一种超低含水二氧化碳压裂液及其制备方法与流程

本发明涉及一种压裂液，尤其涉及一种超低含水的二氧化碳压裂液，属于压裂液技术领域。

背景技术：

随着非常规储层的不断开发，可有有效开发储层的压裂技术越来越重要。以页岩油气为代表的非常规储层需要大规模体积压裂以实现经济开发，在一定程度上弥补了能源的需求，但是，另一方面水基压裂液在使用过程中，遇到的环境、返排液处理以及常规压裂对水的大量需求等问题一定程度上限制了水力压裂技术的应用，国内外很多专家学者对目前常用的水基压裂液提出质疑，水能够用来打开储层产生裂缝，但同时水在储层内易产生自吸作用使得这些打开储层的水也都滞留在里面，产生水锁效应影响压后增产效果。

采用无水或超低含水压裂液代替水或减少水的用量作为压裂介质是一种绿色安全高效的技术，也是压裂改造技术的未来发展方向。

超低含水及无水压裂技术有以下技术优势：可以避免并尽可能的减小水相入侵对油气层的伤害，避免对地下水污染，同时大部分lpg、co2或n2在地层条件下可达到超临界状态，超临界气体表面张力为零，流动性好，可进入任何大于气体分子的空间，因此对于低渗致密油藏，其最大的优势是可以进入常规水基压裂液不能进入的微裂缝，最大限度地沟通储层中的裂缝网络，可进一步提高产量。与常规水基压裂相比，无水压裂对地层零伤害，具有良好的增产增能作用，节约了大量水资源，达到了节能减排、绿色环保的施工要求，对于低渗致密油藏清洁、高效开发意义深远，具有广阔的应用前景。

近年来无水压裂技术的研究一直是国内外储层改造技术的热点，而无水压裂技术核心问题就是液体增稠剂携砂问题。其中，加拿大gasfrac公司首次开发了lpg(液化石油气)无水压裂技术(us20070204991)，其包含了lpg压裂液的增稠剂为多烷基磷酸酯。国内在无水压裂技术中来自中国石油勘探开发研究院的崔伟香等人开发了一种液态丁烷压裂液及制备技术(201310359226.6)，其中包含了无水液态丁烷压裂液的增稠剂、交联剂合成方法，以及液态丁烷压裂液在实验室的制备方法。中国石油大学(北京)张劲等人申请的“一种二氧化碳-减阻水复合压裂方法”发明专利申请(申请号为201610216886.2)已公开一种适用于液态二氧化碳的复合压裂液制备方法，中国石油天然气股份有限公司王峰等人申请的“一种液态二氧化碳压裂液”发明专利申请(申请号为201510434208.9)已公开一种采用纳米涂层纤维用于降低施工管柱中摩阻的技术方法，其纳米涂层纤维还能够在液态二氧化碳压力液中形成纤维网络，从而起到提高、压裂液的携砂性能，改变支撑剂沉降方式，减慢支撑剂的沉降速率的作用。

以上国内外无水压裂技术主要集中于完全采用lpg或者液态二氧化碳等，然而100％采用lpg虽然可以达到较好的增稠及携砂性能，但作为压裂液存在较大的施工风险及安全隐患。相比于lpg，液态二氧化碳压裂液是更为安全和对储层较为理想的完全无水压裂液体技术。但是，目前采用液态二氧化碳压裂液技术的压裂液增稠及携砂性能方面存在技术困难。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种适用于致密油气储层的改造，可以大幅度减少传统压裂液对水的需求，同时提高压裂液的粘度，增强压裂液携砂性能，提高裂缝复杂程度的超低含水(超低含水是指含水量在10wt％以下)二氧化碳压裂液。

为了实现上述技术目的，本发明首先提供了本发明提供了一种超低含水二氧化碳压裂液，以该超低含水二氧化碳压裂液的总质量为100％计，该超低含水二氧化碳压裂液的原料组成包括：3wt％-10wt％的水，0.01wt％-0.05wt％的含疏水基团阴离子型聚合物，30wt％-50wt％的气态二氧化碳或氮气，以及余量的液态二氧化碳，其中，该超低含水二氧化碳压裂液中各原料组成的质量百分比之和为100％。

在本发明的超低含水二氧化碳压裂液中，优选地，采用的含疏水基团阴离子型聚合物为部分水解聚丙烯酰胺，含疏水基团阴离子型聚合物的疏水基团为c12-c22烷基疏水基团、分子量为10万-500万、阴离子基团为羧酸或磺酸。

本发明还提供了上述超低含水二氧化碳压裂液的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一：将含疏水基团阴离子型聚合物溶于水中，搅拌溶胀形成聚合物溶液；

步骤二：将气态二氧化碳或氮气与聚合物溶液混合，制成二氧化碳泡沫；

步骤三：在0℃-20℃(优选为20℃)下，将二氧化碳泡沫注入压力为4mpa-5mpa的密闭容器中，向容器内注入液态二氧化碳，继续搅拌0.5min-10min(优选为1min)，得到超低含水二氧化碳压裂液。

在本发明的上述制备方法中，优选地，通过泡沫发生器将气态二氧化碳或氮气与聚合物溶液制成二氧化碳泡沫。

本发明提供的上述超低含水的二氧化碳压裂液适用于致密油、致密气及页岩气储层的改造，尤其适用于致密油、气非常规储层的大规模体积改造。

本发明的上述超低含水的二氧化碳压裂液具体用于储层改造时，包括以下步骤：

将含疏水基团阴离子型聚合物溶于水中，形成聚合物溶液；

在压裂过程中，将聚合物溶液与气态二氧化碳或氮气混合，通过泡沫发生器后，进入混刹车与支撑剂混合，然后与液态二氧化碳混合进入井筒，完成对储层的改造。

优选地，支撑剂的添加量为砂比为2％-25％:1。

具体低，包括以下步骤：

将含疏水基团阴离子型聚合物溶于水中，配制成聚合物溶液放于压裂液罐中；

在压裂过程中，将聚合物溶液与气态二氧化碳或氮气混合，通过泡沫发生器形成超低含水二氧化碳/氮气泡沫压裂液进入混刹车与支撑剂混合；支撑剂根据现场压裂施工需求，选择合适的添加量；

由泵车送入高压管线，在高压管线和进入井口之前连接三通管线，含有支撑剂的超低含水二氧化碳/氮气泡沫压裂液与液态二氧化碳液体混合进入井筒，完成对储层的改造。

本发明提供的上述超低含水的二氧化碳压裂液可以大幅度减少传统压裂液对水的需求，同时提高压裂液的粘度。液态二氧化碳的粘度在0.05-0.13mp·s范围内，是水液体粘度的1/10-1/20，常规水基压裂液增稠技术不适用二氧化碳压裂液增稠，现有二氧化碳压裂液增稠后液体粘度最高可达到20mp·s，增稠倍数为150-498，而本发明的超低含水的二氧化碳压裂液液体粘度最高可达到70mp·s，是现有技术的3.5倍，增稠效果显著，同时本发明的压裂液的压裂液携砂性能也进一步增强，提高裂缝复杂程度，本发明的超低含水压裂液在地层环境条件下，具有增加地层能量的作用。

现有的二氧化碳无水压裂液的粘度低增稠困难，导致二氧化碳无水压裂液携砂困难，施工风险大，本发明的超低含水二氧化碳压裂液可以大幅度增加液体粘度和弹性，粘度和弹性的增加对压裂液的携砂稳定性，特别是提高施工砂比具有重要作用，可以解决目前无水压裂液增稠携砂困难的技术难题。

同时相比于常规的水基压裂液，由于本发明的超低含水二氧化碳压裂液中含水极少，可大幅度减少水锁伤害，同时也可以解决大规模体积改造过程中用水量大等技术难题。

附图说明

图1为实施例1的超低含水二氧化碳泡沫/二氧化碳压裂液粘度测试结果图。

图2为实施例2的超低含水二氧化碳泡沫/氮气压裂液粘度测试结果图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种超低含水二氧化碳泡沫/二氧化碳无水压裂液，以其总重量为100％计，其包括：10％的液态水，0.01％的疏水性基团聚丙烯酰胺grf-1h，40％的气态二氧化碳，以及余量的液态二氧化碳。

本实施例的超低含水二氧化碳泡沫/二氧化碳压裂液可按如下方法制备：

常温下按配比将疏水性基团聚丙烯酰胺grf-1h均匀的分散在水中，在温度为25℃条件下搅拌15min后，将grf-1h溶液在温度为30℃水浴中静置4h；

将溶解好的grf-1h溶液与二氧化碳气体混合成二氧化碳泡沫；

与液态二氧化碳按比例在高压管路内混合，得到超低含水二氧化碳泡沫/二氧化碳压裂液。

将本实施例制备得到的超低含水二氧化碳泡沫/二氧化碳压裂液进行压裂性能测试：采用高压管路流变实验装置，测试其在温度为10℃至100℃，剪切速率为170s^-1下的粘度值，其结果如图1所示。

从图1中可以看出本实施例制备得到的超低含水二氧化碳泡沫/二氧化碳无水压裂液粘度能够保持在30mpa·s以上，有较好的耐温耐剪切性能。

实施例2

本实施例提供了一种超低含水二氧化碳泡沫/氮气压裂液，以其总重量为100％计，其包括：10％的液态水，0.02％的疏水性基团聚丙烯酰胺grf-1h，40％的氮气，以及余量的液态二氧化碳

本实施例的超低含水二氧化碳泡沫/氮气压裂液可按如下方法制备：

常温下按配比将疏水性基团聚丙烯酰胺grf-1h均匀的分散在水中，在温度为25℃条件下搅拌15min后，将grf-1h溶液在温度为30℃水浴中静置4h；

将溶解好的grf-1h溶液与二氧化碳气体混合成二氧化碳泡沫体系；

与氮气按比例在高压管路内混合，得到超低含水二氧化碳泡沫/氮气压裂液。

将本实施例制备得到的超低含水二氧化碳泡沫/氮气压裂液进行压裂性能测试：采用高压管路流变实验装置，测试其在温度为10℃至100℃，剪切速率为170s^-1下的粘度值，其结果如图2所示。

从图2中可以看出本实施例制备得到的超低含水二氧化碳泡沫/二氧化碳无水压裂液粘度能够保持在45mpa·s以上，有较好的耐温耐剪切性能。

以上实施例说明，本发明的超低含水二氧化碳压裂液可以大幅度减少传统压裂液对水的需求，同时提高无水压裂液的粘度，增强压裂液携砂性能，提高裂缝复杂程度。