一种清洁泡沫压裂液及其制备方法与流程

本发明涉及水力压裂
技术领域：
，且特别涉及一种清洁泡沫压裂液及其制备方法。
背景技术：
：水力压裂是非常规油气藏重要的增产技术之一。压裂液作为水力压裂过程中的工作液，起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。但对于水敏比较严重的非常规低孔低渗储层，常规的水基压裂液进入地层会降低地层渗透率，影响裂缝的导流能力。少水的清洁泡沫压裂液既能避免水敏的伤害，而且制备工艺简单，在地层条件下自动破胶，拥有良好的应用前景。纳米材料作为21世纪最具有市场应用潜力的新兴科学技术，已经成为研究的热点。考虑到纳米颗粒独特的物理化学特性，可替代清洁泡沫压裂液中大分子的稳泡剂，使压裂液更具有稳定性，并且纳米级的颗粒不会堵塞地层，对地层的伤害更小。现有的微地震裂缝监测技术中，微地震所能监测到的距离最宽，但是监测到的裂缝数据不是很准确，即只能提供与压裂地层所处位置有关的信息，而不会监测到压裂液放置支撑剂位置。为此，电磁示踪监测技术，可以在压裂液中加入导电磁性粒子，利用电磁感应原理对这些粒子成像，从而定位裂缝的分布与形态。这种方法可以更加精确裂缝的数据信息，具有较好的应用前景。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种清洁泡沫压裂液，此清洁泡沫压裂液具有较好的磁性、耐温抗剪切性以及悬砂性，可以用作水敏非常规储层的压裂液。本发明的另一目的在于提供一种清洁泡沫压裂液制备方法，此制备方法简单可行，制备时间短。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出一种清洁泡沫压裂液，按质量百分数计，其包括：0.8％～1.2％的磁性纳米颗粒分散液、0.8％～1.2％的起泡剂、3％～5％的表面活性剂以及92.6％～95.4％的第一溶剂。其中，磁性纳米颗粒分散液由以下方法制得：将柠檬酸加入到第二溶剂得到柠檬酸溶液，将四水氯化亚铁以及六水氯化铁溶于柠檬酸溶液得到第一溶液，再向第一溶液中加入氨水得到第二溶液，加热、搅拌第二溶液，分离得到第二溶液内生成的固相物质，将所述固相物质溶于水中并分散均匀得到磁性纳米颗粒分散液。其中，起泡剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基二甲基氧化胺以及α-烯基磺酸钠中的至少一种；第一溶剂和第二溶剂均为水。本发明提出一种清洁泡沫压裂液制备方法，其包括如下步骤：将磁性纳米颗粒分散液、起泡剂以及表面活性剂加入第一溶剂中，搅拌得到清洁泡沫压裂液。本发明实施例提供的清洁泡沫压裂液及其制备方法的有益效果是：本发明的清洁泡沫压裂液适用于水敏非常规储层的压裂液，起泡性好，稳定性强，伤害性低，是一种清洁环保型的压裂液。本发明压裂液带有磁性，可通过电磁成像原理，对裂缝进行监测，所监测到的裂缝数据更加准确。本发明的清洁泡沫压裂液不使用大分子的稳泡剂，采用有独特物理化学特性纳米颗粒来稳定泡沫，使制备出的压裂液不会堵塞地层，对地层的伤害更小。本发明的原料易得，方法简单可行，制备时间短，适用于工业化的生产，用于非常规储层水力压裂效果好。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1为本发明实施例磁性纳米颗粒分散液的粒径分布图；图2为本发明实施例清洁泡沫压裂液的黏度的曲线图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例的一种清洁泡沫压裂液及其制作方法进行具体说明。本发明实施例提供的清洁泡沫压裂液，按质量百分数计，其包括：0.8％～1.2％的磁性纳米颗粒分散液、0.8％～1.2％的起泡剂、3％～5％的表面活性剂以及92.6％～95.4％的第一溶剂。其中，第一溶剂为水。具体地，起泡剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基二甲基氧化胺以及α-烯基磺酸钠中的至少一种或其任意比例的混合，上述起泡剂均可以直接从市场购得。具体地，表面活性剂优选选用甜菜碱型两性离子表面活性剂，例如选用芥酸酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、十六烷基羟丙基磺基甜菜碱、十八烷基羟丙基磺基甜菜碱以及椰油酰胺丙基甜菜碱的至少一种或其任意比例的混合。上述甜菜碱型两性离子表面活性剂均可以直接从市场购得。甜菜碱型两性离子表面活性剂具有较好的黏弹性，使得本发明的清洁泡沫压裂液具有较好黏性和弹性，从而得到较好的悬砂性效果。上述磁性纳米颗粒分散液由以下方法制得，其包括如下步骤：将柠檬酸加入到第二溶剂得到柠檬酸溶液，将四水氯化亚铁以及六水氯化铁溶于柠檬酸溶液得到第一溶液，在此过程中持续搅拌，使四水氯化亚铁以及六水氯化铁在柠檬酸溶液中充分溶解。在此过程中持续搅拌，保证柠檬酸充分溶解使第一溶液为弱酸性，保证无沉淀析出。加热、搅拌第一溶液，并向第一溶液中加入氨水得到第二溶液。优选的加热第二溶液的温度为85℃～95℃，将氨水缓慢加入第一溶液中得到第二溶液的过程中，持续搅拌，使第二溶液内慢慢沉淀析出颗粒，避免沉淀出的颗粒聚集，导致制备的颗粒较大，不满足纳米级的条件。保持第二溶液温度为85℃～95℃，持续搅拌2小时，然后冷却至20℃～25℃，离心分离出第二溶液的上层清液以及固相物质。可选地，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，在本发明较佳的实施例中，无水乙醇和水对固相物质洗涤的次数均为3～5次。使用无水乙醇能够保证对固相物质上残留的上层清液洗涤彻底，使用水能够保证对固相物质上残留的无水乙醇的洗涤彻底。将洗涤后的固相物质溶于水中得到纳米流体，并使用超声波分散纳米流体20min～60min，即可获得分散均匀的磁性纳米颗粒分散液。其中，第二溶剂为水，固相物质为氧化铁。氧化铁在性纳米颗粒分散液中的质量浓度为8％～16％。上述反应的化学方程式为为：Fe2++2Fe3++8OH-1→Fe3O4+H2O，在一定温度下，纳米级的四氧化三铁易被氧化成纳米级氧化铁，反应式为：Fe3O4+O2→Fe2O3。具体地，四水氯化铁与六水氯化铁在第一溶剂的摩尔浓度比为1∶1.5～2。四水氯化亚铁与柠檬酸的质量比为1∶17～17.5。氨水与第一溶液的体积比为11～14∶50，氨水优选为质量分数为30％的氨水。磁性纳米颗粒能够吸附在气-液界面上形成颗粒单层，这种颗粒单层类似于表面活性剂在气-液界面上的吸附单分子层，有起泡和稳泡的作用。因此，在本清洁泡沫压裂液中无需再次添加稳泡剂。上述清洁泡沫压裂液的制备方法，包括如下步骤：按质量百分数计，将0.8％～1.2％的磁性纳米颗粒分散液、0.8％～1.2％的起泡剂以及3％～5％的表面活性剂加入92.6％～95.4％的第一溶剂中，并搅拌得到本清洁泡沫压裂液。具体地，第一溶剂为水。在制备清洁泡沫压裂液时，只需要将三种物质加入到水中，充分搅拌即可。在本发明较佳的实施例中，搅拌的速度为5000r/min～10000r/min，搅拌时间为1min～3min，保证清洁压裂液的充分发泡。本清洁泡沫压裂液的配比影响清洁泡沫压裂液的泡沫质量。在本实施例中优选地，本发明在井场压裂施工过程中，优选以氮气为伴注气体，将本清洁泡沫压裂液与氮气同时注入井底对底层进行压裂。一方面，避免了使用液氮或液体二氧化碳伴注成本较高的问题，同时有效解决超临界二氧化碳腐蚀井筒的问题；另一方面，氮气泡沫相对于空气泡沫，避免了泡沫体系中含有氧气，井下作业时井筒内含有的氧气与烃类接触存在安全隐患。本发明实施例还提出了本发明清洁压裂液的对压裂裂缝监测的用途。由于Fe2O3具有磁性，制得的清洁泡沫压裂液则具备磁性。在压裂施工过程中，通过电磁感应原理，由于纳米颗粒分散液均匀分散于清洁泡沫压裂液中，本清洁泡沫压裂液中的磁性纳米颗粒电磁成像从而对裂缝进行监测。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及4.05g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至90℃，再向第一溶液中加入22ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持90℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计，向100ml去离子水中加入0.8g的磁性纳米颗粒分散液、0.8g的十二烷基磺酸钠以及3g的芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱以及十六烷基羟丙基磺基甜菜碱。在5000r/min搅拌2min得到清洁泡沫压裂液。实施例2在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及4.2g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，并加热至88℃，再向第一溶液中加入0.125g柠檬酸后，再向第一溶液中加入25ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持88℃将第二溶液搅拌2.5h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计，向100ml去离子水中加入0.9g的磁性纳米颗粒分散液、0.9g的十二烷基二甲基氧化胺以及3g的芥酸酰胺丙基甜菜碱。在8000r/min搅拌2min得到清洁泡沫压裂液。实施例3在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及4.56g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至85℃，再向第一溶液中加入24ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持85℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向第一溶剂中加入1g的磁性纳米颗粒分散液、1g的α-烯基磺酸钠以及4g的椰油酰胺丙基甜菜碱。在7000r/min搅拌2min得到清洁泡沫压裂液。实施例4在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及4.82g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至95℃，再向第一溶液中加入23ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持95℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向第一溶剂中加入1.1g的磁性纳米颗粒分散液、1.1g的十二烷基磺酸钠以及十二烷基二甲基氧化胺以及5g的十六烷基羟丙基磺基甜菜碱以及十八烷基羟丙基磺基甜菜碱。在5000r/min搅拌3min得到清洁泡沫压裂液。实施例5在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及4.96g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至92℃，再向第一溶液中加入20ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持92℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向第一溶剂中加入0.8g的磁性纳米颗粒分散液、1.2g的十二烷基二甲基氧化胺以及α-烯基磺酸钠以及5g的芥酸酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、十六烷基羟丙基磺基甜菜碱、十八烷基羟丙基磺基甜菜碱以及椰油酰胺丙基甜菜碱。在6000r/min搅拌3min得到清洁泡沫压裂液。实施例6在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及5g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至95℃，再向第一溶液中加入25ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持95℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向第一溶剂中加入1.2g的磁性纳米颗粒分散液、0.8g的十二烷基磺酸钠以及α-烯基磺酸钠以及4g的芥酸酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱以及椰油酰胺丙基甜菜碱。在9000r/min搅拌2.5min得到清洁泡沫压裂液。实施例7在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及5.3g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至89℃，再向第一溶液中加入22ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持89℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向第一溶剂中加入1.1g的磁性纳米颗粒分散液、1g的十二烷基磺酸钠、十二烷基二甲基氧化胺以及烯基磺酸钠以及4g的芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱。在10000r/min搅拌2min得到清洁泡沫压裂液。实施例8在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及5.5g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至94℃，再向第一溶液中加入21ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持94℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向第一溶剂中加入1g的磁性纳米颗粒分散液、1.1g的十二烷基磺酸钠以及3g的十八烷基羟丙基磺基甜菜碱。在8500r/min搅拌1.5min得到清洁泡沫压裂液。实施例9在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及5.61g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至90℃，再向第一溶液中加入22ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持90℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向第一溶剂中加入1.2g的磁性纳米颗粒分散液、0.8g的十二烷基二甲基氧化胺以及4g的十六烷基羟丙基磺基甜菜碱、十八烷基羟丙基磺基甜菜碱以及椰油酰胺丙基甜菜碱。在7000r/min搅拌2min得到清洁泡沫压裂液。实施例10在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及5.87g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至93℃，再向第一溶液中加入24ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持93℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为8％溶于第二溶剂中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向第一溶剂中加入0.8g的磁性纳米颗粒分散液、1.2g的α-烯基磺酸钠以及4g的十六烷基羟丙基磺基甜菜碱。在8000r/min搅拌3min得到清洁泡沫压裂液。应用例本实施例提供的清洁泡沫压裂液，其制备步骤如下：在机械搅拌条件下，向100ml去离子水中加入0.125g柠檬酸得到柠檬酸溶液，将2.15g四水氯化亚铁以及5.87g六水氯化铁加入柠檬酸溶液中得到第一溶液，加热至90℃，再向第一溶液中加入25ml的质量分数为30％的氨水得到第二溶液。保持90℃将第二溶液搅拌2h，冷却、离心分离出第二溶液的上层清液与固相物质分离，将分离所得的固相物质用无水乙醇洗涤，再用水洗涤，洗涤后的固相物质按质量浓度为10％溶于去离子水中得到纳米流体，并使用超声波分散获得分散稳定的磁性纳米颗粒分散液。在机械搅拌条件下，按质量百分数计向100ml去离子水中加入1g的磁性纳米颗粒分散液、1g的十二烷基磺酸钠以及4g的芥酸酰胺丙基甜菜碱。在8000r/min搅拌2min得到清洁泡沫压裂液。测得起泡后清洁压裂液的总体积350ml，计算泡沫的体积为：350ml-100ml＝250ml，计算泡沫质量为：250ml/350ml×100％＝71.43％。本清洁泡沫压裂液具备较好的起泡效果。由于甜菜碱型两性离子表面活性剂具备黏弹性，再加入甜菜碱型两性离子表面活性剂后清洁泡沫压裂液具有黏性和弹性，使得清洁泡沫压裂液具有较好耐温抗剪切性，从而提高了清洁泡沫压裂液的悬砂性能。具体地，通过沉降实验评价，在30℃，将单粒20/40目陶粒支撑剂加入本清洁泡沫压裂液中的静态沉降，测得沉降速度为0.356mm/s。将制备的清洁泡沫压裂液与原油混合使其破胶，在30℃，100r/min，使用旋转黏度仪(型号：ZNN-D6型旋转黏度计，生产厂商：青岛泰峰石油仪器有限公司)测得破胶后黏度为1.8mPa·s，结果表明，本清洁泡沫压裂液在地层能够自动破胶。测的清洁泡沫压裂液半衰期结果间表1。表1.清洁泡沫压裂液的半衰期温度23℃60℃90℃时间24h4h55min从表1可以看出，本清洁泡沫压裂液具有较好的半衰期，能够达到压裂施工的要求。试验例采用实施例1～10的方法制得的磁性纳米颗粒分散液以及清洁泡沫压裂液，并测试磁性纳米颗粒分散液粒度中值以及电势电位(Zeta点位)，测试清洁泡沫压裂液的剪切黏度以及半衰期。1、磁性纳米颗粒分散液制备完成，冷却至25℃，通过粒度分析仪(型号：HYDRO2000(APA2000)，生产厂商：英国马尔文)测得磁性纳米颗粒分散液的粒度中值以及磁性纳米颗粒分散液的电势电位。本实施例中，测得的磁性纳米颗粒分散液粒度中值如图1所示，测得的粒度中值以及电势电位结果见表2。2、清洁泡沫压裂液制备完成，在90℃，170s-1下，通过高温高压流变仪(型号：HAAKERS600，生产厂商：德国HAAKE公司)测得清洁泡沫压裂液在1h内黏度(本实施例中均为表观黏度)；在90℃以及60℃下，测得清洁泡沫压裂液的半衰期。本实施例中，测得的清洁泡沫压裂液的黏度如图2所示。测得的黏度以及半衰期结果见表2。表2.磁性纳米颗粒分散液以及清洁泡沫压裂液各项指标检测结果表3.分散性评价标准电势电位(mV)胶体稳定性0到±10快速凝结或凝聚±10到±30开始变得不稳定±30到±40稳定性一般±40到±60较好的稳定性超过±61稳定性极好从表2可以看出，本发明实施例1～10的方法制得的磁性纳米颗粒分散液的电势电位均超过-61mV，通过对比表3提供的胶体稳定性评价标准，磁性纳米颗粒分散液均具备较好的稳定性，从而具备较好的分散性。从表2还可以看出，本发明实施例1～10的方法制得的清洁泡沫压裂液在90℃，170s-1下，1h内测得的表观黏度均超过60mPa·s，适用于水敏非常规储层的压裂液，起泡性好，稳定性强，伤害性低，是一种清洁环保型的压裂液。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。属于本发明保护的范围。当前第1页1 2 3