CN115873586B

CN115873586B - 一种耐高温胶囊酸的制备方法及其超远程酸压工艺

Info

Publication number: CN115873586B
Application number: CN202211673893.7A
Authority: CN
Inventors: 朱静怡; 杨兆中; 李小刚; 彭擎东; 周杰
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2022-12-26
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2023-10-03
Anticipated expiration: 2042-12-26
Also published as: CN115873586A

Abstract

本发明公开了一种耐高温胶囊酸的制备方法，该方法可以将液体酸液包裹，从而有效降低氢离子的释放速率，可解决高温碳酸盐岩地层酸岩反应过快的问题。所述耐高温胶囊酸的壳材是由自由基聚合反应形成的高分子材料，其耐温区间可调，最高可达200℃。所述耐高温胶囊酸的芯材为各种类型和浓度可调的液体酸液。同时本发明还公开了此耐高温胶囊酸的超远程酸压工艺，该工艺不仅可以有效提高酸液作用，还能提高酸蚀裂缝导流能力，为深层、超深层碳酸盐岩的深度酸压工艺设计提供了思路。

Description

一种耐高温胶囊酸的制备方法及其超远程酸压工艺

技术领域

本发明属于石油开采中的酸化压裂领域，尤其涉及一种耐高温微胶囊的制备方法及其超远程酸压工艺

背景技术

酸化压裂(以下简称酸压)是碳酸盐岩开发中不可或缺的增产改造手段。深层、超深层碳酸盐岩存在地层温度高、破裂压力高、地层压力高等特点，这给高温碳酸盐岩储层的深穿透酸压工艺提出了挑战。现有酸液体系主要通过增粘的方式降低氢离子传质速率，从而降低酸岩反应速度，提高酸液作用距离，增加酸蚀裂缝长度，达到扩大渗流面积的目的。然而，目前常规采用的交联酸、胶凝酸、转向酸等高粘体系在超过160℃时则性能大大降低。针对个别超深层碳酸盐岩，其地层温度已超过200℃，现有的酸液体系已无法满足对应的酸压工艺需求。

现应不再从粘度的角度去降低酸岩反应速度，而是以一种新思维研发酸液材料，即将酸液包裹起来，在耐高温的同时在裂缝远端缓慢释放氢离子，提高酸液有效作用距离，从而满足深层、超深层碳酸盐岩酸压工艺的需要。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种耐高温胶囊酸的制备方法及其超远程酸压工艺。该方法采用自由基聚合方法形成高分子壳材，可有效包裹各种浓度范围的各类酸液，最后形成具有致密结构外壳的胶囊酸。同时本发明还提供了该胶囊酸的超远程酸压工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种耐高温胶囊酸的制备方法，包括以下步骤：

S1：将聚合物单体A和乳化剂A与酸液混合，放入耐酸容器中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液A；

S2：聚合物单体B和乳化剂B与有机溶剂混合，放入烧杯中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液B；

S3：将溶液B缓慢加入到溶液A中，持续机械搅拌后，放入油浴锅中加热，并向体系中滴加引发剂，磁力搅拌5-9小时后得到颗粒型产物；

S4：冷却至室温，将颗粒型产物用无水乙醇、蒸馏水各清洗三遍，烘干得到耐高温胶囊酸。

优选地，步骤S1所述酸液类型为盐酸、甲酸、乙酸、氢氟酸、硼酸中的一种或多种；优选地，步骤S1所述聚合物单体A为丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的至少一种；优选地，步骤S1所述乳化剂A为Span60和Span80的一种或者两种。

优选地，步骤S2所述有机溶剂为乙醚、丙酮、正己烷、环己烷中的至少一种；步骤S2所述聚合物单体B为苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；步骤S2所述乳化剂B为Tween40、Tween60、Tween80的一种或者多种。

优选地，步骤S3所述引发剂为偶氮二异丁腈、氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的其中一种。

优选地，以所有原料的总质量计作100％，酸液占30％-50％，有机溶剂占35％-65％，聚合物单体A占1％-8％，聚合物单体B占10％-20％，乳化剂A占0.5％-2％，乳化剂B占0.05％-0.5％，引发剂占0.01％-0.2％。所述酸液浓度为10％-40％。

优选地，所述步骤S3中机械搅拌速度为3000-5000转/分钟，搅拌时间为10-30分钟，加热温度为50℃-90℃。

本发明还提供了一种耐高温胶囊酸超远程酸压工艺，包括以下工序：

1)通过油管向地层中注入低粘滑溜水；

2)通过油管向地层中注入含耐高温胶囊酸的高粘交联酸；

3)通过油管向地层中注入低粘胶凝酸；

4)通过油管向地层中注入含耐高温胶囊酸的高粘交联酸；

5)通过油管注入顶替液，结束施工；

其中，工序1)、2)、3)、4)、5)所注入的液体占注入地层总液体的体积比例分别为：工序1)中所述低粘滑溜水占3％-10％；工序2)中所述含耐高温胶囊酸的高粘交联酸占20％-40％，而胶囊酸占高粘交联酸的体积比10％-20％；工序3)中所述低粘胶凝酸占10％-20％；工序4)中所述含耐高温胶囊酸的高粘交联酸占20％-40％，而胶囊酸占高粘交联酸的体积比30％-50％；工序5)中所述顶替液的体积比例为1％-5％，其中体积单位均为m³。

优选地，所述低粘滑溜水的粘度范围为2-5mPa·s，所述高粘交联酸的粘度范围为50-120mPa·s，所述低粘胶凝酸的粘度范围为5-20mPa·s。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

优点1：本发明提供的耐高温胶囊酸将液体酸液包裹起来，有效降低了氢离子的释放速率，可解决高温碳酸盐岩地层酸岩反应过快的问题。

优点2：本发明提供的耐高温胶囊酸的胶囊外壳是由两种以上单体自由基共聚形成的高分子材料，具有耐高温的特性，且可根据几种聚合物单体之间的配比，设计耐温上限范围为90-200℃胶囊酸。

优点3：本发明提供的耐高温胶囊酸，可根据地层温度有针对性地设计胶囊外壳的温度上限，从而使胶囊酸环境温度在低于地层温度时，以极缓慢的速度释放氢离子。

优点4：本发明提供的耐高温胶囊酸所包裹的液体酸液种类和浓度，可根据实际酸岩反应动力学优化的结果进行调整和优化。

优点5：本发明提供的耐高温胶囊酸为一种颗粒型固体，其外壳致密，在室温阴凉处条件下稳定。同时其固体的物性有利于该材料的有效运输和施工。

优点6：本发明提供的耐高温胶囊酸的超远程酸压工艺，不仅能保证高温下的酸液作用距离达到超过200米甚至更远，而且能有效提高酸蚀裂缝导流能力。该工艺的优点主要是通过以下方式实现的：

(1)低粘滑溜水主要用于破岩造缝，并对地层降温；

(2)高粘交联酸主要用于携带耐高温胶囊酸进入裂缝深部，并对酸液壁面进行刻蚀；

(3)耐高温胶囊酸主要用于在地层温度下缓慢释放氢离子，提高酸液有效作用距离；

(4)低粘胶凝酸主要用于与高粘交联酸形成酸液指进现象，从而到达酸液对裂缝壁面的不均匀刻蚀，提高酸蚀裂缝导流能力。

附图说明

图1为根据本发明实施例的耐高温胶囊酸制备方法的流程图；

图2为实施例1的胶囊酸在不同温度下的氢离子释放量；

图3为实施例2的胶囊酸在不同温度下的氢离子释放量；

图4为实施例1-4的胶囊酸在200℃下的氢离子释放量；

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

以所有原料的总质量计作100％，提供采用以下步骤制备耐高温胶囊酸：

S1：将3％甲基丙烯酸、1％Span80与40％盐酸水溶液混合，放入耐酸容器中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液A；其中盐酸水溶液的盐酸质量浓度为25％。

S2：将18％丙酮、25％环己烷、10％甲基丙烯酸甲酯、0.2％Tween80混合放入烧杯中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液B；

S3：将溶液B缓慢加入到溶液A中，采用3000转/分钟持续搅拌10-30分钟后，放入油浴锅中加热至90℃，并向体系中滴加0.1％过氧化二苯甲酰后搅拌5-9小时，得到颗粒型产物

将得到的20g胶囊酸加入到30g去离子水中，然后加入到4.2gCaCO₃粉末，测量胶囊酸在不同温度下的氢离子释放量，结果如图2所示。结果表明，本发明实施例1中的胶囊酸耐温在140℃时缓慢释放酸液，在90℃下长时间酸液释放量不到50％。

实施例2：

S1：将0.5％丙烯酸、5％丙烯酰胺、2％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.8％Span80、0.4％Span60与35％盐酸水溶液混合，放入耐酸容器中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液A；其中盐酸水溶液的盐酸质量浓度为30％。

S2：将16％乙醚、25％正己烷、10％苯乙烯、0.2％Tween80混合放入烧杯中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液B；

S3：将溶液B缓慢加入到溶液A中，采用3000转/分钟持续搅拌10-30分钟后，放入油浴锅中加热至55℃，并向体系中滴加0.1％偶氮二异丁腈后搅拌5-9小时，得到颗粒型产物

将得到的20g胶囊酸加入到30g去离子水中，然后加入到4.2gCaCO₃粉末，测量胶囊酸在不同温度下的氢离子释放量，结果如图3所示。结果表明，本发明实施例2中的胶囊酸在90-120℃的温度区间皆可缓慢释放氢离子。

实施例3：

S1：将3％丙烯酸、1％Span80、45％盐酸水溶液混合，放入耐酸容器中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液A；其中盐酸水溶液的盐酸质量浓度为20％。

S2：将10％丙酮、25％环己烷、10％甲基丙烯酸甲酯、5％丙烯酸丁酯、0.1％Tween60混合放入烧杯中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液B；

S3：将溶液B缓慢加入到溶液A中，采用5000转/分钟持续搅拌10-30分钟后，放入油浴锅中加热至70℃，并向体系中滴加0.15％偶氮二异丁腈后搅拌5-9小时，得到颗粒型产物

实施例4：

S1：将3％丙烯酸、1％Span80、40％盐酸水溶液和5％氢氟酸水溶液混合，放入耐酸容器中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液A；其中盐酸水溶液的盐酸质量浓度为20％，氢氟酸质量浓度为8％。

S2：将10％丙酮、25％环己烷、10％甲基丙烯酸甲酯、5％丙烯酸丁酯、0.1％吐温60混合放入耐酸容器中，在室温条件下溶解后搅拌均匀，形成溶液B；

将实施例1-4中得到的20g胶囊酸分别加入到30g去离子水中，然后分别加入到4.2gCaCO₃粉末，测量不同胶囊酸在200℃下的氢离子释放量，结果如图4所示。结果表明，实施例3和4的胶囊酸在200℃下也能缓慢释放氢离子，其耐温性更好。

实施例5：

一种胶囊酸超远程酸压工艺，其工序是：

1)通过油管向地层中注入2mPa·s的低粘滑溜水90m³；

2)通过油管向地层中注入含耐高温胶囊酸的高粘交联酸300m³，其中耐高温胶囊酸占高粘交联酸体积比的20％，高粘交联酸粘度为100mPa·s；

3)通过油管向地层中注入8mPa·s的低粘胶凝酸120m³；

4)通过油管向地层中注入含耐高温胶囊酸的高粘交联酸350m³，其中耐高温胶囊酸占高粘交联酸体积比的30％，高粘交联酸粘度为100mPa·s；

5)通过油管注入顶替液40m³，结束施工；

虽然本发明已经参照具体实施方式进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解在没有脱离本发明的真正的精神和范围的情况下，可以进行的各种改变。此外，可以对本发明的主体、精神和范围进行多种改变以适应特定的情形、材料、材料组合物和方法。所有的这些改变均包括在本发明的权利要求的范围内。

Claims

1.一种耐高温胶囊酸的制备方法及其超远程酸压工艺，其特征在于，耐高温胶囊酸的制备方法包括以下步骤：

所述酸液类型为盐酸、甲酸、乙酸、氢氟酸、硼酸中的一种或多种；

所述聚合物单体A为丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的至少一种；

所述乳化剂A为Span60和Span80的一种或者两种；

所述有机溶剂为乙醚、丙酮、正己烷、环己烷中的至少一种；

所述聚合物单体B为苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；

所述乳化剂B为Tween40、Tween60、Tween80的一种或者两种；

以所有原料的总质量计作100％，酸液占30％-50％，有机溶剂占35％-65％，聚合物单体A占1％-8％，聚合物单体B占10％-20％，乳化剂A占0.5％-2％，乳化剂B占0.05％-0.5％，引发剂占0.01％-0.2％，所述酸液浓度为10％-40％；

S3：将溶液B缓慢加入到溶液A中，持续机械搅拌后，放入油浴锅中加热，并向体系中滴加引发剂，磁力搅拌5-9小时后得到颗粒型产物；机械搅拌速度为3000-5000转/分钟，搅拌时间为10-30分钟，加热温度为50℃-90℃；

2.根据权利要求1所述的一种耐高温胶囊酸的制备方法及其超远程酸压工艺，其特征在于，步骤S3所述引发剂为偶氮二异丁腈、氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的其中一种。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温胶囊酸的制备方法及其超远程酸压工艺，其特征在于，包括以下工序：

1）通过油管向地层中注入低粘滑溜水；

2）通过油管向地层中注入含耐高温胶囊酸的高粘交联酸；

3）通过油管向地层中注入低粘胶凝酸；

4）通过油管向地层中注入含耐高温胶囊酸的高粘交联酸；

5）通过油管注入顶替液，结束施工；

其中，工序1)、2)、3)、4)、5)所注入的液体占注入地层总液体的体积比例分别为：工序1）中所述低粘滑溜水占3％-10％；工序2）中所述含耐高温胶囊酸的高粘交联酸占20％-40％，而胶囊酸占高粘交联酸的体积比10％-20％；工序3）中所述低粘胶凝酸占10％-20％；工序4）中所述含耐高温胶囊酸的高粘交联酸占20％-40％，而胶囊酸占高粘交联酸的体积3比30％-50％；工序5）中所述顶替液的体积比例为1％-5％，其中体积单位均为m；

所述低粘滑溜水的粘度范围为2-5mPa·s，所述高粘交联酸的粘度范围为50-120mPa·s，所述低粘胶凝酸的粘度范围为5-20mPa·s。