专利名称：压裂用低成本水基清洁压裂液及破胶液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油气储层、煤层气储层改造用处理剂，具体涉及一种油气井、煤层
气井压裂用低伤害、高携砂能力、低成本的水基清洁压裂液及破胶液。
背景技术：
煤是一种杨氏模量低、泊松比高、硬度低、易破碎的非常规储层，它由基质和裂隙两部分组成，煤层气主要以吸附状态附在煤层基质微孔隙内表面上，裂隙系统才是煤层流体(气和水)运移的主要通道。煤层的裂隙系统受很多因素的影响，连通性差、渗透率低是煤储层致命的缺陷，因此需要压裂改造以改善煤层的导流能力，常规煤层气直井如果不通过压裂改造很难获得产能。 由于煤层气储层具有低孔、低渗、易受污染等特点，因此压裂时需要尽量降低压裂液对煤层的污染。由于煤层气开采开发的低投入、低产出的特点，就要求压裂液必须成本低、易实施、伤害小、携砂性能好，才能在煤层气压裂中得到大范围推广。 目前使用的活性水压裂液虽然对煤层伤害小，但其携砂性能较差；胍胶压裂液虽然携砂性能好，但它对储层的伤害高；而油气田压裂中普遍使用的清洁压裂液虽然具有低伤害、携砂性能好等特点，但其成本高，在1000元/m3以上，这些均无法满足煤层气井压裂的需要。
发明内容
本发明是为了解决上述技术问题而作出的，其目的在于提供一种压裂用低成本水基清洁压裂液，该压裂用低成本水基清洁压裂液能够很好的解决压裂液对煤层的污染问题，同时大大提高了压裂液的携砂性能，其价格仅为活性水压裂液的1. 5-2. 0倍，远低于胍胶压裂液和普通清洁压裂液。由于它具有成本低、伤害小、携砂好等特点，更易于在煤层气储层压裂中进行推广。 在煤层气井压裂中，压裂液与煤层接触造成的渗透率降低，一般是由煤基质的割理被堵塞及液体吸附所造成的，此外煤层的水化膨胀和其它不良化学反应也是造成储层渗透率降低的原因。但从伤害的主要成分分析以堵塞和吸附为主，因此要求压裂液以不形成滤饼、残渣和主要添加剂具有较小的吸附性能、小分子(分子量控制在400以内)为特点。为避免活性水压裂液携砂能力差的缺点，新型的压裂液必须具有一定的粘度，以提高压裂液携砂能力。 能够满足无滤饼、低残渣、小分子的同时具有一定携砂粘度的压裂液主剂，必须依
靠表面活性剂才能实现。表面活性剂具有亲油、亲水的两亲性，分子具有不对称结构，分子
式如下
水
憎水基 亲水基 憎水基 亲水基 其溶于水后，亲水基受到水分子的吸引，而憎水基(亲油基)受到水分子的排斥。为了克服这种不稳定状态，就会采取独特的定向排列，并形成一定组织结构(图la简单胶束)，主要呈现线性地蠕虫状胶束形态，其长度可达1000nm以上；当表面活性剂的浓度增加时，蠕虫状胶束更细小并显示相互缠结的状态(图lb蠕虫状胶)；加入有机盐后，有机反离子明显影响了表活剂蠕虫状胶束及其缠结状态，体系出现絮凝体结构(图lc溶致液晶)，即导致冻胶体的形成，从而提高液体的携砂性能。表面活性剂的电镜扫描照片见图2、表面活性剂+盐体系的电镜扫描照片见图3。 本发明按下述方法制备(本说明书中所述浓度和％均为质量百分比)
A :将0. 4质量份的小阳离子防膨剂、0. 06质量份的有机钠盐加入到99. 34质量份的水中，搅拌至完全溶解，再加入0. 2质量份的阳离子表面活性剂，搅拌至均匀，形成具有一定粘度的澄清透亮胶液，即制得一种煤层气井压裂用低伤害、高携砂能力、低成本的水基清洁压裂液。即压裂液配方为0.4%小阳离子防膨剂+0. 06%有机钠盐+0.2%阳离子表面活性剂，即水基清洁压裂液中小阳离子防膨剂的浓度为0. 4%，有机钠盐的浓度为0. 06%，阳离子表面活性剂的浓度为0. 2%，现场实施时可根据上述配方配制所需体积的压裂液。
B:可根据压裂需要，将方法A压裂液配方中的阳离子表面活性剂与有机钠盐的浓
度同比例放大，保证阳离子表面活性剂有机钠盐=1 : 0.3(质量比)，阳离子表面活性剂
的最高浓度可增大至0. 6%，对应有机钠盐的浓度为0. 18%，即配方为0. 4%小阳离子防膨剂+0. 06 0. 18%有机钠盐+0. 2 0. 6%阳离子表面活性剂，即水基清洁压裂液中小阳离子防膨剂的浓度为0. 4%，有机钠盐的浓度为0. 06 0. 18%，阳离子表面活性剂的浓度为0. 2 0. 6% 。配方中阳离子表面活性剂与有机钠盐的浓度越高，所配出的压裂液的携砂性能越好。 根据方法A、方法B中的配方所配得的清洁压裂液主要用作携带支撑剂的携砂液，也可以用作压裂前期造缝的前置液。 C :破胶液的体积需要根据压裂加入支撑剂的体积来确定。按阳离子表面活性剂
非离子表面活性剂=1 : 0.2的比例(质量比)称取非离子表面活性剂，将称取的非离子
表面活性剂加入到与在实际现场使用的支撑剂同等体积的水中，形成澄清透明的溶液，即制得清洁压裂液的破胶液。破胶液用作使清洁压裂液破胶、降低其粘度、提高压裂后压裂液返排率的辅助液体，须单独配制、储运，不得与清洁压裂液混装、混配。 本发明所述有机钠盐优选为水杨酸钠。所述阳离子表面活性剂优选为16 18烷基-3_甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物。所述非离子表面活性剂优选为辛基苯酚聚氧乙烯醚，进一步优选为辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(简称OP-IO)。所述小阳离子防膨剂为10 15-烷基-3-甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物、与氯化钾、氯化铵复配的混合物，其主要成分为10 15-烷基-3-甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物，占小阳离子防膨剂总质量的80 90质量％ 。
本发明的特点是使用16 18烷基-3_甲基氯化铵作为压裂液的主凝剂、选用水杨酸钠作为压裂液的交联剂，两者配合使用，与常规清洁压裂液相比，它们的增粘效果更明显，胶联程度更高，只需要较低的浓度就能使所配出的压裂液达到较高的浓度，从而节省了压裂液的成本。 经过室内大量实验，生产、现场试验了低成本清洁压裂液，该压裂液具有如下特点 1、破胶迅速彻底，无残渣，对储层伤害小，略高于活性水压裂液； 2、携砂性能好，0. 2%浓度配方的携砂能力是活性水压裂液的10倍以上； 3、施工摩阻低，0. 2%浓度配方的摩阻为活性水压裂液的40% ; 4、成本低，为活性水压裂液的1. 5-2. 0倍； 5、无毒不污染环境，对现场要求更低，施工更加方便、工人劳动强度降低，使用工艺简单。
图la表示简单胶束；图lb表示蠕虫状胶；图lc表示溶致液晶。 图2是表面活性剂的扫描电镜照片。 图3是"表面活性剂+盐"体系的扫描电镜照片。
具体实施例方式
下述浓度均为质量百分比，比例为质量比。
实施例1 将16 18烷基-3-甲基氯化铵(即采用16 18烷基_3_甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物)、水杨酸钠、小阳离子防膨剂(主要成分为12-烷基-3-甲基氯化铵)按下面浓度进行配制0. 2% 16 18烷基-3-甲基氯化铵+O. 06%水杨酸钠+0. 4%小阳离子防膨剂(主要成分为12-烷基-3-甲基氯化铵)，即压裂液中16 18烷基-3-甲基氯化铵的浓度为0. 2%，水杨酸钠的浓度为0. 06%，小阳离子防膨剂的浓度为0. 4%，搅拌至均匀，形成具有一定粘度的澄清透亮的清洁压裂液。 按16 18烷基-3-甲基氯化铵辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(简称0P-10)=1 : 0.2的比例称取辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(简称0P-10)，将称取的辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚加入到与实际现场使用的支撑剂同等体积的水中，形成澄清透明的破胶剂。压裂时按前置液、携砂液、顶替液、破胶剂的顺序注入，前置液、携砂液、顶替液均使用低成本清洁压裂液，在6. 5mVmin的排量下，平均砂比可达20%。
实施例2 按0. 3% 16 18烷基-3-甲基氯化铵(即采用16 18烷基_3_甲基氯化铵之一)+0.09%水杨酸钠+0.4%小阳离子防膨剂(主要成分为12-烷基-3-甲基氯化铵)的配方配出清洁压裂液。 破胶剂的配制和注入顺序同实施例l，压裂时配合活性水压裂液使用，即前置液使用活性水压裂液、携砂液使用清洁压裂液，在6. 5mVmin的排量下，最高砂比可达50X以上，平均砂比20%以上。
实施例3 按0.4-0. 6% 16 18烷基_3_甲基氯化铵(即采用16 18烷基_3_甲基氯 化铵之一)+0. 12-0. 18%水杨酸钠+0.4%小阳离子防膨剂(主要成分为12-烷基-3_甲 基氯化铵)的配方配出清洁压裂液，其中保证16 18烷基-3-甲基氯化铵水杨酸钠=
i : 0.3(质量比)。 破胶剂的配制和注入顺序同实施例l，压裂时配合活性水压裂液使用，即前置液使 用活性水压裂液、携砂液使用清洁压裂液，在4. 5mVmin的排量下，平均砂比可达25%。
低成本清洁压裂液具有摩阻低、造缝好、滤失少、携砂性能强、破胶彻底、压后易返 排等特点。经过实验，其中的小阳离子防膨剂改为10烷基-3-甲基氯化铵、或ll烷基-3-甲 基氯化铵、或13 15烷基-3-甲基氯化铵之一均可达到上述效果。
实施例4 在煤层气井压裂试验中，因实际井场面积小、施工压裂高，储水罐所能储存的活 性水压裂液仅够加30m3支撑剂，使用实施例2制备的低成本清洁压裂液作为携砂液，配合 活性水压裂液作为前置液，在6. 5mVmin的排量下，完成了 48. 99m3的加砂量，最高砂比达 51. 94%，平均砂比20. 3%。压后排液顺利，排液时见气，点火持续燃烧，效果良好。
实施例5 在煤层气井压裂试验中，使用活性水压裂液压裂两次，砂堵两次，两次合计加砂 5m3。改用实施例2制备的清洁压裂液作为携砂液，在44MPa的施工压力、4. 5m3/min的排量 下，加入支撑剂37. 4m 顺利的完成施工。压后排液顺利，排液时见气，点火持续燃烧，效果 良好。 另外，本发明不限于前面叙述的实施例，可以在不脱离本发明宗旨的范围内进行 各种变形实施。
权利要求
一种压裂用低成本水基清洁压裂液，其特征在于该压裂液由小阳离子防膨剂、有机钠盐、阳离子表面活性剂和水构成，压裂液中小阳离子防膨剂的浓度为0.4质量％，有机钠盐的浓度为0.06～0.18质量％，阳离子表面活性剂的浓度为0.2～0.6质量％，所使用的阳离子表面活性剂∶有机钠盐的质量比＝1∶0.3，所述有机钠盐为水杨酸钠，所述阳离子表面活性剂为16～18烷基-3-甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物。
2. 根据权利要求1所述的压裂液，其特征在于所述小阳离子防膨剂为10 15-烷基-3-甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物、与 氯化钾、氯化铵复配的混合物，10 15-烷基-3-甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物占 小阳离子防膨剂总质量的80 90质量％。
3. —种制备如权利要求1或2所述的压裂液的方法，其特征在于 所述方法包括如下步骤(1) 将0. 4质量份的小阳离子防膨剂、0. 06 0. 18质量份的有机钠盐加入99. 34 98. 82质量份的水中，搅拌至完全溶解，形成澄清透明的溶液；(2) 在步骤(1)所得溶液中加入0. 2 0. 6质量份阳离子表面活性剂，搅拌至均匀，形 成具有一定粘度的澄清透亮胶液，即水基清洁压裂液，压裂液中小阳离子防膨剂的浓度为 0. 4质量％ ，有机钠盐的浓度为0. 06 0. 18质量％ ，阳离子表面活性剂的浓度为0. 2 0. 6 质量％ ;其中，所述有机钠盐为水杨酸钠，所述阳离子表面活性剂为16 18烷基-3_甲基 氯化铵中的任一种或它们的混合物，所使用的阳离子表面活性剂有机钠盐的质量比=i : o. 3。
4. 根据权利要求3所述的制备压裂液的方法，其特征在于所述小阳离子防膨剂为10 15-烷基-3-甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物、与 氯化钾、氯化铵复配的混合物，10 15-烷基-3-甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物占 小阳离子防膨剂总质量的80 90质量％。
5. —种配合如权利要求1或2所述的压裂液使用的破胶液，其特征在于 该破胶液包括非离子表面活性剂和水，所述非离子表面活性剂配合使用的压裂液中的阳离子表面活性剂的质量比=0.2 : l，所含水的体积与所用支撑剂相同，破胶液的体积 需要根据压裂加入支撑剂的体积来确定，所述非离子表面活性剂为辛基苯酚聚氧乙烯醚。
6. 根据权利要求5所述的破胶液，其特征在于 所述非离子表面活性剂为辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚。
7. —种制备如权利要求5或6所述的破胶液的方法，其特征在于 所述方法包括如下步骤称取非离子表面活性剂，加入到与所用支撑剂同等体积的水中，形成澄清透明的溶液，即制得与清洁压裂液配合使用的破胶液；其中，所述非离子表面 活性剂为辛基苯酚聚氧乙烯醚，所使用的非离子表面活性剂配合使用的压裂液中的阳离子表面活性剂的质量比=0.2 : i，破胶液的体积需要根据压裂加入支撑剂的体积来确定。
8. 根据权利要求7所述的制备破胶液的方法，其特征在于 所述非离子表面活性剂为辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚。
全文摘要
本发明提供一种压裂用低成本水基清洁压裂液及破胶液，该压裂液由小阳离子防膨剂、有机钠盐、阳离子表面活性剂和水构成，压裂液中小阳离子防膨剂的浓度为0.4质量％，有机钠盐的浓度为0.06～0.18质量％，阳离子表面活性剂的浓度为0.2～0.6质量％，所使用的阳离子表面活性剂∶有机钠盐的质量比＝1∶0.3，所述有机钠盐为水杨酸钠，所述阳离子表面活性剂为16～18烷基-3-甲基氯化铵中的任一种或它们的混合物。能够很好的解决压裂液对煤层的污染问题，同时大大提高了压裂液的携砂性能，其价格仅为活性水压裂液的1.5-2.0倍，远低于胍胶压裂液和普通清洁压裂液。
文档编号C09K8/68GK101693830SQ20091020852
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者刘川庆, 孙斌, 李曙光 申请人:中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司;