一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液及现场施工方法与流程

1.本发明涉及油田化学及压裂增产技术领域，特别涉及一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液及现场施工方法。


背景技术：

2.常规的水基压裂液由于成本低、易配制甚至可以在线施工等特点已广泛应用于各类油气藏的压裂开发上，但针对低压、水敏和高凝油等特殊储层，由于地层能量低、温度低、原油粘度高等原因，导致压裂结束后破胶液滞留、水敏、水锁、与稠油乳化等现象，严重影响压裂增产效果甚至无产能。因此，国内外在自生热压裂液、泡沫压裂液方面做了大量工作，以期待解决此类特殊储层的压裂改造问题。
3.通过将可压缩的co2、n2与水基压裂液混配形成泡沫压裂液，可以有效提高压裂液返排率，降低对地层的伤害，但这种实现方式对材料成本、材料运输设备、压裂泵车和加砂设备等都有较高要求，这也是限制此类压裂液发展的主要问题。相对而言，自生热生气压裂液独具优势，通过将能够反应生热产气的物质配制到压裂液中，然后在地层发生化学反应，在稳泡剂、起泡剂作用下形成高效稳定的泡沫压裂液，这种体系对原材料和地面施工设备的要求较低，入地后既能生热降低地层原油粘度、又能产气增能助排，相对用水量少、液体呈酸性、生成的盐具有高效防膨效果，因此该体系具有较好的推广应用前景。
4.中国专利cn102838978a公开了一种井下自生气泡沫复合驱油剂的制备方法，主剂包括尿素、硝酸铵、叠氮化钠、乙酰水杨酸、亚硝酸钠，其中叠氮化钠有剧毒易爆炸外，而乙酰水杨酸易潮解失效。中国专利cn103265938a、cn102627960a、cn104790933a、cn102086388a均提供了一种自生热生气泡沫压裂液，稠化剂采用常规胍胶，其自身残渣含量高导致对支持裂缝导流能力的残渣伤害严重，其次，几种体系均是利用亚硝酸钠和氯化铵在酸性条件下反应释放出大量的气体，未提供合理控制的方法和施工方法。中国专利cn105238382a公开了一种清洁自生热增压压裂液体系及制备方法，采用疏水聚丙烯酰胺作为稠化剂，锆盐化合物作交联剂，显著降低了残渣含量，但是体系耐温性能只能达到100℃，并且其升温效果较差，压裂液泡沫质量低。
5.通过专利和文献报道分析，自生热生气压裂液在特殊油气藏开发上的优势显而易见，但经过多年的室内研究和现场实践，虽然国内外常见的自生热压裂液体系都有其自身的优点，但同时也暴露出很多亟待解决的问题：如现场操作繁琐、设备要求高、生热生气反应不易控制、升温幅度不高、泡沫冻胶摩阻高、泡沫压裂液耐温耐盐性能差、泡沫干度低和泡沫稳定性差、携砂性能差以及残渣含量高、地下设备结垢腐蚀等。因此，研发和制备一种生热生气可控、耐高温高盐并且携砂性能优良的低摩阻低伤害泡沫压裂液，同时形成安全、可操控性的施工方法技术，是近几年来此课题研究和发展的方向，并且该课题不应该仅仅停留在室内研究，现场推广应用才是其最终目标。


技术实现要素：

6.本发明为克服上述现有技术的不足，采用两种气热剂反应产生大量气体，与复合稠化剂和高效起泡剂形成一种自生热的复合泡沫压裂液，该体系不仅耐温耐盐性能优良、携砂性能优良、泡沫稳定性好，并且摩阻低，破胶返排率高，对地层腐蚀和伤害低。同时，本发明还提供一种上述自生热复合泡沫压裂液的现场施工方法，为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案如下：
7.一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液，其特征在于，按照重量百分比100％计，所述自生热复合泡沫压裂液的主要组分和重量百分比如下：压裂液基液87.9～92.97％、催化液6.0～10.0％、交联液1.0～1.8％和破胶剂0.03～0.3％，所述压裂液基液由复合稠化剂、气热剂a、气热剂b、起泡剂、酸稳剂和配液水配制而成；所述催化液由酸、阻垢剂和水组成，进一步的，所述催化液现场使用时必须现配现用；所述交联液由表活剂、交联剂、调节剂和水混配而成。
8.优选为：所述压裂液基液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：复合稠化剂0.3～0.8％、气热剂a 7.5～12.5％、气热剂b 4.8～8.0％、起泡剂0.1～0.2％，酸稳剂0.2～0.4％，其余部分为配液水；所述催化液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：酸15.0％、阻垢剂5.0％、水80.0％；所述交联液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：表活剂8.0～15.0％、交联剂50.0～70.0％、调节剂3.0％、水12.0～39.0％。
9.优选为：所述复合稠化剂为疏水羧甲基改性复合胍胶或二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂中的一种；进一步的，所述疏水羧甲基改性复合胍胶代号为mec-3，由四川申和新材料科技有限公司生产，工业品，是以卤代脂肪酸和环氧丙烷为醚化剂，氯代十六烷为疏水改性单体、以多元醇为分散介质，在一定条件下向胍胶原粉分子结构中引入羧甲基和长链烷基后，再经过减压蒸馏、洗涤、干燥、粉碎制得到的小分子改性胍胶；进一步的，所述疏水羧甲基改性复合胍胶的用量为0.4～0.8％。
10.优选为：所述二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂代号为sfc-1，由四川申和新材料科技有限公司生产，工业品，其分子中引入c-s、c-n、c＝o、羧甲基、烷基侧链等功能基团，其水溶液能与表活剂和金属交联剂产生氢键、缔合作用和交联作用，构建强大的网状空间结构；进一步的，所述二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂的用量为0.3～0.7％。
11.优选为：所述气热剂a为40％的nano2浓缩水溶液，所述气热剂b为nh4cl或co(nh2)2中的一种，优选为50％的co(nh2)2浓缩水溶液。
12.优选为：所述起泡剂为aos-35、咪唑啉醋酸钠表面活性剂、烷基糖甘apg1214或w-101中的一种，几种起泡剂在酸性和高矿化度条件下仍具有高效起泡性能，进一步的，所述w-101起泡剂由东营市胜都石油技术有限公司生产，优选为咪唑啉醋酸钠表面活性剂或w-101中的一种。
13.优选为：所述配液水为自来水、清水、压裂返排液或高矿化度盐水，进一步的，所述压裂返排液或高矿化度盐水的总矿化度在10万ppm以内。
14.优选为：所述酸稳剂主要组分为亚磷酸钠、硫代二丙酸、植酸十二钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠中的一种，异丙醇、乙二醇、丙三醇中的一种，聚乙烯吡咯烷酮(k30溶液)、n-乙烯基乙酰胺-丙烯酸钠二元共聚物中的一种，三种组分和水按照15:30:5:50的比例混配而成，
用于提高压裂液体系的耐温、耐酸性能。
15.优选为：所述酸为盐酸、柠檬酸、草酸、甲酸、乙酸中的一种，优选为盐酸、柠檬酸或乙酸中的一种。
16.优选为：所述阻垢剂为聚羧酸盐类阻垢剂或hedp有机膦酸类阻垢缓蚀剂中的一种。
17.优选为：所述表活剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱、十四烷基羟丙基磺基甜菜碱中的一种。
18.优选为：所述交联剂为有机锆交联剂。
19.优选为：所述调节剂为盐酸或乙酸中的一种。
20.优选为：所述破胶剂为过硫酸铵或溴酸钠中的一种。
21.优选为：当所述复合稠化剂采用疏水羧甲基改性复合胍胶时，所述交联液组分和重量百分比如下：表活剂8.0～10.0％、交联剂60.0～70.0％，代号为mae-3，由四川申和新材料科技有限公司生产、调节剂3.0％、水17.0～29.0％；当所述复合稠化剂采用二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂时，所述交联液组分和重量百分比如下：表活剂12.0～15.0％、交联剂50.0～60.0％，代号为sfj-1，由四川申和新材料科技有限公司生产、调节剂3.0％、水22.0～35.0％。
22.本发明还提供一种可实时控制的复合泡沫压裂液现场施工方法，参见图5
23.一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液现场施工方法示意图，其特征在于，其总流程和详细步骤如下：
24.总流程：
25.压裂施工前，配制压裂液基液存于基液罐，配制催化液存于酸罐、准备好交联液；压裂施工时，由混砂车从基液罐中吸入压裂液基液到混砂罐，液添泵和干添系统分别添加交联液和破胶剂到混砂罐，绞龙添加支撑剂，交联后的压裂液排出到混合管路中，由精确加量撬装设备的转料泵从酸罐中吸入催化液，再通过加量泵精确计量加入混合管路中，交联压裂液与催化液混合后经过多台压裂车或电动泵增压并排出到井口分配器汇集，逐渐形成复合的泡沫压裂液，通过井口采油树连接的油管注入地层，携带支撑剂在地层裂缝中铺展，完成压裂施工。
26.详细步骤：
27.s1、压裂液基液的配制：
28.现场大罐内备配液水，在搅拌条件下，按设计比例加入所述的气热剂a、气热剂b混合均匀，待罐内溶液温度恢复到常温，大罐内搅拌器持续搅拌，采用700型水泥车循环配液水并利用射流枪吸入所述的复合稠化剂，稠化剂吸入完毕后循环20分钟，再加入所述的起泡剂和酸稳剂后搅拌均匀，溶胀2h以上，根据室内实验结果，为保证压裂液的综合性能，要求压裂液基液配制好后在10小时内完成压裂施工；
29.s2、催化液配制：
30.在压裂施工前2-3h，按照所述催化液的组分比例配制催化液，储存于酸罐中；
31.s3、压裂施工：
32.混砂车从大罐中吸入配制好的压裂液基液进入混砂罐，再由液添泵和干添系统分别以排量q1(l/min)和q2(kg/min)加入交联液、破胶剂进入混砂罐，压裂液基液、交联液和破
胶剂在搅拌罐内混合均匀后以排量q3(m3/min)排出到混合管路；
33.利用精确加料撬装设备，由转料酸泵提供动力，将催化液泵入撬装设备缓存罐，再通过配套的加料泵以排量q4(l/min)将催化液泵入混合管路，也可直接由精确加料撬装设备上的加料泵从酸罐中吸入催化液再泵入混合管路，使催化液与压裂液携砂液在管汇里混合，再经过多台压裂车或电动泵增压后排出到井口分配器汇集，逐渐形成复合的泡沫压裂液，并以排量q5(m3/min)通过井口采油树连接的油管注入地层；
34.施工过程中，操作员需要根据指挥中心指令来调整混砂车液添泵和干添系统的q1、q2，并通过调整精确加料撬装设备上的加料泵的无极变频控制器频率来调节排量q4，以实时、精确地控制各个施工阶段压裂液体系的生热速率、泡沫干度、交联性能、破胶性能等，从而完成高质量的压裂施工。
35.所述的施工方法中，各排量的控制关系满足以下计算公式：
36.q1＝18*k1q3.................(式1)
37.q2＝r0k1q3..................(式2)
38.q4＝100*r1q3*(4.6k
22-2.61k2+0.867)........(式3)
39.式中：所有参数计算时无量纲。
40.q1为交联液泵入排量，l/min；
41.q2为破胶剂加入速度，kg/min；
42.q3为混砂车排出排量，m3/min；
43.q4为催化液泵入排量，l/min；
44.k1为压裂液交联系数，取值范围0～1，一般最优化设计系数为1，但根据压裂不同阶段要求可做实时调整；
45.k2为体系生气效率，根据组分比例优化情况，其取值范围为0～0.65；
46.r0为破胶剂楔形添加系数，取值范围0.3～3，破胶剂用量根据施工进程进行楔形添加，其中前置液阶段0.3～0.5、携砂液阶段0.5～2.0；顶替液阶段2.0～3.0；
47.r1为压裂液基液中气热剂设计系数，取值范围0～1。
48.进一步的，所述的气热剂设计系数r1在配方设计时确定，排量q1、q2、q4根据压裂时实际的施工排量q3、要求的交联系数k1、生气效率k2以及破胶剂楔形添加系数r0来确定。
49.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
50.提供了一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液及现场施工方法，相关组分、压裂液的优良性能以及现场施工方法的主要性能概述如下：
51.(1)通过催化液酸度的控制，气热剂a和b反应速率可控，并且避免了歧化反应生成no和no2，体系升温幅度60℃以上，生气效率可达60％，并且两种气热剂均采用浓缩水溶液形式运到施工现场，方便现场配液，节省了人力物力；
52.(2)气热剂反应后生成co2和n2混合气体，在大量生热的情况下，co2对中质油和重质油的降黏效果更加显著；
53.(3)复合稠化剂耐盐性能好，不管是在高含量的气热剂水溶液中，还是在气热反应后的高矿化度nacl溶液中均具有良好的增粘能力和抗盐稳定性，因此可采用清水、压裂液返排液等配制，现场适应性强；
54.(4)复合稠化剂与配套交联体系作用采取低粘度高弹性思路(交联作用与氢键作
用结合)，有效提高了压裂液的空间网状结构强度，即提高了液体耐温耐剪切性能(耐温能力可达150℃)，又明显克服了形成泡沫压裂液后摩阻增加的问题，并且体系配套有专用的耐酸耐盐起泡剂，形成的复合泡沫压裂液泡沫干度高、泡沫稳定性强、携砂性能优良；
55.(5)为减少复杂离子作用，优化添加了阻垢剂，防止液体在地层结垢对造成严重伤害，体系可采用高矿化度盐水配制，提高了现场配液用水适应性；
56.(6)本发明的复合泡沫压裂液泡沫干度高，相对用水量明显减少，并且压裂液残渣含量低，同时具有优良的增能助排能力，因此压裂后对储层的二次伤害小，从而显著提高压裂效果，增加储层产能；
57.(7)根据本发明的复合泡沫压裂液实现方式和自身性能特点，优化了其现场施工方法，能够精确地控制各个施工阶段压裂液体系的生热速率、泡沫干度、交联性能、破胶性能参数等，从而完成高质量的压裂施工。
58.(8)在长庆油田，应用本发明提供的复合泡沫压裂液顺利施工数井次，返排情况良好，并获得了良好的增产效果。这说明本发明提供的压裂液适用温度范围广，不但能很好地满足压裂施工要求，而且对地层伤害小，证实了该压裂液是一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液。
59.下面通过一系列的室内实验对一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液的配方进行了研究和优化。
60.1、压裂液复合稠化剂及交联液用量优化实验
61.现场应用时，根据压裂目标储层条件(如地层温度、压力系数、加砂难易程度等)和压裂设计要求的不同，自生热复合泡沫压裂液的性能及相关参数也得做相应的调整和优化，以达到最佳的压裂施工效果，室内通过大量实验从压裂液基液粘度、交联性能、耐温能力、经济性等方面对压裂液配方做了一定的优化调整，并对配方的现场适用程度做了一定的评判(用+的数量来衡量配方适用程度)，实验结果见表1。
62.表1不同配方的压裂液性能测试结果统计
63.64.[0065][0066]
对各组实验结果对比分析，当复合稠化剂为二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂sfj-1时，优选用量为0.3～0.7％。清水配制时其用量为0.3～0.6％，压裂液可以满足150℃储层的耐温能力要求，但当用量为0.6％时其基液粘度较高，现场使用时泵注性能差，适用程度低；模拟返排液配制时其用量为0.4～0.7％，压裂液可以满足130℃储层的耐温能力要求，出于经济性和现场适用性考虑，不推荐0.8％的用量。
[0067]
当复合稠化剂为疏水羧甲基改性复合胍胶mec-3时，优选用量为0.4～0.8％。清水配制时其用量为0.4～0.7％，压裂液可以满足160℃储层的耐温能力要求，但当用量为0.7％时其基液粘度很高，现场使用时泵注性能差，适用程度低；模拟返排液配制时其用量为0.4～0.8％，压裂液可以满足150℃储层的耐温能力要求，出于经济性和现场适用性考虑，不推荐0.9％的用量。
[0068]
因此，从压裂液基液粘度、交联性能、耐温能力、经济性等几个方面综合考虑，初步确定了指定温度下压裂液复合稠化剂和交联液的用量，大致如下：
[0069]
(1)当复合稠化剂为二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂sfj-1时：
[0070]
清水配制：
[0071]
80℃，0.3％sfj-1+1.0％交联液；
[0072]
110℃，0.4％sfj-1+1.2％交联液；
[0073]
140℃，0.5％sfj-1+1.4％交联液。
[0074]
模拟返排液(矿化度2万ppm)配制：
[0075]
90℃，0.5％sfj-1+1.3％交联液；
[0076]
110℃，0.6％sfj-1+1.4％交联液；
[0077]
130℃，0.7％sfj-1+1.5％交联液。
[0078]
(2)当复合稠化剂为疏水羧甲基改性复合胍胶mec-3时：
[0079]
清水配制：
[0080]
90℃，0.4％mec-3+1.2％交联液；
[0081]
120℃，0.5％mec-3+1.4％交联液；
[0082]
150℃，0.6％mec-3+1.6％交联液。
[0083]
模拟返排液(矿化度2万ppm)配制：
[0084]
60℃，0.4％mec-3+1.2％交联液；
[0085]
90℃，0.5％mec-3+1.4％交联液；
[0086]
120℃，0.6％mec-3+1.5％交联液；
[0087]
140℃，0.7％mec-3+1.6％交联液；
[0088]
150℃，0.8％mec-3+1.8％交联液。
[0089]
2、不同气热剂体系对压裂液稠化剂性能的影响
[0090]
本发明筛选了不同的压裂液稠化剂进行实验，研究了常用的自生热生气体系co(nh2)2/nano2和nh4cl/nano2对稠化剂相关性能的影响。实验结果见表2。
[0091]
结果表明，相比之下，nh4cl/nano2对各稠化剂的性能影响较大(并且前期研究发现该体系反应时间较长，易生成氮氧化物)，所以选择co(nh2)2/nano2体系，而对比稠化剂的综合性能，酸改性胍胶和常规聚丙烯胺酰胺聚合物在增粘能力、交联性能上表现良好，但存在抗温差和破胶问题，并且高强度的冻胶会导致形成泡沫压裂液后摩阻大幅度增加，而疏水缔合聚合物主要靠粘弹性携砂因此摩阻不会太高，但在耐温上存在劣势，综合所述，本发明采用疏水羧甲基改性复合胍胶和二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂作为复合稠化剂。
[0092]
表2不同气热剂体系对压裂液稠化剂(0.4％)性能的影响
[0093][0094]
3、本发明提供的自生热泡沫压裂液生气效率k2优化
[0095]
催化液的加量对气热反应的影响尤其重要。本发明通过控制催化液的用量来控制产气速度，使泡沫体系达到理想的压裂效果，即控制体系的生气效率k2。通过大量实验研究了气热剂相同时，不同催化液用量对体系产气量和产气速率的影响，考察催化液用量与生气效率的关系见图1，导出经验公式，可以计算指定生气效率下催化液的加量百分比，w％＝0.46k
22-0.261k2+0.0867，从而指导现场施工。
[0096]
4、本发明提供的起泡剂的优选过程
[0097]
筛选了几种起泡剂，室内通过对气热剂配伍性、耐酸碱耐盐性、起泡性能、协同增效作用等进行测试，优选出适合本发明体系的起泡剂。采用自来水配液，起泡试验采用半密闭搅拌器在800r/min条件下搅拌1min。实验结果见表,3。从实验数据可知，几种起泡剂在不同ph值、不同矿化度条件下均具有良好的起泡性能，气热反应后生成的气体更加提高了体系的起泡能力(泡沫液的泡沫干度可达90％以上)，稠化剂加入后由于液体粘度增加使起泡
率有所降低，但泡沫液的稳定性明显提升。所以泡沫压裂液中气热反应体系、起泡剂、压裂液稠化剂三者是相辅相成、互相协同增效，缺一不可的，共同作用形成性能优良的泡沫体系。
[0098]
表3不同条件对起泡剂性能的影响
[0099]
[0100]
附图说明
[0101]
图1为本发明提供的压裂液生气效率控制系数k2与催化液用量的关系曲线。
[0102]
图2为实施例2提供的自生热复合泡沫压裂液在140℃条件下的耐温耐剪切测试曲线。
[0103]
图3为实施例3提供的自生热复合泡沫压裂液在130℃条件下的耐温耐剪切测试曲线。
[0104]
图4为实施例5提供的自生热复合泡沫压裂液在150℃条件下的耐温耐剪切测试曲线。
[0105]
图5为实施例6提供的自生热复合泡沫压裂液在150℃条件下的耐温耐剪切测试曲线。
[0106]
图6为实施例1提供的自生热复合泡沫压裂液悬砂性能测试。
[0107]
图7为本发明提供的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液现场施工方法示意图。
[0108]
图8为本实施例1提供的自生热复合泡沫压裂液现场应用施工曲线。
具体实施方式
[0109]
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0110]
若未特别指出，实施例中涉及到的压裂液性能评价实验条件和实验方法均参照中石油行业标准“sy/t6376-2008压裂液通用技术条件”和“sy/t5107-2005水基压裂液性能评价方法”；若未特别指出，实施例中涉及到的百分号“％”均为质量百分比。
[0111]
一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液，其特征在于，按照重量百分比100％计，所述自生热复合泡沫压裂液的主要组分和重量百分比如下：压裂液基液87.9～92.97％、催化液6.0～10.0％、交联液1.0～1.8％和破胶剂0.03～0.3％，所述压裂液基液
由复合稠化剂、气热剂a、气热剂b、起泡剂、酸稳剂和配液水配制而成；所述催化液由酸、阻垢剂和水组成，该催化液使用时必须现配现用；所述交联液由表活剂、交联剂、调节剂和水混配而成。优选为：所述压裂液基液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：复合稠化剂0.3～0.8％、气热剂a 7.5～12.5％、气热剂b 4.8～8.0％、起泡剂0.1～0.2％，酸稳剂0.2～0.4％，其余部分为配液水；所述催化液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：酸15.0％、阻垢剂5.0％、水80.0％；所述交联液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：表活剂8.0～15.0％、交联剂50.0～70.0％、调节剂3.0％、水12.0～39.0％。
[0112]
实施例1
[0113]
气热剂设计系数r1取值为1，交联系数k1取值为1、生气效率k2取值为0.65的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液，按照重量百分比100％计，主要组分和重量百分比如下：
[0114]
压裂液基液88.9％、催化液10％、交联液1.0％、破胶剂0.1％。
[0115]
所述压裂液基液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0116]
复合稠化剂：二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂sfj-1，0.3％；
[0117]
气热剂a：40％的nano2浓缩水溶液，12.5％；
[0118]
气热剂b：50％的co(nh2)2浓缩水溶液，8％；
[0119]
起泡剂：咪唑啉醋酸钠表面活性剂，0.2％；
[0120]
酸稳剂：0.2％，由植酸十二钠、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(k30溶液)和水按照15:30:5:50的比例混配而成；
[0121]
其余部分为自来水。
[0122]
所述催化液现场使用时必须现配现用，按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0123]
酸：盐酸，15.0％；
[0124]
阻垢剂：有机膦酸类阻垢缓蚀剂，5.0％；
[0125]
水：80.0％。
[0126]
所述交联液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0127]
表活剂：十二烷基二苯醚二磺酸钠，15.0％；
[0128]
交联剂：sfj-1有机锆交联剂，50％；
[0129]
调节剂：盐酸，3.0％；
[0130]
水：32.0％。
[0131]
所述破胶剂为溴酸钠中。
[0132]
前期配方研究结果表明，复合稠化剂sfj-1和交联液都在较低用量下，本实施例压裂液耐温能力即可达到90℃，本实施例生气效率设计为0.65，使得液体起泡率高，压裂液泡沫干度高，可以明显提高压裂液携砂性能。
[0133]
实施例2
[0134]
气热剂设计系数r1取值为0.6，交联系数k1取值为1、生气效率k2取值为0.42的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液，按照重量百分比100％计，主要组分和重量百分比如下：
[0135]
压裂液基液92.4％、催化液6％、交联液1.4％、破胶剂0.2％。
[0136]
所述压裂液基液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0137]
复合稠化剂：二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂sfj-1，0.5％；
[0138]
气热剂a：40％的nano2浓缩水溶液，7.5％；
[0139]
气热剂b：50％的co(nh2)2浓缩水溶液，4.8％；
[0140]
起泡剂：咪唑啉醋酸钠表面活性剂，0.1％；
[0141]
酸稳剂：0.4％，由植酸十二钠、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(k30溶液)和水按照15:30:5:50的比例混配而成；
[0142]
其余部分为自来水。
[0143]
所述催化液现场使用时必须现配现用，按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0144]
酸：盐酸，15.0％；
[0145]
阻垢剂：有机膦酸类阻垢缓蚀剂，5.0％；
[0146]
水：80.0％。
[0147]
所述交联液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0148]
表活剂：十二烷基二苯醚二磺酸钠，12.0％；
[0149]
交联剂：sfj-1有机锆交联剂，60％；
[0150]
调节剂：盐酸，3.0％；
[0151]
水：25.0％。
[0152]
所述破胶剂为溴酸钠中。
[0153]
前期配方研究结果表明，清水配制压裂液时，现场适用配方复合稠化剂sfj-1最高用量为0.5％，对应最优交联液用量1.4％，本实施例压裂液耐温能力可达到140℃，图2即为本实施例在140℃条件下的耐温耐剪切测试曲线。本实施例冻胶强度较高，携砂性能好但摩阻较高，因此气热剂系数r1设计为0.6，生气效率k2设计为0.42，降低起泡率，从而降低压裂液泡沫干度，可以有效降低液体摩阻。
[0154]
实施例3
[0155]
气热剂设计系数r1取值为0.80，交联系数k1取值为1、生气效率k2取值为0.5的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液，按照重量百分比100％计，主要组分和重量百分比如下：
[0156]
压裂液基液91.28％、催化液7.12％、交联液1.5％、破胶剂0.1％。
[0157]
所述压裂液基液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0158]
复合稠化剂：二氧化碳泡沫压裂液聚合物稠化剂sfj-1，0.7％；
[0159]
气热剂a：40％的nano2浓缩水溶液，10％；
[0160]
气热剂b：50％的co(nh2)2浓缩水溶液，6.4％；
[0161]
起泡剂：烷基糖甘apg1214，0.1％；
[0162]
酸稳剂：0.3％，由亚磷酸钠、异丙醇、n-乙烯基乙酰胺-丙烯酸钠二元共聚物和水按照15:30:5:50的比例混配而成；
[0163]
其余部分为模拟返排液，总矿化度为2万ppm。
[0164]
所述催化液现场使用时必须现配现用，按照重量百分比100％计，其组分和重量百
分比如下：
[0165]
酸：盐酸，15.0％；
[0166]
阻垢剂：有机膦酸类阻垢缓蚀剂，5.0％；
[0167]
水：80.0％。
[0168]
所述交联液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0169]
表活剂：十四烷基羟丙基磺基甜菜碱，13.0％；
[0170]
交联剂：sfj-1有机锆交联剂，55％；
[0171]
调节剂：盐酸，3.0％；
[0172]
水：29.0％。
[0173]
所述破胶剂为过硫酸铵中。
[0174]
根据前期配方研究结果，模拟返排液配制压裂液时，现场适用配方中复合稠化剂sfj-1最高用量为0.7％，对应最优交联液用量1.5％，本实施例压裂液耐温能力可达到130℃，图3即为本实施例在130℃条件下的耐温耐剪切测试曲线。本实施例稠化剂用量高，交联冻胶强度较高，因此气热剂系数r1设计为0.8，生气效率k2设计为0.5，可以有效降低液体摩阻。
[0175]
实施例4
[0176]
气热剂设计系数r1取值为0.95，交联系数k1取值为1、生气效率k2取值为0.608的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液，按照重量百分比100％计，主要组分和重量百分比如下：
[0177]
压裂液基液88.77％、催化液10％、交联液1.2％、破胶剂0.03％。
[0178]
所述压裂液基液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0179]
复合稠化剂：疏水羧甲基改性复合胍胶mec-3，0.4％；
[0180]
气热剂a：40％的nano2浓缩水溶液，12％；
[0181]
气热剂b：50％的co(nh2)2浓缩水溶液，7.2％；
[0182]
起泡剂：w-101，0.2％；
[0183]
酸稳剂：0.2％，由硫代二丙酸、异丙醇、n-乙烯基乙酰胺-丙烯酸钠二元共聚物和水按照15:30:5:50的比例混配而成；
[0184]
其余部分为自来水。
[0185]
所述催化液现场使用时必须现配现用，按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0186]
酸：乙酸，15.0％；
[0187]
阻垢剂：聚羧酸盐类阻垢剂，5.0％
[0188]
水：80.0％。
[0189]
所述交联液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0190]
表活剂：十四烷基羟丙基磺基甜菜碱，10.0％；
[0191]
交联剂：mae-3有机锆交联剂，60％；
[0192]
调节剂：乙酸，3.0％；
[0193]
水：27.0％。
[0194]
所述破胶剂为溴酸钠中。
[0195]
根据前期配方研究结果，复合稠化剂mec-3用量要达到0.4％才具有较好的溶胀和交联成胶的效果，对应的交联液最优用量为1.2％，得到的压裂液耐温能力为90℃，本实施例生气效率设计为0.608，液体起泡率高，压裂液泡沫干度高，可以明显提高压裂液携砂性能。
[0196]
实施例5
[0197]
气热剂设计系数r1取值为0.8，交联系数k1取值为1、生气效率k2取值为0.5的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液，按照重量百分比100％计，主要组分和重量百分比如下：
[0198]
压裂液基液91.18％、催化液7.12％、交联液1.4％、破胶剂0.3％。
[0199]
所述压裂液基液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0200]
复合稠化剂：疏水羧甲基改性复合胍胶mec-3，0.6％；
[0201]
气热剂a：40％的nano2浓缩水溶液，10％；
[0202]
气热剂b：50％的co(nh2)2浓缩水溶液，6.4％；
[0203]
起泡剂：烷基糖甘apg1214，0.1％；
[0204]
酸稳剂：0.4％，由硫代二丙酸、异丙醇、n-乙烯基乙酰胺-丙烯酸钠二元共聚物和水按照15:30:5:50的比例混配而成；
[0205]
其余部分为自来水。
[0206]
所述催化液现场使用时必须现配现用，按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0207]
酸：乙酸，15.0％；
[0208]
阻垢剂：聚羧酸盐类阻垢剂，5.0％
[0209]
水：80.0％。
[0210]
所述交联液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0211]
表活剂：甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱，8.0％；
[0212]
交联剂：mae-3有机锆交联剂，70％；
[0213]
调节剂：乙酸，3.0％；
[0214]
水：19.0％。
[0215]
所述破胶剂为溴酸钠中。
[0216]
通过配方优化测试，复合稠化剂mec-3用量0.6％时基液粘度可达93mpa.s，再提高稠化剂用量，压裂液基液流动性差，现场施工可操作性差，因此本实施例采用清水配制时稠化剂最高用量定为0.6％，对应的交联液最优用量为1.6％，得到的压裂液耐温能力可达150℃，图4即为本实施例在150℃条件下的耐温耐剪切测试曲线。本实施例冻胶强度大，摩阻偏高，因此生气效率设计为0.5，降低压裂液泡沫干度高，可以适当降低施工摩阻。
[0217]
实施例6
[0218]
气热剂设计系数r1取值为0.6，交联系数k1取值为1、生气效率k2取值为0.42的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液，按照重量百分比100％计，主要组分和重量百分比如下：
[0219]
压裂液基液92.0％、催化液6％、交联液1.8％、破胶剂0.2％。
[0220]
所述压裂液基液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0221]
复合稠化剂：疏水羧甲基改性复合胍胶mec-3，0.8％；
[0222]
气热剂a：40％的nano2浓缩水溶液，7.5％；
[0223]
气热剂b：50％的co(nh2)2浓缩水溶液，4.8％；
[0224]
起泡剂：烷基糖甘apg1214，0.1％；
[0225]
酸稳剂：0.3％，由亚硫酸钠、丙三醇、n-乙烯基乙酰胺-丙烯酸钠二元共聚物和水按照15:30:5:50的比例混配而成；
[0226]
其余部分为模拟返排液，总矿化度为2万ppm。
[0227]
所述催化液现场使用时必须现配现用，按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0228]
酸：乙酸，15.0％；
[0229]
阻垢剂：聚羧酸盐类阻垢剂，5.0％
[0230]
水：80.0％。
[0231]
所述交联液按照重量百分比100％计，其组分和重量百分比如下：
[0232]
表活剂：甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱，9.0％；
[0233]
交联剂：mae-3有机锆交联剂，65％；
[0234]
调节剂：乙酸，3.0％；
[0235]
水：23.0％。
[0236]
所述破胶剂为溴酸钠中。
[0237]
通过配方优化测试，当采用返排液配制压裂液时，复合稠化剂mec-3用量可提高到0.8％，对应基液粘度达108mpa.s，压裂液基液流动性一般，现场施工具备可操作性，因此本实施例稠化剂最高用量定为0.8％，对应的交联液最优用量为1.8％，得到的压裂液耐温能力可达150℃，图5即为本实施例在150℃条件下的耐温耐剪切测试曲线。本实施例冻胶强度大，摩阻偏高，因此生气效率设计为0.42，降低压裂液泡沫干度高，可以适当降低施工摩阻。
[0238]
实施例7：对实施例2压裂液的性能评价
[0239]
(1)压裂液基液粘度：72mpa
·
s；
[0240]
(2)泡沫压裂液泡沫干度：55.6％；
[0241]
(3)压裂液流变测试：按比例向压裂液基液中加入交联液，不加破胶剂，测试压裂液耐温耐剪切性能。
[0242]
实验仪器：哈克rs6000流变仪，旋转圆筒测试系统，使用转子pz38；
[0243]
测试条件：温度140℃、剪切速率170s-1
、测试时间2h；
[0244]
测试结果：由图2可知，实施例2的自生热复合泡沫压裂液在140℃、170s-1
条件下剪切120min后，表观粘度大于50mpa.s，能够很好的满足《syt6376-2008压裂液通用技术条件标准》中水基压裂液要求耐温耐剪切性能≥50mpa.s的技术要求，表现出很好的耐温耐剪切性能，在自生热后温度达到140℃也能满足储层压裂施工要求。
[0245]
实施例8：对实施例3压裂液的性能评价
[0246]
(1)压裂液基液粘度：75mpa
·
s；
[0247]
(2)泡沫压裂液泡沫干度：66.2％；
[0248]
(3)压裂液流变测试：按比例向压裂液基液中加入交联液，不加破胶剂，测试压裂液耐温耐剪切性能。
[0249]
实验仪器：哈克rs6000流变仪，旋转圆筒测试系统，使用转子pz38；
[0250]
测试条件：温度130℃、剪切速率170s-1
、测试时间2h；
[0251]
测试结果：由图3可知，即使采用高矿化度的模拟返排液配液，自生热复合泡沫压裂液在130℃、170s-1
条件下剪切120min后，表观粘度大于60mpa.s，表现出很好的耐盐、耐温耐剪切性能，在现场配液水质条件差的情况下也能满足压裂施工要求。
[0252]
实施例9：实施例5压裂液性能评价结果
[0253]
(1)压裂液基液粘度：84mpa
·
s；
[0254]
(2)泡沫压裂液泡沫干度：68％；
[0255]
(3)压裂液流变测试：按比例向压裂液基液中加入交联液，不加破胶剂，测试压裂液耐温耐剪切性能。
[0256]
实验仪器：哈克rs6000流变仪，旋转圆筒测试系统，使用转子pz38；
[0257]
测试条件：温度150℃、剪切速率170s-1
、测试时间2h；
[0258]
测试结果：由图4可知，实施例5的自生热复合泡沫压裂液在150℃、170s-1
条件下剪切120min后，表观粘度保持在130mpa.s以上，能够很好的满足《syt6376-2008压裂液通用技术条件标准》中，水基压裂液要求耐温耐剪切性能≥50mpa.s的技术要求，表现出优良的耐温耐剪切性能。
[0259]
实施例10：实施例6压裂液性能评价结果
[0260]
(1)压裂液基液粘度：84mpa
·
s；
[0261]
(2)泡沫压裂液泡沫干度：57.6％；
[0262]
(3)压裂液流变测试：按比例向压裂液基液中加入交联液，不加破胶剂，测试压裂液耐温耐剪切性能。
[0263]
实验仪器：哈克rs6000流变仪，旋转圆筒测试系统，使用转子pz38；
[0264]
测试条件：温度150℃、剪切速率170s-1
、测试时间2h；
[0265]
测试结果：由图5可知，采用模拟返排液配制自生热复合泡沫压裂液在150℃、170s-1
条件下剪切120min后，表观粘度仍保持在100mpa.s以上，说明本发明的复合二氧化碳泡沫压裂液具有优良的耐盐性能、耐温耐剪切性能，在充分利用现场返排液的同时，压裂液也能满足150℃储层的压裂施工要求。
[0266]
实施例10：本发明提供可实时控制的自生热复合泡沫压裂液的悬砂性能评价
[0267]
按照实施例1中的配方配制复合泡沫压裂液基液，按200ml分成若干组，分别加入催化液、不同比例的交联液和35％的石英砂(20/40目),在吴茵混调器中搅拌均匀后随即倒入250ml的量筒，计时，每隔一定时间记录上层析出的清液体积。实验现象如图4，由图4可以观察到石英砂随着压裂液体积的膨胀而不断上升，悬浮在量筒内，没有发生沉降，实验最终测得石英砂在24小时内无明显沉降，表明在室温条件下本发明提供的自生热复合胍胶泡沫压裂液悬砂性能优良，且悬砂比例可以达到35％。
[0268]
实施例11：本发明提供的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液破胶返排性能评价
[0269]
为了提高压裂液的返排，降低对储层的伤害，要求压裂液在施工结束时实现快速彻底破胶，又要求压裂液破胶时间和裂缝闭合时间相匹配。为此，采用实施例中的几个配方配制压裂液，进行破胶测试，几组压裂液的测试结果见表4。
[0270]
表4各实施例破胶测试结果
[0271][0272]
破胶实验表明，根据地层温度的不同，通过控制破胶剂的浓度，最终在保证液体性能的前提下压裂液可以在4h内彻底破胶，破胶液粘度低、表面张力低，并且破胶液残渣含量低，远低于行业标准。
[0273]
实施例12：本发明提供的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液增能助排性能评价
[0274]
增能助排是本发明提供的复合泡沫压裂液的重要特征之一。其增压原因在于气热剂体系反应生成大量气体，气泡受环境条件限制，体积膨胀受压缩，从而对外形成高压状态。室内评价了本发明提供的复合泡沫压裂液的增能助排性能，实验结果见表5。
[0275]
表5实施例3不同催化液用量下的增压能力(mpa)(25℃)
[0276][0277]
可见，该实施例配方在5min内增压能力仍达到了8.23mpa，说明该本发明所提高的自生热生气泡沫压裂液具有良好的增压能力，对压裂液破胶液具有非常好的增能助排作用。
[0278]
实施例13：采用实施例3进行的压裂施工方法控制过程
[0279]
长庆油田悦字号某井某层，预测地层温度55℃、地层压力11.5mpa，采用本发明的自生热复合泡沫压裂液，设计总液量60m3，气热剂设计系数r1取值为0.95，交联系数k1取值为1、生气效率k2取值为0.608。现场施工方法控制过程如下：
[0280]
s1、压裂液基液的配制：
[0281]
现场备两个基液罐，有效容积30m3，每罐备配液水24m3，在搅拌条件下，按设计比例加入3600kg气热剂a-40％的nano2浓缩水溶液、2160kg气热剂b-50％的co(nh2)2浓缩水溶液混合均匀，待罐内溶液温度恢复到常温，大罐内搅拌器持续搅拌，采用700型水泥车循环配液水并利用射流枪吸入105kg疏水羧甲基改性复合胍胶mec-3，稠化剂吸入完毕后循环20分钟，再加入60kg起泡剂w-101和90kg酸稳剂后搅拌均匀，溶胀4h；
[0282]
s2、催化液配制：
[0283]
在压裂施工前2-3h，按照所述催化液的组分比例，在酸罐中加入900kg 15％的乙酸、300kg阻垢剂聚羧酸盐类阻垢剂、4800kg水，搅拌均匀，放置备用；
[0284]
s3、压裂施工：
[0285]
本层累计用液55.1m3，加砂10.2m3，施工压力13-22mpa。根据甲方要求，在不同压裂阶段对交联液和催化液的在线加量都做了适当调整，具体如下：
[0286]
前置液阶段：施工排量0.9m3/min，压裂液交联系数k1取值1/3，生气效率k2取值0.608，r0取值0.3～0.5。总用液9.5m3，压力14.5～21.3mpa。
[0287]
液添泵排量q1(5.4l/min)加入交联液、干添系统q2(0.1-0.15kg/min)加入破胶剂，压裂液在混砂罐混合均匀后以排量q3(0.9m3/min)排出；本公司的精确加料撬装设备中加料泵以排量q4(80l/min)将催化液泵入混砂罐出口的低压管汇上与压裂液在管汇里混合形成泡沫压裂液。
[0288]
携砂液阶段：由于前置液阶段生气效率较高，产生气体形成泡沫压裂液泡沫干度高，摩阻明显增加，因此携砂液阶段适当降低生气效率k2，并且采用强冻胶加砂，因此施工参数变动：施工排量0.85m3/min，压裂液交联系数k1取值1，生气效率k2取值0.5，r0取值0.5～1.5。总用液39.9m3，压力13.6～14.5mpa，共加砂10.2m3，平均砂比25.6％。
[0289]
液添泵排量q1(15l/min)加入交联液、干添系统q2(0.4-1.3kg/min)加入破胶剂，压裂液在混砂罐混合均匀后以排量q3(0.85m3/min)排出；本公司的精确加料撬装设备中加料泵以排量q4(65l/min)将催化液泵入混砂罐出口的低压管汇上与压裂液携砂液在管汇里混合形成携砂的泡沫压裂液。
[0290]
顶替液阶段：参数变动，施工排量0.85m3/min，压裂液交联系数k1取值0.3，生气效率k2取值0.3，r0取值2～3。注入顶替液5.7m3停泵。
[0291]
液添泵排量q1(16l/min)加入交联液、干添系统q2(6-9kg/min)加入破胶剂，压裂液在混砂罐混合均匀后以排量q3(0.85m3/min)排出；本公司的精确加料撬装设备中加料泵以排量q4(39l/min)将催化液泵入混砂罐出口的低压管汇上与压裂液在管汇里混合形成泡沫压裂液。
[0292]
本实施例应用表明，本发明提供的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液能够满足施工要求，配方设计相关参数可调节，通过施工方法的控制，可以高质量地完成加砂压裂施工。
[0293]
现场应用施工例
[0294]
采用本发明实施例1提供的一种可实时控制的自生热复合泡沫压裂液及现场施工方法在长庆油田现场施工应用超过10井段，压裂工艺成功率100％，合计压裂液用量超800方，现场施工表明压裂体系配伍性能良好、耐温耐盐性能好、携砂性能、泡沫干度高、稳定性好、破胶彻底且不溶物含量很低、增能助排能力优良。配套的施工方法技术成熟、操作方便，
可实时控制各项参数。
[0295]
其中的池字号某井延9层，施工顺利并完成设计加砂量，达到了低渗油藏压裂改造增压的目的，提高改造效果。本层设计液量60m3，设计砂量8m3，设计排量0.8m3/min，气热剂设计系数r1取值为0.95，实际压裂施工排量0.8m3/min，施工压力9.2～24.4mpa，最大施工砂比为250kg/m3,平均砂比180kg/m3，总共加砂合计8.8m3，实际用自生热复合泡沫压裂液50.2m3，其中前置液6.1m3/携砂液38.3m3/顶替液5.8m3，施工曲线见图6。
[0296]
在实际施工过程中，根据各压裂阶段要求的不同，通过交联系数k1和生气效率k2的调整，确定交联液和催化液的加量，从而对自生热复合泡沫压裂液是性能进行了实时控制。
[0297]
前置液阶段：压裂液低粘度高泡沫干度，因此交联系数k1设计量为0.6，生气效率k2设计量为0.6，该阶段油压逐渐升高，但是在一瞬间油压突然下降，表明地层岩石被压开，形成较多新的进液通道，但由于高泡沫质量液体，本阶段施工压力较高；
[0298]
携砂液阶段：压裂液冻胶高强度低泡沫干度，因此交联系数k1设计量为1，生气效率k2设计量为0.5，本阶段由于压裂液性能的调整显著降低了施工压力，并且随着压裂液携带支撑剂进入地层，油压进一步降低，后期随支撑剂浓度的提高，施工压力都很平稳，间接表明自生热复合泡沫压裂液良好的携砂性能、造缝性能、裂缝延伸性能；
[0299]
顶替液阶段：逐步降低压裂液粘度利于破胶，提高压裂液泡沫干度利于后期增能，因此交联系数k1设计量为0.4，生气效率k2设计量为0.6，顶替液用于将支撑剂全部顶替入地层支持裂缝，同时扫除井筒中的支撑剂，保持井筒清洁畅通，为后期返排和产气创造良好通道。
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上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。