無殘渣壓裂液的配製方法
2023-06-08 15:03:41
專利名稱：無殘渣壓裂液的配製方法
技術領域：
本發明涉及一種用於油氣田開發過程中壓裂增產措施的一種壓裂液，屬於石油開發中壓裂施工採用的工作液。
背景技術：
現有壓裂液配製技術主要採用植物膠(線性大分子)做增稠劑，在適宜條件下與交聯劑進行交聯，形成高分子網狀結構，以實現壓裂液粘度。這類壓裂液的破膠必須採用化學破膠劑，破壞高分子網狀結構，降低壓裂液粘度，達到破膠的目的。植物膠壓裂液的不足之處在於存在殘留物，殘留物主要來自兩方面①植物膠本身存在的水不溶物；②破膠不徹底殘留的微凝膠。殘留物對壓裂裂縫支撐帶滲透率和地層滲透率造成難以恢復的傷害，嚴重影響壓裂增產效果。
本發明的目的在於提供一種有效方法，即利用不飽和脂肪酸鹽和鹽水混合或脂肪酸、無機鹼和鹽水混合，在鹽水中，這種脂肪酸鹽由於形成高度纏結的杆狀膠束而增加流體粘度和粘彈性，實現壓裂液對粘度的要求。這種壓裂液的粘度取決於膠束的性質，通過改變膠束結構可以破壞這種壓裂液。當壓裂液遇到烴或被地層水稀釋時，便發生破膠，無殘留物，以解決植物膠壓裂液存在殘留物的問題，減小殘留物對壓裂裂縫支撐帶滲透率和地層滲透率造成的傷害，提高壓裂增產效果。同時為壓裂液配製提供一條新的途徑。
發明內容
本發明是由以下技術方案實現的本發明的無殘渣壓裂液增稠劑選用十八個碳原子的不飽和脂肪酸或不飽和脂肪酸鹽組成，輔助添加劑為水溶性無機鹼和無機鹽組成，無機鹼主要包括NaOH、KOH、LiOH，無機鹽主要包括NaCl、KCl、NH4Cl、NaAC(乙酸鈉)。
無殘渣壓裂液的配製方法採用如下步驟1、增稠劑採用十八個碳原子的不飽和脂肪酸，壓裂液的配製步驟如下A、按照增稠劑、輔助添加劑與水的重量比準備好配製材料，即十八個碳原子的不飽和脂肪酸、水溶性無機鹼和無機鹽總量∶水＝1∶10～1∶50(重量比)，其中十八個碳原子的不飽和脂肪酸、無機鹼、無機鹽的摩爾比為十八個碳原子的不飽和脂肪酸∶無機鹼∶無機鹽＝1∶286∶1571～1∶8.2∶14；B、將水溶性無機鹼和無機鹽在攪拌條件下加入水中，使其完全溶解，配製成基液；
C、在攪拌條件下向基液中加入十八個碳原子的不飽和脂肪酸，攪拌至旋渦閉合，配製出無殘渣壓裂液。
2、增稠劑採用十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽，壓裂液的配製步驟如下A、按照增稠劑、輔助添加劑與水的重量比準備好配製材料，即十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽和水溶性無機鹽總量∶水＝1∶10～1∶50(重量比)，其中十八個碳原子的不飽和鹽與水溶性無機鹽的摩爾比為十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽∶水溶性無機鹽＝1∶12.6～1∶6.2B、水溶性無機鹽在攪拌條件下加入水中，使其完全溶解，配製成基液；C、攪拌條件下向基液中加入十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽，攪拌至旋渦閉合，配製出無殘渣壓裂液。
本發明的優點1、不需加入任何高分子聚合物，其粘度可滿足壓裂施工的需要。
2、不需加入任何化學破膠劑，破壞膠束結構可以破壞這種壓裂液，壓裂液的破膠存在兩種機理①壓裂液遇到地層水稀釋破膠；②壓裂液遇到烴液則破壞其帶電結構而破膠，在對油氣井的壓裂實施時，總會遇到一種情況或兩種情況同時存在，在地層條件下可完全破膠；3、由於配製時無需加入高分子聚合物並且不需要交聯，不僅避免了高分子聚合物本身存在的水不溶物同時也完全解決了由於破膠不徹底存在微凝膠而對地層和裂縫支撐帶滲透率造成傷害；4、無殘渣壓裂液是基於粘彈性表面活性劑的液體，壓裂液破膠後，①破膠液具有低的表面張力，易於返排，現場實施表明無殘渣壓裂液的返排率(94.1％)明顯高於植物膠壓裂液(40％)；②破膠液中含有一定濃度的表面活性劑，遇到原油後易形成水包油的乳化液，能夠有效降低稠油的粘度，且破膠液具有低的界面張力，油水易於分離，適用於稠油油藏的壓裂改造；5、無殘渣壓裂液具有良好的防膨效果，不需另加入防膨劑。
6、配製工藝簡單易行，可實現壓裂液的連續配製，有效降低了現場作業的勞動強度和生產成本。
具體實施例方式
實施例11、在300mL水中加入6克NaOH和13.5克KCl，攪拌，使之充分溶解，形成無殘渣壓裂液基液；2、在高速攪拌條件下向300mL基液中加入15克十八個碳原子的不飽和脂肪酸，攪拌至旋渦閉合，60秒內可形成粘度在60～150mpa.s(毫帕秒)的無殘渣壓裂液。
實施例21、300mL水中加入12克KCl，使之充分溶解，形成無殘渣壓裂液基液；2、在高速攪拌條件下向300mL基液中加入5克十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽，攪拌至旋渦閉合，60秒內可形成粘度在50～160mPa.s(毫帕秒)的無殘渣壓裂液。
針對實施例1的效果試驗無殘渣壓裂液性能測試參照標準SY/T 5107-1995《水基壓裂液性能評價》執行。
(1)粘溫性能(實驗儀器是德國HAAK RV30旋轉粘度計)
圖1無殘渣壓裂液粘溫性能曲線表1.無殘渣壓裂液粘溫數據表
(2)無殘渣壓裂液熱穩定性能(實驗儀器是德國HAAK RV30旋轉粘度計)圖2無殘渣壓裂液剪切穩定性曲線綜合分析圖2可知，無殘渣壓裂液具有優良的熱穩定性能。
(3)壓裂液的流變性能(實驗儀器是德國HAAK RV30旋轉粘度計)圖3無殘渣壓裂液粘度隨剪切速率變化曲線壓裂過程中，要求壓裂液具有高的懸帶支撐劑的能力，及優良的抗剪切能力。圖3是無殘渣壓裂液粘度隨剪切速率變化的曲線。圖中有兩條曲線，分別是該壓裂液隨著剪切速率由低到高和由高到低時的粘度變化曲線，從圖中可看出上述兩條曲線幾乎重合。圖3說明了無殘渣壓裂液在經過高剪切破壞後，粘度能夠迅速恢復，充分滿足了壓裂工藝對壓裂液流變性的要求。由於在壓裂施工時當壓裂液通過井筒和炮眼時，處於高剪切條件下，而當壓裂液進入地層後在裂縫中又處於低剪切條件下，這就要求壓裂液有良好的剪切恢復性才能具有適當的粘度攜帶支撐劑。而無殘渣壓裂液具有良好的剪切恢復性，可滿足壓裂施工的需要。
(4)無殘渣壓裂液的破膠和水化性能無需加入任何化學破膠劑即可破膠是無殘渣壓裂液最顯著特徵之一。無殘渣壓裂液的破膠存在兩個機理與烴(油、氣)接觸或被地層水稀釋。由於壓裂井裡總有一種或兩種情況存在，不需要另加破膠劑。產出的油、凝析油或純氣體影響壓裂液中的帶電環境，使液體破膠；在地層水的作用下，液體因稀釋降低了粘度。
我們在室內對無殘渣壓裂液破膠、水化性能進行了測試，實驗結果如下(測試條件毛細管粘度計、表面張力儀；溫度30℃破膠時間2～5分鐘)●破膠性能a、以水稀釋破膠(水為自來水)實驗結果如表2所示。
表2無殘渣壓裂液破膠液粘度和表面張力數據表
b、與烴接觸破膠，試驗結果見表3。
表3無殘渣壓裂液破膠液粘度表
●無殘渣壓裂液殘渣含量的測定1、與水破膠後的破膠液呈透明略帶乳白色的液體，經30分鐘、3000轉/分鐘離心後，液體不分層，無沉澱出現，無固相，過濾無殘渣。
2、與烴接觸破膠後殘渣含量的測定在試驗中我們選擇的烴為煤油和原油。當無殘渣壓裂液中滴入煤油或原油後，靜置或輕微攪拌均可，明顯可看到壓裂液體系發生變化，最後油水分層，壓裂液破膠，過濾無殘渣。
試驗結果表明，低的水化液粘度和幾乎為零的殘渣含量充分顯示無殘渣壓裂液的清潔程度。
(5)無殘渣壓裂液的傷害性能●無殘渣壓裂液對基質傷害情況測試實驗儀器巖心試驗流動儀。測試溫度室溫；巖心恢復時間4小時。
a、以水為試驗介質實驗結果如表4所示表4無殘渣壓裂液對巖心傷害率數據表
b、以油為試驗介質實驗結果如表5所示。
表5無殘渣壓裂液對巖心傷害率數據表
綜合分析表4、表5中的數據發現，該壓裂液不論在油層或水層中對巖心都有較低的傷害率。
●無殘渣壓裂液對支撐帶的傷害率圖4壓裂液傷害對比曲線實驗儀器CDLY-96導流能力實驗儀。測試溫度室溫實驗結果見圖4。圖4所繪製的是無殘渣壓裂液、常規壓裂液對支撐帶導流能力的傷害情況對比曲線。
壓裂液對裂縫支撐帶傷害實驗全過程共計500分鐘，其中恢復實驗400分鐘。從圖中可看出曲線的第I階段為通入蒸餾水的階段，測試支撐帶對蒸餾水的導流能力和滲透率，在這一段支撐帶對蒸餾水的導流能力基本不變；曲線第II段為擠入壓裂液階段，在該階段無殘渣壓裂液擠入的為壓裂液，而常規壓裂液由於在該試驗條件下無法破膠，所以測試的是常規壓裂液的水化液對裂縫支撐帶的傷害率，由曲線的最低點可看出，常規壓裂液的傷害高於無殘渣壓裂液；曲線的第III段為支撐帶導流能力恢復階段。分析曲線1、2可知，無殘渣壓裂液導流能力均恢復了93.1％。而常規壓裂液僅恢復了原有導流能力的54.7％。就是說，對同樣的壓裂支稱裂縫，用無殘渣壓裂液施工其裂縫的導流能力是用常規壓裂液施工裂縫導流能力的1.7倍。
經過研究分析發現，無殘渣壓裂液無論對基質或是對裂縫支撐帶均有較低的傷害率，遠低於常規壓裂液。無殘渣壓裂液傷害性能的測試有力的證明了該壓裂液的低傷害特性。
(6)壓裂液對稠油的降粘試驗表6原油降粘實驗數據表
綜合分析表6數據，無殘渣壓裂液具有良好的降粘效果。
(7)無殘渣壓裂液防膨性能實驗數據表表7無殘渣壓裂液防膨性能實驗數據表
由表中數據可看出，無殘渣壓裂液有較好的防膨性能。
5、無殘渣壓裂液現場應用情況(1)工藝流程現場配製無殘渣壓裂液工藝簡單，只需2-3種添加劑。將無機鹽水溶液、不飽和脂肪酸、無機鹼水溶液，或者不飽和脂肪酸鹽和無機鹽水溶液在混砂車上混合，控制砂比在10％至80％之間，形成粘度適宜的壓裂液，泵入井筒。
(2)現場應用情況無殘渣壓裂液在大港油田難採區塊進行了現場應用實驗。實驗井，壓裂井段為2915.1m～2927.4m，停產前日產油0.23t，水0.06m3，壓力係數0.7。該井累積產油3717t，產水804 m3。
施工時，採用排量3.1m3/min，總用液量為138.47m3，加砂量10m3，平均砂比22.5％，施工按照設計要求順利實施。返排率達到94.1％，破膠液粘度是1.5mPa.s，而同一區塊的常規植物膠壓裂液的返排率僅為41.7％。實驗井壓裂後日產量10.67噸，增產倍數45.4倍。
實施例3～6及其效果試驗表8實施例3～6壓裂液添加劑配比數據表
表9實施例3～6的效果實驗
權利要求
1.一種無殘渣壓裂液，由增稠劑、輔助添加劑和水配製而成，其特徵在於增稠劑選用十八個碳原子的不飽和脂肪酸或不飽和脂肪酸鹽，輔助添加劑為水溶性無機鹼、無機鹽。
2.如權利要求1所述的無殘渣壓裂液，當採用不飽和脂肪酸、水溶性無機鹼和無機鹽配製時，其配製方法包括如下步驟A、按照增稠劑、輔助添加劑與水的重量比準備好配製材料，即十八個碳原子的不飽和脂肪酸、水溶性無機鹼和無機鹽總量∶水＝1∶10～1∶50(重量比)，其中十八個碳原子的不飽和脂肪酸、無機鹼、無機鹽的摩爾比為十八個碳原子的不飽和脂肪酸∶無機鹼∶無機鹽＝1∶286∶1571～1∶8.2∶14；B、將水溶性無機鹼和無機鹽在攪拌條件下加入水中，使其完全溶解，配製成基液；C、在攪拌條件下向基液中加入十八個碳原子的不飽和脂肪酸，攪拌至旋渦閉合，配製出無殘渣壓裂液。
3.如權利要求1所述的無殘渣壓裂液，當採用不飽和脂肪酸鹽和無機鹽配製時，其配製方法包括如下步驟A、按照增稠劑、輔助添加劑與水的重量比準備好配製材料，即十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽和水溶性無機鹽總量∶水＝1∶10～1∶50(重量比)，其中十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽與水溶性無機鹽的摩爾比為十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽∶水溶性無機鹽＝1∶12.6～1∶6.2；B、將水溶性無機鹽在攪拌條件下加入水中，使其完全溶解，配製成基液；C、在攪拌條件下向基液中加入十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽，攪拌至旋渦閉合，配製出無殘渣壓裂液。
4.如權利要求1所述的水溶性無機鹽，其特徵在於主要包括NaCl、KCl、NH4Cl、NaAC(乙酸鈉)。
5.如權利要求1所述的水溶性無機鹼，其特徵在於主要包括NaOH、KOH、LiOH。
全文摘要
本發明涉及一種用於油氣田開發過程中，壓裂增產措施的一種壓裂液，本發明提供一種有效方法，即利用十八個碳原子的不飽和脂肪酸鹽和鹽水混合或十八個碳原子的脂肪酸、無機鹼和鹽水混合，在鹽水中，這種脂肪酸鹽由於形成高度纏結的杆狀膠束而增加流體粘度和粘彈性，實現壓裂液對粘度的要求。這種壓裂液的粘度取決於膠束的性質，通過改變膠束結構可以破壞這種壓裂液。當壓裂液遇到烴或被地層水稀釋時，便發生破膠，無殘留物，以解決植物膠壓裂液存在殘留物的問題，減小殘留物對壓裂裂縫支撐帶滲透率和地層滲透率造成的傷害，提高壓裂增產效果。同時為壓裂液配製提供一條新的途徑。
文檔編號E21B43/16GK1621484SQ20031011681
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月28日 優先權日2003年11月28日
發明者陳紫薇, 張勝傳, 唐秀群 申請人:大港油田集團有限責任公司, 大港油田集團鑽採工藝研究院