CN115449362A - 一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气井水力压裂技术领域，特别是涉及一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液及其使用方法，所述压裂液按质量百分数计，由以下组分配置而成：稠化剂0.4%～0.5%、润湿反转剂0.4%～0.5%、粘土稳定剂0.2%～0.4%、交联剂0.3%～0.5%，余量为水。通过本压裂液及其使用方法，能有效解决现有施工难度大和施工成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及油气井水力压裂技术领域，特别是涉及一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液及其使用方法。
背景技术
目前全球对于致密油、致密气、页岩气等非常规油气资源的勘探开发力度逐年增加，而水力压裂已成为开发非常规油气资源储层改造和增产的主要手段。水力压裂的主要目标是在油气藏中压开一定长度的人工裂缝，且需要在压裂液中携带一定量的支撑剂来支撑裂缝使其在压裂完成后仍具有一定的导流能力。针对常规水力压裂后支撑剂充填层导流能力低、支撑剂回流率高等问题，2010年Schlumberger公司首次提出了高导流压裂技术，该技术是指在压裂过程中通过各种方式使支撑剂不再是均匀的铺置在裂缝内，而是使支撑剂颗粒聚结成团，在裂缝内部形成分散的、大小不等的支撑剂团来支撑裂缝，在这些支撑剂团之间则形成畅通、稳定的通道网络，使得裂缝的导流能力比常规压裂的裂缝导流能力高出很多，大大降低了油气流动阻力。
高导流压裂技术的关键是实现支撑剂聚结成团地铺置在裂缝内，目前主要有2种不同的技术方式。
第一种方式，是在施工时先泵入一段含有纤维的高浓度携砂液，再泵入一段纯交联液，如此反复交替、脉冲式地加砂，在携砂液中加入的纤维主要起到携砂、固砂的作用。
现有技术中，提出了公开号为CN103821491A，公开日为2014年05月28日的中国发明专利文件，该专利文献所公开的技术方案如下：一种加砂压裂工艺，所述工艺是将含纤维携砂液和纯冻胶间隔液以交替循环的方式泵入油气井裂缝内，进入油气井裂缝内的含纤维携砂液被管柱上的射孔炮眼分散成形状各异的团块状，这些团块状的含纤维携砂液由内向外堆砌在裂缝内形成砂柱，该砂柱中相邻团块状的含纤维携砂液之间缝隙被纯冻胶间隔液填充，整个砂柱的截面呈堆砌的石墙状；所述砂柱对闭合过程中的裂缝及闭合后的裂缝进行支撑，砂柱中的纯冻胶间隔液部位在破胶后形成油气的低阻力、高流速渗流通道。
现有技术中，提出了公开号为CN104727799A，公开日为2015年06月24日的中国发明专利文件，该专利文献所公开的技术方案如下：一种实现裂缝高导流能力的脉冲加砂压裂方法，属于油田开发领域。所述方法按照如下步骤进行操作，步骤1，针对超低渗透储层水平井分段多簇压裂，并通过对所述超低渗透储层特征研究，判断能否通过脉冲式加砂压裂形成较高的裂缝导流能力，如果是，执行步骤2；步骤2，在压裂过程中通过脉冲式加砂工艺，纤维压裂液固砂，在人工裂缝中形成“柱体”支撑，从而在所述人工裂缝中形成高速导流能力的通道网络，使所述人工裂缝具备较高的导流能力。
上述技术方案在实际使用过程中，会出现以下问题：
（1）携砂液中的砂浓度过高会带来砂堵风险；
（2）施工中需额外增加一辆混砂车，且需反复加砂、停砂，操作复杂、施工难度大；
（3）加入的纤维会对储层带来一定伤害。
第二种方式，是Halliburton公司首先提出的支撑剂自聚集处理技术，它是在压裂前对支撑剂进行覆膜改性，在压裂液泵送过程中支撑剂颗粒可自发聚集并以“砂团”形式存在，裂缝闭合后形成分散“砂柱”支撑状态，实现高导流压裂。该方法虽然施工时相对便捷但有如下缺点：
（1）施工时需提前对支撑剂进行覆膜改性处理，增加了施工流程；
（2）覆膜改性处理导致施工成本大大增加。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液及其使用方法，能有效解决现有施工难度大和施工成本高的问题，通过本压裂液，可使加入其中的支撑剂颗粒聚集成大小不等的支撑剂团分散在压裂液中，这些支撑剂团被压裂液安全、高效地携带进入地层后有效支撑裂缝，在支撑剂团之间则形成畅通、稳定的通道网络，从而实现裂缝的高导流能力，最终提高油气产量，具有施工简捷、低风险、低伤害和低成本的优势。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：按质量百分数计，由以下组分配置而成：稠化剂0.4%～0.5%、润湿反转剂0.4%～0.5%、粘土稳定剂0.2%～0.4%、交联剂0.3%～0.5%，余量为水。
所述稠化剂为超高分子量二元共聚物，其分子量为1800万～2000万。
所述稠化剂是利用反相乳液聚合的方法制得，包括引发剂、用于配成水相的单体以及用于配成油相的乳化剂；所述单体的总浓度为27%，所述引发剂占单体质量百分数的1.5%，所述乳化剂占油相质量百分数的7%。
所述单体为乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺，其中，乙烯基吡咯烷酮与丙烯酰胺的质量比为1:4。
所述乳化剂为OP-10和Span80组成的复合乳化剂，其中，OP-10和Span80的质量比为3:1。
所述稠化剂的制备方法为：将单体溶于去离子水中配成水相，将乳化剂和溶剂油混合配成油相，控制油相和水相的体积比为1.4：1，将水相和油相混合，最后加入引发剂，在45℃温度下反应时间3.5h。
所述润湿反转剂为阳离子季铵盐类表面活性剂溶液，具体是质量分数为25%的十二烷基三甲基氯化铵溶液或质量分数为20%的十八烷基三甲基溴化铵溶液。
所述粘土稳定剂为小阳离子粘土稳定剂和无机盐的复配溶液，具体为由质量分数为35%的三甲基烯丙基氯化铵、质量分数为10%的氯化铵和水溶解而成。
所述的交联剂包括体积比为4～10：1的溶液A和溶液B，所述溶液A为质量分数为20%的硫酸铝溶液，溶液B为质量分数为50%的柠檬酸溶液。
一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液的使用方法，其特征在于：将水、稠化剂、润湿反转剂和粘土稳定剂依次加入到混配车内搅拌混合均匀，制备成压裂液基液存放在基液罐内备用；将交联剂中的溶液A和溶液B按照比例加入到交联剂罐内并搅拌均匀制备成交联剂备用；压裂开始后，将压裂液基液、交联剂和支撑剂同时加入到混砂车搅拌池里，经搅拌、交联后形成压裂液冻胶和支撑剂的混合液，压裂液冻胶携带着支撑剂一同经泵车进入井筒直到储层裂缝内；施工完成后压裂液冻胶破胶返排出地面，支撑剂则留在储层内支撑裂缝。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本发明中的稠化剂，其分子链中含有大量的强极性基团，可以强有力地吸附水中固体颗粒；且稠化剂为超高分子量聚合物，超长的分子链使其对水中固体颗粒具有较强的捕集、架桥作用。稠化剂的以上特点使得该压裂液极易将分散其中的支撑剂颗粒凝聚成团。
本发明中的润湿反转剂可吸附在支撑剂表面并将支撑剂由中性或亲水性变为憎水性，这使得支撑剂间范德华力增大，宏观表现为支撑剂间的黏性增加、互相吸引，这促使压裂液中的支撑剂更易聚集。
本发明中，交联剂可使压裂液快速交联，形成稳定的网状冻胶结构，这保证了前期在压裂液中形成的支撑剂团不会在压裂液长时间高速紊流的作用下被冲散；且通过调整交联剂中溶液A和溶液B两种组分的比例，可以调整压裂液的交联时间，使得交联剂交联时间为10s～60s，能满足不同施工需求。所述溶液A和溶液B也可以为独立包装，便于根据现场需要按比例混合，更好的控制压裂液的交联时间。
通过稠化剂、润湿反转剂和交联剂的协同作用，使得压裂液交联后形成的压裂液冻胶具有较高粘度以及良好的耐温耐剪切性能，能使加入其中的支撑剂颗粒聚集成大小不等的支撑剂团分散在压裂液中，可满足悬浮、携带支撑剂团进入地层裂缝的需求，不易出现脱砂、砂堵等危险情况。更为具体的，这些支撑剂团被压裂液冻胶安全、高效地携带进入地层后，能有效支撑裂缝，在支撑剂团之间则形成畅通、稳定的通道网络，从而实现裂缝的高导流能力，最终提高油气产量。
2、与目前常用的纤维+脉冲式加砂施工方式相比，本发明具有如下优势：压裂液能够在中低砂浓度下完成施工，砂堵风险较低；可在连续加砂的条件下实现支撑剂的聚集并形成高导流裂缝，完全以常规压裂施工方式施工，而无需额外增加施工设备及操作流程，施工更为简捷；无需加入纤维材料，避免了因此带来的储层伤害。
3、与支撑剂覆膜改性处理施工方式相比，本发明可有效降低施工成本。
4、通过本使用方法，使得施工完成后，压裂液冻胶可彻底破胶水化返排至地面，支撑剂团则留在地层对裂缝形成高效支撑，在支撑剂团之间则形成畅通、稳定的通道网络，最终实现裂缝内的高导流能力。在压裂液返排过程中，支撑剂仍会长时间保持憎水特性而聚集在一起，不易被流体冲散，这使得支撑剂的回流率大大降低，进一步巩固了压裂改造效果。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明实施例2中制备的压裂液冻胶的耐温耐剪切性能测试的测试结果示意图；
图2为本发明实施例3中制备的压裂液冻胶的耐温耐剪切性能测试的测试结果示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明包括一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，由以下质量百分数的组分组成：稠化剂0.5%，润湿反转剂0.45%，粘土稳定剂0.2%，交联剂0.3%，其余组分为水。
其中，所述稠化剂为超高分子量二元共聚物，其分子量为1800万～2000万。所述稠化剂是利用反相乳液聚合的方法制得，制备用量及反应条件如下：
单体为乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺两种极性物质，使用比例为乙烯基吡咯烷酮：丙烯酰胺=1:4，单体总浓度为27%。
引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯，用量为占单体质量百分数的1.5%。
乳化剂为OP-10和Span80组成的复合乳化剂，用量为占油相质量百分数的7%，并且含量比例为OP-10：Span80=3:1；其中，油相为乳化剂和溶剂油混合配成。
将单体溶于去离子水中配成水相，将乳化剂和溶剂油混合配成油相，控制油相和水相的体积比为1.4：1，将水相和油相混合，最后加入引发剂，在45℃温度下反应时间3.5h。
所述的润湿反转剂为质量分数25%的十二烷基三甲基氯化铵溶液。所述的粘土稳定剂是由35%质量分数的三甲基烯丙基氯化铵、10%质量分数的氯化铵和水溶解而成。所述交联剂包括溶液A和溶液B。其中溶液A为质量分数20%的硫酸铝溶液，溶液B为质量分数50%的柠檬酸溶液，两种溶液的使用体积比为溶液A：溶液B=4：1。所述溶液A和溶液B为独立包装，在施工前，按比例混合均匀得到交联剂。
所述压裂液的制备方法如下：
S1. 基液制备和交联剂制备；
基液制备：将494.25g水加入到搅拌器中，调节搅拌器转速为1500r/min，将2.5g稠化剂、2.25g润湿反转剂、1g粘土稳定剂依次加入到水中并持续搅拌5min制备成基液放入烧杯备用。
交联剂制备：将4ml溶液A、1ml溶液B加入到烧杯内并搅拌均匀制备成交联剂备用。
S2. 压裂液冻胶制备：取400ml基液倒入搅拌器中，调节搅拌器转速使液面形成漩涡，直至液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端为止，使搅拌器恒速转动；然后将1.2ml交联剂加入，直至漩涡逐渐消失为止即制备成压裂液冻胶。
在压裂施工中，本压裂液的使用方法如下：首先将水、稠化剂、润湿反转剂和粘土稳定剂按比例依次加入到混配车内搅拌混合均匀，制备成基液存放在基液罐内备用；然后将交联剂的溶液A和溶液B两种组分按照一定比例加入到交联剂罐内并搅拌均匀制备成交联剂备用；压裂开始后，将基液、交联剂和支撑剂同时加入到混砂车搅拌池里，经搅拌、交联后可形成压裂液冻胶和支撑剂的混合液，压裂液冻胶携带着支撑剂一同经泵车进入井筒直到储层裂缝内；施工完成后压裂液冻胶破胶返排出地面，支撑剂则留在储层内支撑裂缝。
对上述基液表观粘度、压裂液交联时间和破胶性能进行测试，具体如下：
基液表观粘度测试：取上述步骤制备的基液350mL，放入30℃的恒温水浴中恒温4h，用六速旋转黏度计测量转速为100r/min，剪切速率为170s-1时基液的粘度。测得的本压裂液基液粘度为48mPa.s。
压裂液交联时间测试：按照上述制备压裂液冻胶的方法，用秒表记录交联剂加入搅拌器中直至漩涡消失液面微微突起的时间即为交联时间。测得的本压裂液的交联时间为59s。
破胶性能测试：取300mL上述步骤制备的基液，用移液管加入3mL配置好的质量分数1%的APS破胶剂溶液并搅拌均匀，按照上述制备压裂液冻胶的方法加入1.5ml交联剂制备成压裂液冻胶装入密闭容器内，放入电热恒温器中加热恒温，恒温温度为85℃，使压裂液进行破胶4h，制备成破胶液。将上述破胶液放入30℃恒温水浴中恒温4h，用品氏毛细管黏度计测试其粘度。测得的本压裂液破胶液的粘度为3.125mPa.s，说明本压裂液破胶性能良好。
实施例2
本发明包括一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，由以下质量百分数的物质组成：稠化剂0.45%，润湿反转剂0.4%，粘土稳定剂0.3%，交联剂0.4%，其余组分为水。
所述稠化剂的配比及其制备方法和实施例1相同，在此就不予赘述。
所述润湿反转剂为质量分数20%的十八烷基三甲基溴化铵溶液。所述的粘土稳定剂是由35%质量分数的三甲基烯丙基氯化铵、10%质量分数的氯化铵和水溶解而成。所述交联剂包括溶液A和溶液B，其中溶液A为质量分数20%的硫酸铝溶液，溶液B为质量分数50%的柠檬酸溶液，两种溶液的使用体积比为溶液A：溶液B=6：1。
压裂液的制备方法如下：
S1. 基液制备和交联剂制备；
基液制备：将494.25g水加入到搅拌器中，调节搅拌器转速为1500r/min，将2.25g稠化剂、2g润湿反转剂、1.5g粘土稳定剂依次加入到水中并持续搅拌5min制备成基液放入烧杯备用。
交联剂制备：将6ml溶液A、1ml溶液B加入到烧杯内并搅拌均匀制备成交联剂备用。
S2. 压裂液冻胶制备：取400ml基液倒入搅拌器中，调节搅拌器转速使液面形成漩涡，直至液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端为止，使搅拌器恒速转动；然后将1.6ml交联剂加入，直至漩涡逐渐消失为止即制备成压裂液冻胶。
本压裂液的使用方法和实施例1相同，在此就不予赘述。
对上述基液表观粘度、压裂液交联时间、耐温耐剪切性能和导流能力进行测试，具体如下：
基液表观粘度测试：利用实施例1中的基液表观粘度测试方法，测得的本压裂液基液粘度为42mPa.s。
压裂液交联时间测试：利用实施例1中的压裂液交联时间测试方法，测得的本压裂液的交联时间为44s。
耐温耐剪切性能测试：取上述制备的压裂液冻胶，利用高温高压同轴圆筒旋转粘度计，在粘度计样品杯中加满压裂液后对样品加热，同时转子以剪切速率170-1转动，温度达到80℃后，保持剪切速率和温度不变，直至达到90min剪切时间为止。测试结果如说明书附图1所示，由结果可知本压裂液具有优良的耐温耐剪切性能。
导流能力测试：依据行业标准《压裂支撑剂充填层的短期导流能力评价推荐方法》（SY/T 6302-2009）中的方法，将本发明压裂液进行携砂、导流室内铺砂、导流室内破胶、测试导流室导流能力，并和常规压裂液产生的导流能力进行对比。实验条件如下：实验温度85℃，支撑剂种类为20/40目陶粒，铺砂浓度为10kg/m2，流体粘度为1.0mPa·s，流体密度为1.0kg/cm3，闭合压力为50MPa。测得的实验结果：本发明压裂液产生的模拟裂缝导流能力为85.3μm2·cm；常规压裂液产生的模拟裂缝导流能力为49.7μm2·cm。由实验结果可知，本发明所产生的模拟裂缝导流能力比常规压裂液高出72%，可实现更高的导流能力。
实施例3
本发明包括一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，由以下质量百分数的物质组成：稠化剂0.4%，润湿反转剂0.5%，粘土稳定剂0.4%，交联剂0.5%，其余组分为水。
所述稠化剂的配比及其制备方法和实施例1相同，在此就不予赘述。
所述的润湿反转剂为质量分数25%的十二烷基三甲基氯化铵溶液。所述的粘土稳定剂是由35%质量分数的三甲基烯丙基氯化铵、10%质量分数的氯化铵和水溶解而成。所述交联剂包括溶液A和溶液B，其中溶液A为质量分数20%的硫酸铝溶液，溶液B为质量分数50%的柠檬酸溶液，两种溶液的使用体积比为溶液A：溶液B=10：1。
压裂液的制备方法如下：
S1. 基液制备和交联剂制备；
基液制备：将493.5g水加入到搅拌器中，调节搅拌器转速为1500r/min，将2g稠化剂、2.5g润湿反转剂、2g粘土稳定剂依次加入到水中并持续搅拌5min制备成基液放入烧杯备用。
交联剂制备：将交联剂A溶液10ml、B溶液1ml加入到烧杯内并搅拌均匀制备成交联剂备用。
S2. 压裂液冻胶制备：取400ml基液倒入搅拌器中，调节搅拌器转速使液面形成漩涡，直至液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端为止，使搅拌器恒速转动；然后将2ml交联剂加入，直至漩涡逐渐消失为止即制备成压裂液冻胶。
对上述基液表观粘度、压裂液交联时间、耐温耐剪切性能和导流能力进行测试，具体如下：
基液表观粘度测试：利用实施例1中的基液表观粘度测试方法，测得的本压裂液基液粘度为40mPa.s。
压裂液交联时间测试：利用实施例1中的压裂液交联时间测试方法，测得的本压裂液的交联时间为10s。
耐温耐剪切性能测试：利用实施例2中的耐温耐剪切性能测试方法，测试结果如说明书附图2所示，由结果可知本压裂液具有优良的耐温耐剪切性能。
导流能力测试：依据行业标准《压裂支撑剂充填层的短期导流能力评价推荐方法》（SY/T 6302-2009）中的方法，将本发明压裂液进行携砂、导流室内铺砂、导流室内破胶、测试导流室导流能力，并和常规压裂液产生的导流能力进行对比。实验条件如下：实验温度85℃，支撑剂种类为20/40目石英砂，铺砂浓度为15kg/m2，流体粘度为1.0mPa·s，流体密度为1.0kg/cm3，闭合压力为30MPa。测得的实验结果：本发明压裂液产生的模拟裂缝导流能力为138.2μm2·cm；常规压裂液产生的模拟裂缝导流能力为64.8μm2·cm。由实验结果可知，本发明所产生的模拟裂缝导流能力比常规压裂液高出113.3%，可实现更高的导流能力。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：按质量百分数计，由以下组分配置而成：稠化剂0.4%～0.5%、润湿反转剂0.4%～0.5%、粘土稳定剂0.2%～0.4%、交联剂0.3%～0.5%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：所述稠化剂为超高分子量二元共聚物，其分子量为1800万～2000万。
3.根据权利要求2所述的一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：所述稠化剂是利用反相乳液聚合的方法制得，包括引发剂、用于配成水相的单体以及用于配成油相的乳化剂；所述单体的总浓度为27%，所述引发剂占单体质量百分数的1.5%，所述乳化剂占油相质量百分数的7%。
4.根据权利要求3所述的一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：所述单体为乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺，其中，乙烯基吡咯烷酮与丙烯酰胺的质量比为1:4。
5.根据权利要求3所述的一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：所述乳化剂为OP-10和Span80组成的复合乳化剂，其中，OP-10和Span80的质量比为3:1。
6.根据权利要求4或5所述的一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：所述稠化剂的制备方法为：将单体溶于去离子水中配成水相，将乳化剂和溶剂油混合配成油相，控制油相和水相的体积比为1.4：1，将水相和油相混合，最后加入引发剂，在45℃温度下反应时间3.5h。
7.根据权利要求1所述的一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：所述润湿反转剂为阳离子季铵盐类表面活性剂溶液，具体是质量分数为25%的十二烷基三甲基氯化铵溶液或质量分数为20%的十八烷基三甲基溴化铵溶液。
8.根据权利要求1所述的一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：所述粘土稳定剂为小阳离子粘土稳定剂和无机盐的复配溶液，具体为由质量分数为35%的三甲基烯丙基氯化铵、质量分数为10%的氯化铵和水溶解而成。
9.根据权利要求1所述的一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液，其特征在于：所述的交联剂包括体积比为4～10：1的溶液A和溶液B，所述溶液A为质量分数为20%的硫酸铝溶液，溶液B为质量分数为50%的柠檬酸溶液。
10.一种实现人工裂缝高导流能力的压裂液的使用方法，其特征在于：将水、稠化剂、润湿反转剂和粘土稳定剂依次加入到混配车内搅拌混合均匀，制备成压裂液基液存放在基液罐内备用；将交联剂中的溶液A和溶液B按照比例加入到交联剂罐内并搅拌均匀制备成交联剂备用；压裂开始后，将压裂液基液、交联剂和支撑剂同时加入到混砂车搅拌池里，经搅拌、交联后形成压裂液冻胶和支撑剂的混合液，压裂液冻胶携带着支撑剂一同经泵车进入井筒直到储层裂缝内；施工完成后压裂液冻胶破胶返排出地面，支撑剂则留在储层内支撑裂缝。
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