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液中泡沫的体积分数为40～80％；制备所述基液的原料包括以下质量含量的组分：稠化剂0.1～0.5％、起泡剂0.01～0.5％、稳泡剂0.02～0.05％、交联剂0.1～0.8％、高温稳定剂0.01～0.2％和余量的水；所述稳泡剂包括定优胶和威兰胶中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的耐高温二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，制备所述基液的原料包括以下质量含量的组分：稠化剂0.2～0.5％、起泡剂0.05～0.5％、稳泡剂0.02～0.05％、交联剂0.3～0.8％、高温稳定剂0.05～0.2％和余量的水。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，所述稠化剂包括羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺。
4.根据权利要求3所述的耐高温二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，所述羟乙基淀粉、阿拉伯胶和聚丙烯酰胺的质量比为(3～4)：(2～3)：(3～4)。
5.根据权利要求1或2所述的耐高温二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，所述起泡剂包括非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和氟碳表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的耐高温二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，所述非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和氟碳表面活性剂的质量比为(25～50)：(10～15)：(20～30)：(0.5～2)。
7.根据权利要求1或2所述的耐高温二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，所述交联剂包括有机锆交联剂、氧氯化锆和硫酸铬钾中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的耐高温二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，所述高温稳定剂包括硫代硫酸钠和抗血坏酸中的一种。
9.权利要求1～8任意一项所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液的制备方法，包括：
(1)将稠化剂、起泡剂、稳泡剂、交联剂、高温稳定剂和水混合进行交联反应，得到基液；
(2)向所述步骤(1)得到的基液中通入气体二氧化碳，得到耐高温二氧化碳泡沫压裂液。
10.权利要求1～8任意一项所述耐高温二氧化碳泡沫压裂液或按照权利要求9所述制备方法制备耐高温二氧化碳泡沫压裂液在油气田压裂中的应用。
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