CN116426264A - 自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，压裂液由自生热体系、超临界二氧化碳前置液和胍胶携砂液三部分组成，本发明还公开了该体系的制备方法，借助超临界二氧化碳前置液在致密储层中压出微裂缝，降低起裂压力，进一步加入高粘度的胍胶携砂液携带支撑剂扩大微裂缝形成油气流通通道；既规避了超临界二氧化碳粘度低、携砂效果差的难点，又避免了致密储层起裂压力大的问题；同时，借助超临界二氧化碳前置液与地层原油和岩石之间的相互作用，达到超临界二氧化碳驱油的目的，由此形成一套压驱一体的储层改造方法。

Description

自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液及其制备方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，涉及自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液。

本发明还涉及自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液的制备方法。

背景技术

近些年来，随着常规油气资源的不断勘探与开发，低渗透、超低渗透以及致密油气藏等非常规油气资源逐渐成为国内外众多石油科研工作者研究的重点，其中致密油气资源在其中占有相当大比例；由于致密储层具有物性较差、孔喉细小等特征，采用常规方式难以实现效益开发，因此，实践中多采用压裂技术对其进行改造，压裂技术具有明显提高单井产能，起到良好的增储上产作用，特别是针对于致密油田的开发，压裂技术起着至关重要的作用；

在致密油田的压裂技术中，胍胶压裂液因其粘度大、携砂性能好已被广泛应用，给油气田开发过程创造了巨大的经济效益；但在实际现场工艺实施过程，仍然有诸多需要优化和提升的地方，例如岩石起裂压力高、裂缝沟通效果一般，压裂后不易返排等；针对这些问题，二氧化碳压裂技术表现出优异的应用效果；该技术最早于20世纪80年代开始在北美地区使用；相比传统的胍胶压裂，二氧化碳压裂具备岩石起裂压力低、裂缝沟通效果好、地层伤害小、返排迅速彻底等优势。有关数据显示，到二十一世纪初期，进行千余次二氧化碳压裂的应用，改造后的油藏产量明显提高；但使用二氧化碳做压裂液同样存在问题，由于二氧化碳处于液体或超临界形态时粘稠度数值很低，其较低的粘度会导致压裂液滤失量增大，使其携砂和造缝的能力下降，对压裂效果造成很大影响。

发明内容

本发明的目的是提供自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，解决了现有技术中存在的超临界二氧化碳粘度低、携砂效果差、致密储层起裂压力大的问题。

本发明的另一个目的是提供自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液的制备方法。

本发明所采用的第一个技术方案是，自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，所述压裂液由自生热体系、超临界二氧化碳前置液和胍胶携砂液三部分组成。

本发明第一个技术方案的特点还在于：

其中自生热体系中采用亚硝酸钠和氯化铵作为自生热剂，酸作为催化剂；

其中自生热体系中针对低温储层优选自生热剂浓度为0.1～10wt％，催化剂浓度为0.5～5wt％；

其中超临界二氧化碳前置液中采用硅氧烷聚合物或碳氢聚合物作为增粘剂，乙醇为助溶剂；

其中增粘剂的浓度为0.1～10wt％，助溶剂浓度为0.5～5wt％；

其中胍胶携砂液包括胍胶稠化剂、交联剂、破乳助排剂、粘土稳定剂、破乳剂、pH调节剂和支撑剂；

其中胍胶稠化剂为0.1～0.5wt％羟丙基胍胶；交联剂为0.1～0.5wt％有机硼交联剂；破乳助排剂为由0.05～0.1wt％破乳剂QCXP004和助排剂以等质量比例配制；粘土稳定剂为0.05～0.5wt％氯化钾；破乳剂为0.01～0.05wt％过氧化物，pH调节剂为0.05wt％碳酸钠；支撑剂为40/70目的陶粒；

其中助排剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐；所述过氧化物为过硫酸铵、过硫酸钾。

本发明所采用的第二个技术方案是，自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液的制备方法，采用自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，具体按以下步骤实施：

步骤1，自生热体系的制备：配制自生热剂溶液，将其各组分倒入密闭容器中搅拌均匀，滴入2mL催化剂，继续搅拌均匀，即得到所述自生热体系；

步骤2，超临界二氧化碳前置液的配置：在具有搅拌装置、温度传感器、压力传感器的高压密闭容器中装入所述增粘剂和助溶剂，再加入二氧化碳，加压使二氧化碳保持超临界态，搅拌使增粘剂和助溶剂溶解于其中，即得到所述超临界二氧化碳前置液；

步骤3，胍胶携砂液：在搅拌条件下，向水中加入KCl、pH调节剂和破乳助排剂，然后缓慢加入羟丙基胍胶，搅拌溶解得到羟丙基胍胶压裂液基液；向上述羟丙基胍胶压裂液基液中加入支撑剂，搅拌混合均匀后，滴加交联剂，形成所述胍胶携砂液。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其结合压裂和驱油一体化的想法，借助超临界二氧化碳前置液在致密储层中压出微裂缝，在此基础上结合胍胶携砂液携带支撑剂扩大微裂缝形成油气流通通道；同时，借助超临界二氧化碳前置液与地层原油和岩石之间的相互作用，达到超临界二氧化碳驱油的目的，由此形成一套压驱一体的储层改造方法；

(2)本发明所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其在针对低温储层进行压驱一体的储层改造时，为了提高超临界二氧化碳在低温储层中对原油的解黏附效果，利用自生热体系反应放出大量热能，加热裂缝附近地带微小孔隙中的残余油和有机物堵塞，提高裂缝导流能力，提高渗流能力，并增强超临界二氧化碳在对原油的解黏附效果；

(3)本发明所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其采用超临界二氧化碳前置液，由于超临界二氧化碳的低粘特性，其压裂产生的裂缝更长，迂曲度更高，裂缝数量更多，便于后续胍胶携砂液的进一步造缝作业；同时，其起裂压力也比其他压裂方式更低，降低了施工成本；

(4)本发明所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其针对单一二氧化碳压裂液粘度低，携砂能力差的问题，采用胍胶携砂液，利用胍胶交联后形成粘度较高的冻胶，具有粘度高、携砂能力强、滤失低等优点，有效改善了压裂液对支撑剂的传送性能。

附图说明

图1是本发明实施例二中不同温度下氮气和二氧化碳处理前后岩心接触角的变化情况图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本实施中自生热体系生热性能评价实验，测试仪器为高温高反应釜；超临界二氧化碳前置液粘度测试和胍胶携砂液耐温耐剪切测试，测试仪器为德国HAAKE MARSⅡ高温高压流变仪；

实施例中原料来源：亚硝酸钠、氯化铵、草酸、氯化钾、碳酸钠、过硫酸铵，均由国药集团化学试剂有限公司提供，分析纯；聚二甲基硅氧烷、乙醇、丙酮，均由阿拉丁化学试剂公司提供，分析纯；羟丙基胍胶(HPG)，江苏昆山京昆油田科技公司，一级品；脂肪醇聚氧乙烯醚，山东优索化工科技有限公司，含量99％；破乳剂QCXP004，青岛长兴高新科技发展有限公司，工业品。

实施例1

以目标地层温度为30℃的低温致密储层为例，采用亚硝酸钠和氯化铵作为自生热剂，开展自生热剂性能评价实验；将1.0wt％的亚硝酸钠和氯化铵溶液加入高温高反应釜，预热温度为30℃，滴加2mL3wt％的草酸溶液，观察记录到体系在97min后达到生热峰值温度为61℃；

在具有搅拌装置、温度传感器、压力传感器的高压密闭容器中装入所述5wt％聚二甲基硅氧烷和4wt％乙醇，再加入二氧化碳，加压使二氧化碳保持为超临界态，搅拌使聚二甲基硅氧烷和乙醇溶解于其中，溶解压力为16.03MPa，即得到所述超临界二氧化碳前置液；将前置液导入德国HAAKE MARSⅡ高温高压流变仪，设置温度为61℃，剪切速率为170s^-1，测定体系的粘度为1.99mPa·s；采用物理驱替装置，研究超临界二氧化碳前置液反排时对原油的解黏附作用，结果表明，前置液反排时原油采收率可达47.2％；自生热作用下，可进一步将原油采收率提升至61.7％；

在搅拌条件下，在水中加入0.1wt％KCl、0.05wt％pH调节剂和0.03wt％破乳助排剂，然后缓慢加入0.35wt％羟丙基胍胶，搅拌溶解得到羟丙基胍胶基液；向上述羟丙基胍胶压裂液基液中加入支撑剂，搅拌混合均匀后，滴加0.4wt％交联剂，形成所述胍胶携砂液。根据《SY-T5107-2005-水基压裂液性能评价方法》对本实施例1提供的胍胶携砂液性能进行检测；采用HAAKE MARS II流变仪测试本实施例的胍胶携砂液的耐温耐剪切性能，测试温度为61℃，在剪切速率为170s¹条件下剪切120分钟，结果显示本发明的胍胶携砂液粘度能保持在160mPa·s以上，具有较好的耐温耐剪切性能；为了考察胍胶体系是否具有良好的携砂性能，选择不同支撑剂粒径(10/20目、20/40目、40/70目)开展胍胶压裂液体系的携砂性能实验；表1为支撑剂粒径对胍胶压裂液体系的携砂性能的影响，随着支撑剂粒径的增加，支撑剂的沉降速率明显增大，当支撑剂粒径为10/20目、20/40目时，支撑剂的沉降速率为0.41cm·min^-1和0.29cm·min^-1；当支撑剂粒径为40/70目，胍胶压裂液体系中支撑剂的沉降速率最小为0.19cm·min^-1；为保证良好的携砂效果，胍胶压裂液体系选择小尺寸40/70目的陶粒支撑剂。

表1支撑剂粒径对胍胶压裂液体系的携砂性能的影响

实施例2

以目标地层温度为50℃的中低温致密储层为例，采用亚硝酸钠和氯化铵作为自生热剂，开展自生热剂性能评价实验；将1.25wt％的亚硝酸钠和氯化铵溶液加入高温高反应釜，预热温度为30℃，滴加2mL2wt％的草酸溶液，观察记录到体系在61min后达到生热峰值温度为72℃；

在具有搅拌装置、温度传感器、压力传感器的高压密闭容器中装入所述7wt％聚二甲基硅氧烷和5wt％煤油，再加入二氧化碳，加压使二氧化碳保持为超临界态，搅拌使聚二甲基硅氧烷和乙醇溶解于其中，溶解压力为16.03MPa，即得到所述超临界二氧化碳前置液；将前置液导入德国HAAKE MARSⅡ高温高压流变仪，设置温度为72℃，剪切速率为170s^-1，测定体系的粘度为2.58mPa·s；采用物理驱替装置，研究超临界二氧化碳前置液反排时对原油的解黏附作用，结果表明，前置液反排时原油采收率可达58.8％；自生热作用下，可进一步将原油采收率提升至72.2％；考察超临界二氧化碳对岩石润湿性的影响，进一步解释超临界解黏附机理；图1分别为不同温度下氮气和超临界二氧化碳处理后岩心接触角的变化情况，岩心的接触角在经过气体和地层水处理以后接触角均出现减小，疏水性减弱；氮气处理后，岩心接触角得到小幅较小，这是因为和地层水接触后，岩心的亲水性增强；超临界二氧化碳处理后，岩心接触角的变化值明显大于氮气，这是因为二氧化碳与地层水接触后形成碳酸，碳酸与岩石中长石、方解石、碳酸盐等矿物反应造成岩石亲水性的增强；随着温度的升高，接触角的变化值增加，说明自生热作用将加剧二氧化碳与岩石的相互作用，使岩石表面的亲水性增强，有助于原油从岩石表面剥离；

在搅拌条件下，在水中加入0.1wt％KCl、0.05wt％pH调节剂和0.05wt％破乳助排剂，然后缓慢加入0.35wt％羟丙基胍胶，搅拌溶解得到羟丙基胍胶基液；向上述羟丙基胍胶压裂液基液中加入支撑剂，搅拌混合均匀后，滴加0.4wt％交联剂，形成所述胍胶携砂液。根据《SY-T5107-2005-水基压裂液性能评价方法》对本实施例2提供的胍胶携砂液性能进行检测；采用HAAKE MARS II流变仪测试本实施例的胍胶携砂液的耐温耐剪切性能，测试温度为72℃，在剪切速率为170s¹条件下剪切120分钟，结果显示本发明的胍胶携砂液粘度能保持在105mPa·s以上，具有较好的耐温耐剪切性能；携砂性能实验表明40/70目陶粒支撑剂在胍胶携砂液中的沉降速度为0.41cm·min^-1，表明胍胶携砂液在72℃下依然具备较好的携砂性能，可有效防止支撑剂过早沉降造成的砂堵现象。

Claims (9)

1.自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，所述压裂液由自生热体系、超临界二氧化碳前置液和胍胶携砂液三部分组成。

2.根据权利要求1所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，所述自生热体系中采用亚硝酸钠和氯化铵作为自生热剂，酸作为催化剂。

3.根据权利要求2所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，所述自生热体系中针对低温储层优选自生热剂浓度为0.1～10wt％，催化剂浓度为0.5～5wt％。

4.根据权利要求1所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，所述超临界二氧化碳前置液中采用硅氧烷聚合物或碳氢聚合物作为增粘剂，乙醇为助溶剂。

5.根据权利要求4所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，所述增粘剂的浓度为0.1～10wt％，助溶剂浓度为0.5～5wt％。

6.根据权利要求1所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，所述胍胶携砂液包括胍胶稠化剂、交联剂、破乳助排剂、粘土稳定剂、破乳剂、pH调节剂和支撑剂。

7.根据权利要求6所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，所述胍胶稠化剂为0.1～0.5wt％羟丙基胍胶；交联剂为0.1～0.5wt％有机硼交联剂；破乳助排剂为由0.05～0.1wt％破乳剂QCXP004和助排剂以等质量比例配制；粘土稳定剂为0.05～0.5wt％氯化钾；破乳剂为0.01～0.05wt％过氧化物，pH调节剂为0.05wt％碳酸钠；支撑剂为40/70目的陶粒。

8.根据权利要求7所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，所述助排剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐；所述过氧化物为过硫酸铵、过硫酸钾。

9.自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液的制备方法，采用权利要求1～8任一所述的自生热超临界二氧化碳胍胶压裂液，其特征在于，具体按以下步骤实施：

步骤1，自生热体系的制备：配制自生热剂溶液，将其各组分倒入密闭容器中搅拌均匀，滴入2mL催化剂，继续搅拌均匀，即得到所述自生热体系；

步骤2，超临界二氧化碳前置液的配置：在具有搅拌装置、温度传感器、压力传感器的高压密闭容器中装入所述增粘剂和助溶剂，再加入二氧化碳，加压使二氧化碳保持超临界态，搅拌使增粘剂和助溶剂溶解于其中，即得到所述超临界二氧化碳前置液；

步骤3，胍胶携砂液：在搅拌条件下，向水中加入KCl、pH调节剂和破乳助排剂，然后缓慢加入羟丙基胍胶，搅拌溶解得到羟丙基胍胶压裂液基液；向上述羟丙基胍胶压裂液基液中加入支撑剂，搅拌混合均匀后，滴加交联剂，形成所述胍胶携砂液。

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