一種可自生成酸的壓裂液及其製備方法和應用與流程
2023-06-13 14:28:56 2
本發明涉及一種適用於高溫深井碳酸鹽巖儲層裂縫前段有效酸壓的可自生成酸的壓裂液及其製備方法和應用，屬於石油開採用酸化壓裂液體體系技術領域。
背景技術：
據相關資料統計，世界上約有超過50％的油氣產量來自於碳酸鹽巖儲層。近幾年，相繼發現並投入開發了一批深層和超深層碳酸鹽巖油氣藏。該類油氣藏具有埋藏深，地層溫度高，儲層非均質性嚴重、滲透率低、開發難度大、自然投產率低等特點，大部分需要進行酸壓改造。
影響酸壓改造效果的關鍵因素是酸壓後酸蝕裂縫的導流能力和有效長度。高溫深井儲層由於酸巖反應速率快、常規酸液有效作用距離短、前置液酸壓裂縫前段無法得到有效酸蝕等問題，難以得到良好的改造效果。
針對高溫深井儲層酸化酸壓改造，已研發並投入使用的酸液體系有適用於酸液酸壓的地面、地下交聯酸體系，交聯酸是用HCl等強酸直接配製的，在高溫深井中，由於酸巖反應速率快、酸液未到達裂縫前段已變為殘酸、酸液有效作用距離短，難以實現裂縫前段的有效改造；適用於前置液酸壓的體系有通過稠化降低H+傳質速率從而起到緩速效果的膠凝酸體系，通過包裹達到緩速的微乳酸體系，通過控制H+解離速率從而達到緩速的多氫酸體系和自生酸體系。除自生酸體系外，其餘體系在地面常溫狀態下已經顯酸性，同樣存在裂縫入口端酸巖反應速率快，在管柱中腐蝕較大的問題，而且前置液酸壓使用非反應性的壓裂液進行造縫，之後再注入酸液進行酸蝕，裂縫前段很難接觸到鮮酸，無法實現有效酸蝕。因此，無論是前置液酸壓，還是酸液酸壓，現有技術都存在酸壓裂縫前段無法酸蝕，不能得到有效利用的問題。
自生酸作為高溫深井酸化液體，具有生酸母體在地面常溫常壓條件下為中性或弱酸性，注入地層後，生酸母體在催化劑、水或者溫度場的作用下逐漸釋放出H+與地層反應，從而實現酸化的特點。由於液體在地面不顯酸性，在儲層條件下逐步生酸，增加了酸液的有效作用距離，且緩解了酸液注入過程中對管壁的腐蝕。氯羧酸鹽是油田酸化作業經常使用到的一類自生酸，其具有良好的水溶性，在滲流通道中的水解速率緩慢，釋放氫離子的速率較低，從而達到緩速的目的，這類自生酸鹽處理地層的主要缺點是對水質要求高，需要在施工過程中保持溫度，由於溫度降低，反應產物溶解度降低，會以結晶狀態析出堵塞孔隙吼道，且水解產生的氯乙酸毒性較大。氯代烴也可作為一種自生酸，其自身熱穩定性好，水解率較低，對設備及金屬管線腐蝕率低及酸化半徑大，穿透距離遠，不會對近井地帶過度酸化造成基質骨架結構破損，因此通常用來處理傳統酸化工藝很難處理或無法處理的高溫井。在常規鑽井和完井作業時，無需使用耐腐蝕的材料或者採取其他防腐蝕的措施，節約採油成本，但氯代烴水溶性差、毒性大、易燃易爆、施工危險性加大，且尚無用其進行酸壓的例子。
北京世紀中星能源技術有限公司的徐波翔、周國君發明了由多聚甲醛和氯化銨組成的自生酸液體系(CN102899012 A)，同時中國石油天然氣股份有限公司的張福祥、周理志等發明了一種自生酸體系(CN103450872 A)，自生酸由醛類及氯化有機胺鹽組成，並利用清潔酸壓液體系攜帶自生酸體系到達儲層深部，實現深部酸壓；該類自生酸體系成本較低，配製方便，但生酸溫度在70-100℃，溫度較低，組成中含有醛類物質，在高溫下易分解釋放甲醛，毒性較大，且專利中並未提到可攜帶自生酸的清潔酸壓液作為壓裂液的性能。
中國石油天然氣股份有限公司的劉友全、張倩等(CN102399550 A)發明了一種用於高溫碳酸鹽巖深度酸化的酸壓液體，由有機酯、滷酸系列、滷化銨及甲醛按一定比例復配而成，並含有一定量的表面活性劑稠化攜帶自生酸，生酸後[H+]＝2.2-4mol/L，在60-150℃下逐步生酸，實現深部酸化，該體系生酸溫度可控性強，主要適用於酸化解堵作業，對可作為壓裂液造縫和實現縫內有效酸蝕的作用未曾提及。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種適用於高溫深井碳酸鹽巖儲層裂縫前段有效酸壓的可自生成酸的壓裂液及其製備方法，該壓裂液既滿足水基壓裂液降濾失的性能，進行壓裂造縫，又可在地層高溫條件下緩慢生酸，酸蝕地層，實現整條裂縫的有效酸蝕，達到增加改造體積的效果。
為了達到上述目的，本發明提供了一種適用於高溫深井碳酸鹽巖儲層裂縫前段有效酸壓的可自生成酸的壓裂液，以質量百分比計，該壓裂液由10％-40％的有機酯、0.3％-1％的稠化劑、1％-4％的可降解降濾失劑和餘量水組成。
在上述可自生成酸的壓裂液中，優選地，所述有機酯的質量百分比為10％-40％，優選為10％-25％；所述稠化劑的質量百分比為0.3％-1％，更優選為0.4％-0.8％。
在上述可自生成酸的壓裂液中，優選地，所述有機酯為能在地層溫度下水解產生H+的有機酯，更優選地，所述有機酯包括但不限於甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乳酸乙酯和乳酸丙酯中的一種或幾種的組合。
在上述可自生成酸的壓裂液中，優選地，所述稠化劑包括但不限於PAM(聚丙烯醯胺)、AA/AM/AMPS共聚物(丙烯酸/丙烯醯胺/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物)、AM/AMPS/DMAM共聚物(丙烯醯胺/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸/N,N二甲基丙烯醯胺的共聚物)和AM/AMPS/DMDAAC共聚物(丙烯醯胺/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸/二甲基二烯丙基氯化銨的共聚物)中的一種或幾種的組合。
在上述可自生成酸的壓裂液中，優選地，可降解降濾失劑包括但不限於聚酯，更優選地，聚酯包括但不限於聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸和羥基乙酸共聚物中的一種或幾種的組合。
本發明還提供上述可自生成酸的壓裂液的製備方法，該方法包括以下步驟：
按比例加入水和有機酯，攪拌；
按比例加入稠化劑，攪拌；
按比例加入可降解降濾失劑，攪拌，製備得到適用於高溫深井碳酸鹽巖儲層裂縫前段有效酸壓的可自生成酸的壓裂液。
在上述製備方法中，優選地，加入水和有機脂後，攪拌的時間為1min-2min；加入稠化劑後，攪拌的時間為20min-30min。
本發明還提供上述可自生成酸的壓裂液作為酸壓前置液在高溫深井碳酸鹽巖儲層的酸壓增產改造中的應用。
在上述應用中，優選地，所述儲層的溫度為120℃-160℃。
本發明的可自生成酸的壓裂液形成非交聯自生酸體系，不用添加破膠劑，與交聯體系相比，無殘膠傷害，同時可降解降濾失劑的添加使液體滿足壓裂液濾失性能要求，可用於高溫儲層壓裂造縫，降濾失劑高溫下一定時間可完全降解，生成酸，有助於酸蝕地層，注入過程中，不生酸或生酸量很小，幾乎不腐蝕管柱，不需要加入緩蝕劑。該酸壓液體既滿足水基壓裂液降濾失的性能，進行壓裂造縫，又可在地層高溫條件下緩慢生酸，酸蝕地層，實現裂縫前段的有效酸蝕。
附圖說明
圖1為可自生成酸的壓裂液在100℃、120℃、140℃、150℃下生酸濃度隨時間變化曲線。
圖2為可自生成酸的壓裂液在150℃酸蝕效果圖。
圖3為可自生成酸的壓裂液在150℃下濾失前後對比圖。
圖4為可自生成酸的壓裂液在150℃下對13Cr鋼片動態腐蝕前後對比圖。
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施範圍的限定。
實施例
本實施例提供了一種適用於高溫深井碳酸鹽巖儲層裂縫前段有效酸壓的可自生成酸的壓裂液，以質量百分數計，該酸壓液體的組分如下：
15％的乳酸乙酯、8％的乙酸乙酯、0.6％的AA/AM/AMPS共聚物、2％的聚乳酸和餘量的水。
該可自生成酸的壓裂液是通過以下步驟製備的：
按比例依次向容器中加入水、乳酸乙酯、乙酸乙酯攪拌均勻，在攪拌狀態下向其中加入稠化劑，攪拌20min至完全溶脹，加入可降解降濾失劑攪拌使其分散均勻，得到可自生成酸的壓裂液。
取適量上述可自生成酸的壓裂液放入可隨時取樣的高溫高壓反應釜中，通入氮氣加壓，使壓力穩定在4.5MPa，在550rpm攪拌速率下，分別在100℃、120℃、140℃和150℃溫度下生酸，生酸過程中在不同時間取樣，進行酸鹼中和滴定，測定不同溫度下該壓裂液生酸釋放出的H+濃度。生酸溫度越高，H+釋放速率越快，生酸溫度100℃時，H+約7h釋放完全，升溫至150℃，H+約1h釋放完全，最終釋放的[H+]＝2.3mol/L，如圖1所示。
通過高溫高壓酸蝕導流儀，將上述可自生成酸的壓裂液在150℃下，注入碳酸鹽巖板，可自生成酸的壓裂液在高溫下逐步生酸與巖板反應，在巖板上形成貫通的酸蝕通道，有利於提高改造體積，而注入常規鹽酸進行酸蝕，由於高溫下反應速率快，僅在注入入口端酸蝕嚴重，無法實現整個巖板的酸蝕，改造體積有限。如圖2所示。
本實施例所得到的上述可自生成酸的壓裂液加熱前為攜帶可降解降濾失劑的液體，置於高溫高壓反應釜中，150℃加熱兩小時後，可降解降濾失劑完全降解，液體無色透明。
本實施例的酸壓液體在高溫高壓靜態濾失儀中，使用加工巖心片在150℃下進行濾失實驗，30min內升溫至150℃，在3.5MPa下進行濾失實驗，實驗降溫後觀察到，可降解降濾失劑在30min時可在巖心片表面形成一層降濾失膜，如圖3所示，有效降低壓裂過程中液體的濾失，滿足造縫需求，時間增長至2h後，該降濾失劑可完全降解，對儲層不造成任何傷害。
在旋轉圓盤反應系統中，掛兩個13Cr鋼試片，與酸壓液體在150℃、14MPa、轉速為60rpm下，不添加緩蝕劑進行高溫動態腐蝕實驗4h後，鋼片外觀基本無變化，無點蝕和明顯腐蝕痕跡，如圖4所示，計算平均腐蝕速率為0.86g/m2·h，優於一級防腐標準(腐蝕速率50-60g/m2·h)，因此，該液體使用時無需添加緩蝕劑，既降低了成本又消除了緩蝕劑吸附儲層表面造成的傷害，而使用相同酸濃度鹽酸在相同條件下進行腐蝕實驗，腐蝕速率大於1000g/m2·h，腐蝕嚴重，必須添加緩蝕劑。