本发明属于非常规天然气开发领域，涉及一种氮气泡沫压裂液体系，具体涉及一种适合低压贫含水煤层气井的氮气泡沫压裂液体系。
背景技术：
煤层气成藏机理复杂，储层基质具有明显的低孔、低渗、低含气饱和度的特点；杨氏模量小、泊松比大，易产生变形；煤层节理、微裂缝发育；煤层的吸附能力强，极易受到伤害。煤层的这些特点使煤层极容易吸附外来流体，引起煤层空隙的堵塞和基质的膨胀，从而影响煤层气的产量。
目前煤层气压裂使用最广泛的活性水压裂液由于粘度低，携砂困难，需大液量大排量施工。大量流体进入煤层，尤其是低压贫含水煤层，会导致返排率低、堵塞微裂缝和空隙吼道，对煤层产生极大的伤害。泡沫压裂液以其失水小、携砂能力强、返排能力足的特点，在煤层气井压裂中有很好的应用前景。
常规泡沫压裂液中为提高稳泡时间，加入大分子稳泡剂，对煤层产生极大的吸附伤害。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种适合低压贫含水煤层气井的氮气泡沫压裂液体系，对于低压贫含水煤层气井压裂，常规水基压裂液返排率低，易造成水锁、堵塞吼道，导致渗透率降低，针对这一问题，本发明提供一种新型的氮气泡沫压裂液体系。该氮气泡沫压裂液不含大分子聚合物、返排快、用液量少、伤害低。
具体的，由包括如下百分比的原料配制而成：防膨剂1.0％～2.0％、发泡剂0.2％～0.5％、水97.5％～98.8％。
优选的，所述的发泡剂为非离子型表面活性剂。非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂相比，乳化能力更高，具有更优异的润湿功能。
优选的，所述发泡剂为辛基酚聚氧乙烯醚op-10、烷基多糖苷apg、烷基葡萄糖酰胺apa、吐温-60、十六醇的一种或者几种的组合。非离子型表面活性剂为为小分子表面活性剂，其在使用的过程中存在问题是泡沫的稳定性较低，因此现有技术中在使用这种类型的表面活性性的过程中需进行大量的添加，通常为1～1.5％。而本申请人发现，选择上述非离子型表面活性剂的情况下，仅添加少量的表面活性剂，0.2～0.5％，所得的泡沫即具有较好的稳定性，可大大地减少生产成本。
优选的，其特征在于，所述发泡剂为辛基酚聚氧乙烯醚op-10、烷基多糖苷apg和十六醇的混合物，或烷基葡萄糖酰胺apa、吐温-60和十六醇的混合物。上述两种组合的表面活性剂起泡性和泡沫稳定性指标更理想。
优选的，所述辛基酚聚氧乙烯醚op-10、烷基多糖苷apg、十六醇的质量比为1.0:1.0～1.5:0.7～1.2；或所述烷基葡萄糖酰胺apa、吐温-60、十六醇的质量比为1.0:1.5～2.0:0.7～1.2。
优选的所述的水的ph值6.5～7.5，水质清洁，机械杂质＜1‰，固体颗粒粒径≤50μm。
优选的，所述的防膨剂为氯化钾、氯化铵、有机季铵盐型化合物中的一种或者几种的组合。
优选的，所述有机季铵盐型化合物为四甲基氯化铵或氯化胆碱。
作为优选的方案，本发明的压裂液由如下重量份的原料组成，
防膨剂1.0％～2.0％、发泡剂0.2％～0.5％、水97.5％～98.8％，所述发泡剂为辛基酚聚氧乙烯醚op-10、烷基多糖苷apg和十六醇按质量比为1.0:1.0～1.5:0.7～1.2组成的混合物；或烷基葡萄糖酰胺apa、吐温-60、十六醇的按质量比为1.0:2.0:1.0～1.2组成的混合物。根据储层黏土性质与含量，选择合适浓度的本申请所述的氯化钾、氯化铵或有机季铵盐类防膨剂与上述发泡剂混合使用均可取得较好的效果，在使用的过程中需调整各种原料的用量，但是发泡剂的用量均可维持在0.2％～0.5％的低浓度范围，在保证效果的前提下不会带来成本的提高。
作为应用中优选的实例，本发明的氮气泡沫压裂液体系由包括如下质量百分比原料制备而成：氯化钾2.0％、复合起泡剂0.3％和清水补足余量，所述复合起泡剂由辛基酚聚氧乙烯醚op-10、烷基多糖苷apg、十六醇按质量比1.0:1.2～1.5:0.7～1.2复配而成；
或氯化钾1.0％、复合起泡剂0.4％和清水补足余量，所述复合起泡剂由烷基葡萄糖酰胺apa、吐温-60、十六醇按质量比1.0:2.0:1.0～1.2复配而成。
本发明的氮气泡沫压裂液体系本由如下步骤制备而成：
将防膨剂加入清水中混合均匀，然后加入复合发泡剂。
本发明的另一目的是提供一种低压贫含水煤层气井泡沫压裂液体系的现场施工方法，包括以下步骤：
1)准备ph值在6.5～7.5，水质清洁，机械杂质＜1‰，固体颗粒粒径≤50微米的清水；
2)将防膨剂加入清水中，充分循环，混合均匀；
3)压裂施工时，将发泡剂混入已加入防膨剂的清水中形成基液，泵入高压管汇；泵入所述基液的同时，将氮气泵入高压管汇，氮气与所述基液在高压管汇中混合后形成氮气泡沫经井筒进入煤层；泵入所述基液的同时，液氮泵车按照设计排量将氮气泵入高压管汇，氮气与基液在高压管汇中混合后形成氮气泡沫经井筒进入煤层。
本发明的方法具有如下有益效果：
1)本发明针对低压贫含水煤层气井，提供了一种泡沫压裂液体系。本发明的泡沫压裂体系不含大分子聚合物，可以降低对煤层的吸附伤害；液体体系仅由防膨剂与发泡剂组成，配方简单，且通过优化发泡剂的选择，可大大减少发泡剂的用量，发泡剂用量仅为0.2％～0.5％，使本发明提供的氮气泡沫压裂液体系成本与活性水压裂液体系成本相当，可大大降低成本。
2)本发明所提供的泡沫压裂液的泡沫体积均在400～480ml，泡沫半衰期均在2500～4000s，可满足施工的需要。
3)本发明提供的氮气泡沫压裂液体系在使用的过程中，氮气在地层中膨胀，增加地层能量，增快返排；减少用液量，相比常规活性水压裂液节约液量达65％～75％；同时本发明提供氮气泡沫压裂液体系使用的氮气可以降低甲烷分压，利于煤层气快速解吸、提高产量。
附图说明
图1为hz-x井压裂施工曲线图
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
测试实施例中氮气泡沫压裂液体系性能的方法为：将100ml体积的泡沫压裂液倒入搅拌杯中，用高速搅拌器在≥5000r/min转速下搅拌1min，将搅拌杯中起泡的泡沫倒入500ml量筒中，记录泡沫体积并记录泡沫半衰期(即泡沫底部析出50ml液体所用的时间)。
实施例1
一种适用于低压贫含水煤层气井的泡沫压裂液体系，由2.0％防膨剂+0.3％复合起泡剂+清水组成。防膨剂为氯化钾，复合起泡剂为烷基酚聚氧乙烯醚op-10、烷基多糖苷apg、十六醇按质量比1:1.5:0.7复配而成。
其制备方法为：将2.0％防膨剂加入到清水中，混合均匀，再加入0.3％复合起泡剂，搅拌均匀，形成泡沫压裂液。
实验结果测得泡沫体积为480ml，泡沫质量79.2％，泡沫半衰期3100s。
实施例2
一种适用于低压贫含水煤层气井的泡沫压裂液体系，由2.0％防膨剂+0.3％复合起泡剂+清水组成。防膨剂为氯化钾，复合起泡剂为烷基酚聚氧乙烯醚op-10、烷基多糖苷apg、十六醇按质量比1:1.2:1.2复配而成。
其制备方法为：将2.0％防膨剂加入到清水中，混合均匀，再加入0.3％复合起泡剂，搅拌均匀，形成泡沫压裂液。
实验结果测得泡沫体积为470ml，泡沫质量78.0％，泡沫半衰期3600s。
实施例3
一种适用于低压贫含水煤层气井的泡沫压裂液体系由1.0％防膨剂+0.4％复合起泡剂+清水组成。防膨剂为氯化钾，复合起泡剂为烷基葡萄糖酰胺apa、吐温-60、十六醇按质量比为1.0:2.0:1.0复配而成。
将1.0％防膨剂加入到清水中，混合均匀，再加入0.4％复合起泡剂，搅拌均匀，形成泡沫压裂液。
实验结果测得泡沫体积为460ml，泡沫质量78.3％，泡沫半衰期3800s。
实施例4
一种适用于低压贫含水煤层气井的泡沫压裂液体系由1.0％防膨剂+0.4％复合起泡剂+清水组成。防膨剂为氯化钾，复合起泡剂为烷基葡萄糖酰胺apa、吐温-60、十六醇按质量比为1.0:2.0:1.2复配而成。
将1.0％防膨剂加入到清水中，混合均匀，再加入0.4％复合起泡剂，搅拌均匀，形成泡沫压裂液。
实验结果测得泡沫体积为470ml，泡沫质量78.0％，泡沫半衰期3700s。
实验例
hz-x井是位于贵州省毕节市的一口煤层气井，目的煤层深度300m，厚度1.2m。2017年8月26日对该井进行压裂施工，施工曲线见图1所示的压裂施工曲线图。
该井采用氮气泡沫压裂液体系，由2.0％防膨剂+0.4％复合起泡剂+清水组成(实施例3或4)。地面液体排量为3.2m3/min，井底泡沫压裂液排量为8.0m3/min，累计加砂12m3。
在压裂过程中，压力平稳，加砂顺利，地面混砂最高砂比达81.3％，折算井底泡沫压裂液的最高砂比达32.5％，证明该氮气泡沫压裂液体系具有良好的携砂能力。
对比例1
一种适用于低压贫含水煤层气井的泡沫压裂液体系由2.0％防膨剂+1.3％起泡剂+清水组成。防膨剂为氯化钾，起泡剂为十二烷基苯磺酸钠。
将2.0％防膨剂加入到清水中，混合均匀，再加入1.3％起泡剂，搅拌均匀，形成泡沫压裂液。
实验结果测得泡沫体积为350ml，泡沫质量71.4％，泡沫半衰期480s。
对比例2
一种适用于低压贫含水煤层气井的泡沫压裂液体系由2.0％防膨剂+1.0％起泡剂+清水组成。防膨剂为氯化钾，起泡剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温-60按质量比为1.0:1.0复配而成。
将2.0％防膨剂加入到清水中，混合均匀，再加入0.5％起泡剂，搅拌均匀，形成泡沫压裂液。
实验结果测得泡沫体积为200ml，泡沫质量50.0％，泡沫半衰期80s。
对比例3
一种适用于低压贫含水煤层气井的泡沫压裂液体系由1.0％防膨剂+1.0％起泡剂+清水组成。防膨剂为氯化钾，起泡剂为月桂酰胺甜菜碱lab-35。
将1.0％防膨剂加入到清水中，混合均匀，再加入1.0％起泡剂，搅拌均匀，形成泡沫压裂液。
实验结果测得泡沫体积为365ml，泡沫质量72.6％，泡沫半衰期840s。
对比例4
一种适用于低压贫含水煤层气井的泡沫压裂液体系由2.0％防膨剂+1.0％起泡剂+清水组成。防膨剂为氯化钾，起泡剂为月桂酰胺甜菜碱lab-35、十二烷基苯磺酸钠按质量比为1.0:1.0复配而成。
将2.0％防膨剂加入到清水中，混合均匀，再加入1.0％起泡剂，搅拌均匀，形成泡沫压裂液。
实验结果测得泡沫体积为370ml，泡沫质量73.0％，泡沫半衰期860s。
由以上结果可的以看出，若不选择本申请的起泡剂，不仅需要大量添加，而且其起泡性能也大大下降。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。