耐高温CO2泡沫清洁缔合压裂液及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液及其制备方法与应用，属于油田开采技术领域。

背景技术：

低渗透非常规油气藏存在着非均质性强、低压敏感、弹性能量小等特征，有效提高其单井产量难度大。泡沫压裂液是一种在常规压裂液基础上混拌液态CO₂或N₂的两相液包气乳化液，气泡提供了高粘度和优良的支撑剂携带能力，减少入井液量。在储层中，随着温度升高，在适当的压力下，液态CO₂或N₂转化为气态，泡沫质量通常在65-85％之间，内相气泡颗粒小，才能够达到稳定的泡沫，分布均匀。泡沫质量如果小于52％，称之为增能体系，通常是作为常规压裂液的拌注液，目的是提高返排能力。

一般CO₂泡沫压裂液具有低滤失、易返排、粘度高、携砂能力强、对储层伤害小等优点，其中压裂液体系可以是粘弹性表面活性剂压裂液，也可以是交联压裂液体系，主要适用于低压敏感、弹性能量差的储层。粘弹性表面活性剂压裂液是早期泡沫压裂液所使用的体系，弹性好，伤害低，但由于表面活性剂成本及耐温问题，不适合中高温储层，因此推广受到限制。常用的胍胶压裂液体系通常是碱性交联环境，与CO₂所需的酸性环境存在配伍性问题，而胍胶酸性交联体系受水的影响较大，交联性能稳定性不易控制，携砂性能较差。

因此，针对泡沫压裂液特性，考虑到压裂液残渣伤害、成本及耐温问题，提供一种耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液及其制备方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液。

本发明的目的还在于提供上述耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液的制备方法。

本发明的目的又在于提供上述耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液在油气层压裂中的应用。

为达到上述目的，一方面，本发明提供一种压裂液基液，以该压裂液基液的总重量为100％计，其包括：

稠化剂 0.25-0.6％；

起泡剂 0.3-0.6％；

交联调节剂 0.1-0.5％；

余量为水。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，以所述稠化剂的总重量为100％计，该稠化剂包括：

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述非离子单体包括N-乙烯吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-三(羟甲基)甲基-丙烯酰胺中的一种。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述阳离子单体包括甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸烷基酯、聚二烯二甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述阴离子单体包括丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、硫代硫酸钾中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述链转移剂包括乙酸钠、硫醇、氮川(氮川三乙酸)中的一种或几种的组合。其中，本发明对硫醇的具体物质不作具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要选择合适的硫醇以用作本发明的链转移剂，只要保证可以实现本发明目的即可；在本发明具体实施方式中，所用链转移剂硫醇可以使用十二硫醇。

根据本发明所述的压裂液基液，其中，所述稠化剂的合成可以采用本领域技术人员所熟知的方法，如三元共聚法进行，且本领域技术人员也可以合理调整三元共聚的反应条件，譬如在本发明具体的实施方式中：通氮气除氧，反应温度为10-60℃，反应时间为3-6h。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，以所述起泡剂的总重量为100％计，该起泡剂为20-40％非离子表面活性剂、10-30％双子表面活性剂及30-60％有机溶剂组成的复配体系。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述非离子表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、辛基苯酚聚氧乙烷醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛葵基葡糖苷中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述双子表面活性剂包括丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)、羟丙撑双(油酸酰胺丙基二甲基季胺盐)中的一种或两种的组合。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述有机溶剂包括乙二醇、乙醇、甲醇中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的压裂液基液，优选地，所述交联调节剂包括盐酸、乳酸、醋酸、葡萄糖酸钠、木糖醇中的一种或几种的组合。

另一方面，本发明还提供了上述压裂液基液的制备方法，其包括以下步骤：

1)、搅拌条件下，向水中按比例加入所述稠化剂，搅拌均匀，得到水溶液A；

2)、向所述水溶液A中按比例加入起泡剂、交联调节剂，搅拌均匀，得到所述压裂液基液。

根据本发明所述的压裂液基液的制备方法，优选地，步骤1)中所述搅拌时间为1min-10min。

根据本发明所述的压裂液基液的制备方法，优选地，步骤2)中所述搅拌时间为2-10min。其中，考虑现场使用性，步骤2)中最好按照起泡剂、交联调节剂的顺序依次向所述水溶液A中按比例加入起泡剂、交联调节剂。

又一方面，本发明还提供了一种CO₂泡沫清洁缔合压裂液，其包括：所述的压裂液基液、交联剂、破胶剂和液态CO₂，其中，所述交联剂、破胶剂按质量份数分别占压裂液基液的0.3-0.8％、0-0.05％；所述液态CO₂占该CO₂泡沫清洁缔合压裂液总体积的30-70％。

根据本发明所述的CO₂泡沫清洁缔合压裂液，优选地，所述破胶剂按质量份数占压裂液基液的0.001-0.05％。

根据本发明所述的CO₂泡沫清洁缔合压裂液，优选地，所述交联剂为无机金属盐交联剂或有机锆交联剂。

根据本发明所述的CO₂泡沫清洁缔合压裂液，优选地，所述无机金属盐交联剂为三氯化铝。

根据本发明所述的CO₂泡沫清洁缔合压裂液，优选地，以所述有机锆交联剂的总重量为100％计，该有机锆交联剂包括6-12％的锆盐、25-57％的有机配位体及余量的水。

根据本发明所述的CO₂泡沫清洁缔合压裂液，优选地，所述锆盐为氧氯化锆或碳酸锆。

根据本发明所述的CO₂泡沫清洁缔合压裂液，优选地，所述有机配位体包括葡萄糖酸钠、醋酸钠、乳酸、醋酸、三乙醇胺、乙二醇中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的CO₂泡沫清洁缔合压裂液，优选地，所述破胶剂为过硫酸铵或过硫酸钠。

本申请所请求保护的CO₂泡沫清洁缔合压裂液是一个非常复杂的整体，其中构成该压裂液的各组分之间是存在相互作用的，一个或几个组分的变化，或在所组成的组分不变的情况下仅仅改变一个组分的含量就会发生根本的变化。

再一方面，本发明还提供了上述CO₂泡沫清洁缔合压裂液的制备方法，其包括以下步骤：

向所述压裂液基液中按比例通入液态CO₂，再按比例加入所述交联剂，得到所述CO₂泡沫清洁缔合压裂液。

根据本发明所述的CO₂泡沫清洁缔合压裂液的制备方法，优选地，当该CO₂泡沫清洁缔合压裂液含有破胶剂时，其制备方法包括以下步骤：

向所述压裂液基液中按比例通入液态CO₂，再按比例依次加入所述破胶剂及交联剂，得到所述CO₂泡沫清洁缔合压裂液。

此外，本发明还提供了上述CO₂泡沫清洁缔合压裂液在油气层压裂中的应用。

根据本发明所述的应用，优选地，所述油气层的温度为160℃以下。

根据本发明所述的应用，优选地，所述油气层的温度为50-150℃。

本发明提供了一种耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液及其制备方法与应用，该压裂液包括稠化剂、交联剂、起泡剂、交联调节剂等主要组成成分，形成的压裂液具有添加剂种类少、配制简单、交联可控、低残渣、低伤害、低摩阻、起泡效率高、返排率高、耐高温的特点。

具体性能概述如下：

(1)稠化剂水溶速度快，配制方便，基液粘度低，具有良好的延迟交联作用和较好的减阻效果；

(2)起泡剂与压裂液其它添加剂配伍性好，起泡能力强，半衰期高，形成交联冻胶泡沫液具有很好的耐温耐剪切性能；

(3)交联剂与交联调节剂可以将压裂液交联时间控制在10s-3min之间，耐温150℃，170s^-1剪切2h后，粘度保持在80mPa·s以上；

(4)压裂液能够在4h内彻底破胶，破胶后粘度低于3mPa·s，压裂液残渣低于10mg/L；

(5)本发明所提供的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液适用于低渗特低渗或致密的低压敏感、弹性能量小的50-150℃非常规油气藏，提高了储层返排能量，加快了压裂液返排，降低了压裂液对储层的伤害，提高了单井产量；在苏里格气田某井，应用了本发明提供的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液，施工顺利加砂50m³，并获得良好的增产效果和稳产效果，达到苏里格地区直井平均单井产量的2.2倍。

附图说明

图1为本发明实施例4制备得到的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液的耐温耐剪切性能曲线图；

图2为本发明实施例5制备得到的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液的耐温耐剪切性能曲线图；

图3为本发明实施例6制备得到的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液的耐温耐剪切性能曲线图。

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，现结合以下具体实施例及说明书附图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

本实施例提供一种压裂液基液A，以该压裂液基液的总重量为100％计，其包括：

0.25％ 稠化剂；

0.5％ 起泡剂；

0.2％ 交联调节剂；

及余量的水；

其中，所述稠化剂各单体组分的质量百分比：丙烯酰胺单体15％、N-乙烯吡咯烷酮4％、聚二烯二甲基氯化铵为3％、丙烯酸为7％、过硫酸铵为0.05％、乙酸钠0.04％，其余为水。

该稠化剂的制备方法包括以下步骤：

利用三元共聚的反应条件合成，通氮气除氧，反应温度为55℃，反应时间为4h。反应结束后，将聚合产物烘干、造粒，粉碎成所需目数，制成压裂液稠化剂。

以所述压裂液基液A的总质量为100％计算，该稠化剂质量浓度为0.4％时，粘度为21mPa·s。

起泡剂为烷基酚聚氧乙烯醚25wt％、丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)15wt％、甲醇60wt％的复配体系。

交联调节剂为醋酸。

实施例2

本实施例提供一种压裂液基液B，以该压裂液基液的总重量为100％计，其包括：

0.4％ 稠化剂；

0.5％ 起泡剂；

0.3％ 交联调节剂；

及余量的水；

其中，所述稠化剂各单体组分的质量百分比：丙烯酰胺单体17％、N-乙烯吡咯烷酮3％、甲基丙烯酸烷基酯为5％、对苯乙烯磺酸钠为6％、过硫酸铵为0.08％、乙酸钠0.04％，其余为水。

该稠化剂的制备方法包括以下步骤：

利用三元共聚的反应条件合成，通氮气除氧，反应温度为55℃，反应时间为4h。反应结束后，将聚合产物烘干、造粒，粉碎成所需目数，制成压裂液稠化剂。该稠化剂浓度为0.4％时，粘度为27mPa·s。

起泡剂为辛基苯酚聚氧乙烷醚28wt％、丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)12wt％、甲醇60wt％的复配体系。

交联调节剂为醋酸。

实施例3

本实施例提供一种压裂液基液C，以该压裂液基液的总重量为100％计，其包括：

0.6％ 稠化剂；

0.5％ 起泡剂；

0.5％ 交联调节剂；

及余量的水；

其中，稠化剂各单体组分的质量百分比：丙烯酰胺单体21％、N–三(羟甲基)甲基-丙烯酰胺5％、聚二烯二甲基氯化铵为5％、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸为7％、硫代硫酸钾为0.06％、乙酸钠0.03％，其余为水。

该稠化剂的制备方法包括以下步骤：

利用三元共聚的反应条件合成，通氮气除氧，反应温度为60℃，反应时间为4h。反应结束后，将聚合产物烘干、造粒，粉碎成所需目数，制成压裂液稠化剂。

以所述压裂液基液C的总质量为100％计算，该稠化剂质量浓度为0.4％时，粘度为36mPa·s。

起泡剂为壬基酚聚氧乙烯醚31wt％、羟丙撑双(油酸酰胺丙基二甲基季胺盐)12wt％、乙二醇57wt％的复配体系。

交联调节剂为盐酸。

实施例4

本实施例提供了一种耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液Ⅰ，其包括实施例1制备得到的压裂液基液A、交联剂、破胶剂和液态CO₂；

其中，所述交联剂、破胶剂按质量份数分别占压裂液基液A的0.5％、0.03％；所述液态CO₂占该CO₂泡沫清洁缔合压裂液总体积的55％；

所述交联剂为有机锆交联剂，各组分的质量百分比为：氧氯化锆6％，醋酸钠30％、乳酸5％和余量的水；

所述破胶剂为过硫酸铵。

对本实施例制备得到的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液Ⅰ进行压裂液性能评价(该评价方法为本领域使用的常规评价方法)，基本数据见表1所示，耐温耐剪切曲线见图1所示。

实施例5

本实施例提供了一种耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液Ⅱ，其包括实施例2制备得到的压裂液基液B、交联剂、破胶剂和液态CO₂；

其中，所述交联剂、破胶剂按质量份数分别占压裂液基液B的0.6％、0.02％；所述液态CO₂占该CO₂泡沫清洁缔合压裂液总体积的58％；

所述交联剂为有机锆交联剂，各组分的质量百分比为：氧氯化锆8％，醋酸钠25％、乳酸10％和余量的水；

所述破胶剂为过硫酸铵。

对本实施例制备得到的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液Ⅱ进行压裂液性能评价(该评价方法为本领域使用的常规评价方法)，基本数据见表1所示，耐温耐剪切曲线见图2所示。

实施例6

本实施例提供了一种耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液Ⅲ，其包括实施例3制备得到的压裂液基液C、交联剂、破胶剂和液态CO₂；

其中，所述交联剂、破胶剂按质量份数分别占压裂液基液C的0.8％、0.02％；所述液态CO₂占该CO₂泡沫清洁缔合压裂液总体积的60％；

所述交联剂为有机锆交联剂，各组分的质量百分比为：氧氯化锆10％，三乙醇胺30％、乳酸15％和余量的水；

所述破胶剂为过硫酸铵。

对本实施例制备得到的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液Ⅲ进行压裂液性能评价(该评价方法为本领域使用的常规评价方法)，基本数据见表1所示，耐温耐剪切曲线见图3所示，其中，表1中所述基液粘度、交联时间、适用温度、残渣量、表面张力及界面张力均是采用本领域常规方法测量得到或计算得到。

表1压裂液基本性能评价

从表1中可以看出，首先，常温下，本发明所提供的压裂液基液的粘度较低，且其配制方便，利于压裂施工时的泵送；

其次，本发明所提供的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液交联时间可控，对于不同温度的储层，选择不同量交联调节剂，控制交联时间，降低施工泵送压力；

再次，本发明所提供的CO₂泡沫清洁缔合压裂液确实可以耐高温，其耐温可达150℃；

此外，本发明所提供的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液残渣量低，可适当降低对储层的伤害；

最后，所用起泡剂除了具有很好的起泡功能外，还能够有效降低压裂液的表面张力及界面张力，进一步可以提高压裂液返排率。

同时，由图1-3可知，本发明所提供的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液在配方适用温度条件下，经过170s^-1，1-2h的剪切后，其粘度仍保持在80mPa·s以上，可以满足行业标准要求的粘度数值(50mPa·s以上)，这表明本发明所提供的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液具有良好的耐温、耐剪切性能。

实施例7

利用实施例5制备得到的耐高温CO₂泡沫清洁缔合压裂液Ⅱ，在苏里格气田开展三口井的压裂施工，平均每口井加砂量在40m³以上，平均砂比为24.8％，泡沫质量在60％以上。压裂液返排速度快，15小时液体返排率达到50％。平均产量达到苏里格地区直井平均单井产量的2.2倍。