專(zhuān)利名稱(chēng)：顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種清潔壓裂液制備工藝，具體是指一種顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝。
背景技術(shù)：
油氣井的水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)是改造油氣層的有效方法，是油氣井、水井增產(chǎn)、增注的有效措施。此技術(shù)已積累了 50多年的經(jīng)驗(yàn)，被廣泛應(yīng)用于油氣田勘探和開(kāi)發(fā)中。與此同時(shí)，每年會(huì)消耗掉6 X IO4噸以上的化學(xué)劑。所謂油層水力壓裂，就是對(duì)于埋藏在幾百到幾千米的油層，利用水力的作用，使油層形成裂縫。油層水力壓裂的過(guò)程，一般指在地面采用高壓大排量的泵，利用液體的傳壓性能，將具有一定粘度的液體(壓裂液)，以大大超過(guò)油層所能吸收的能力向井中注入，井筒 內(nèi)的壓力逐漸增高，當(dāng)壓力增高到超過(guò)井壁附近的地應(yīng)力及巖石的抗張強(qiáng)度時(shí)，油層就會(huì)形成有一定幾何尺寸的裂縫。由于裂縫的出現(xiàn)，滲透面積增加，加之井底壓力與油層壓力之間存在壓差，此時(shí)泵入的液體，其中一部分滿足了地層的吸收，剩余的則使裂縫向前延伸和擴(kuò)張。隨著流體的不斷注入，裂縫也會(huì)不斷延伸與擴(kuò)展，直到流體所注入的速度與油層所能吸入的速度相等時(shí)，裂縫才會(huì)停止延伸與擴(kuò)展。此時(shí)如果地面高壓泵停止泵入液體，油層由于外來(lái)壓力的消失，又會(huì)使裂縫重新閉合。為了保持裂縫處于張開(kāi)伏態(tài)，隨著壓裂液的不斷注入，須在壓裂液中混入較大直徑的支撐劑(如石英砂、核桃殼、陶粒等)，使之沉淀于裂縫中，支撐已形成的裂縫。由于地層中有了這樣被支撐的裂縫，從而提高了近井地帶巖層的滲透率，改善了井筒附近油層的流體流動(dòng)通道，增大了排流面積，降低了流體的流動(dòng)阻力，使油井達(dá)到了增產(chǎn)的效果。清潔壓裂液作為造縫和攜砂的介質(zhì)，其性能的改進(jìn)一直是人們研究的課題。自50年代大規(guī)模進(jìn)行水力壓裂以來(lái)，壓裂液無(wú)論從單項(xiàng)添加劑、整體壓裂液配方體系的形成、室內(nèi)研究?jī)x器設(shè)備和方法到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工藝技術(shù)等均發(fā)生了重大變化，特別是90年代以來(lái)，壓裂液體系研究趨于完善，在壓裂液化學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。清潔壓裂液，國(guó)外是在上個(gè)世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的，自從1997年Schlumberger公司推出第一個(gè)產(chǎn)品J508投入市場(chǎng)以來(lái)，就迅速得到了推廣，目前用量最大的三個(gè)國(guó)家和地區(qū)分別是加拿大、墨西哥灣和美國(guó)東部。同時(shí)國(guó)外的學(xué)者通過(guò)長(zhǎng)期致力于粘彈性研究，極大地豐富了粘彈性理論，為VES的理論研究奠定了基礎(chǔ)，得到的粘彈性評(píng)價(jià)方法為VES壓裂液性能評(píng)價(jià)指明了方向。國(guó)內(nèi)對(duì)清潔壓裂液研究較晚，目前主要應(yīng)用的VES為CTAB和Schlumberger的J508型表面活性劑，存在的問(wèn)題是CTAB的粘彈效應(yīng)較為弱，特別是在溫度高于60°C時(shí)，粘性會(huì)隨之大大降低，失去對(duì)支撐劑的有效懸浮作用。Schlumberger的J508型表面活性劑有很好的粘彈性，適用的溫度較高，由于其配方中添加了某些高溫穩(wěn)定劑，從而將該體系應(yīng)用在溫度高于100°C的油氣井增產(chǎn)作業(yè)，但是該配方的成本較CTAB高，使得該體系在國(guó)內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用受到限制。近年來(lái)國(guó)內(nèi)也有報(bào)道不同配方的VES，使用的溫度也有了較大的提高，但是關(guān)于他們的應(yīng)用報(bào)道還很少。從某種角度說(shuō)原因是由于分子設(shè)計(jì)中沒(méi)有很好的考慮到產(chǎn)品的工業(yè)化問(wèn)題，導(dǎo)致成本太高而制約其應(yīng)用，另一個(gè)重要的原因是由于國(guó)內(nèi)目前對(duì)VES流體的評(píng)價(jià)方法還不完善，致使對(duì)VES有一個(gè)誤區(qū)，那就是應(yīng)該達(dá)到多大的粘彈性才能保證壓裂的正常施工。目前，廣泛使用的清潔壓裂液體系可分為水基壓裂液、泡沫壓裂液、油基壓裂液和乳化壓裂液。從50年代初到60年代初是以油基壓裂液為主。油基壓裂液通常由烴類(lèi)(原油、柴油)、稠化劑(有機(jī)磷酸鹽)、交聯(lián)劑(偏鋁酸鹽)和破膠劑(強(qiáng)堿弱酸鹽)組成，通過(guò)兩步交聯(lián)法，提高了其現(xiàn)場(chǎng)可操作性和耐溫能力(達(dá)130°C)。它具有與油藏配伍性好，易返排、低傷害，適合于強(qiáng)水敏、低壓儲(chǔ)層 等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，也存在安全性差、成本高、耐溫能力較弱和濾失量大等缺點(diǎn)。在60年代初，胍爾膠稠化劑的問(wèn)世，標(biāo)志著現(xiàn)代壓裂液化學(xué)的誕生。70年代，由于胍爾膠化學(xué)改性(如羥丙基胍爾膠HPG、羥基羧甲基胍爾膠CMHPG)的成功，以及交聯(lián)體系的完善(由硼、銻發(fā)展到有機(jī)鈦、有機(jī)鋯)，水基壓裂液迅速發(fā)展，在壓裂液類(lèi)型中占主導(dǎo)作用。水基壓裂液由聚合物稠化劑(植物膠，如胍爾膠、香豆膠等)、交聯(lián)齊[J、破膠劑、pH值調(diào)節(jié)劑、殺菌劑、粘土穩(wěn)定劑和助排劑等組成。具有低廉、安全、可操作性強(qiáng)、綜合性能好、運(yùn)用范圍廣等特點(diǎn)，但潛在的問(wèn)題是損害水敏性?xún)?chǔ)層，以及由于殘?jiān)?、未破膠的濃縮膠和濾餅造成的導(dǎo)流能力損害。隨著致密氣藏的開(kāi)采和部分低壓油井壓裂后返排困難等因素，在80年代泡沫壓裂液技術(shù)又大規(guī)模在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取代了部分水基壓裂液。泡沫壓裂液一般由氣相和液相組成，氣相(一般為70% 75%的C02或N2)以氣泡的形式分散在整個(gè)連續(xù)相中，液相通常含有表面活性劑或其它穩(wěn)定劑，加入植物膠稠化劑，可以改善泡沫壓裂液的穩(wěn)定性。它具有易返排、傷害小和攜砂能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適合于低壓、水敏性?xún)?chǔ)層，尤其是氣藏。乳化壓裂液是介于水基與油基之間的壓裂液流體，目前常用的是聚合物水包油乳化壓裂液，它是由60% 70%的液態(tài)烴(原油或柴油為內(nèi)相)和30% 40%聚合物稠化水(植物膠水溶液為外相)組成，具有低濾失、低殘?jiān)?、粘度高和傷害較小等特點(diǎn)。目前，壓裂液體系仍是以水基壓裂液為主(占65%)，泡沫壓裂液(占30%)，油基、乳化壓裂液(占5% )共存的局面。其中，在水基壓裂液中，硼交聯(lián)壓裂液占40%，鈦、鋯交聯(lián)壓裂液占10%，未交聯(lián)壓裂液占15%。20世紀(jì)90年代，國(guó)外研制出了無(wú)聚合物水基壓裂液體系一種基于粘彈性表面活性劑的壓裂液，該體系不需化學(xué)破膠，排液能力強(qiáng)，壓裂液殘?jiān)繋缀鯙榱?，基本不改變油層的?rùn)濕性并且能夠有效的穩(wěn)定粘土，使壓裂過(guò)程中的表皮效應(yīng)和油層污染更小，甚至接近零污染，能更有效的提高油井產(chǎn)能，充分達(dá)到油氣藏壓裂的目的。該體系被稱(chēng)之為粘彈性表面活性劑壓裂液，又稱(chēng)之為清潔壓裂液。清潔壓裂液自1997年在國(guó)外投入使用后，就迅速得到推廣。目前加拿大用量第一，墨西哥灣第二，美國(guó)東部第三。我國(guó)由于在界面化學(xué)和表面活性劑合成領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家相差較大，清潔壓裂液在我國(guó)發(fā)展還比較緩慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，該制備工藝通過(guò)控制鹽水、表面活性劑和水楊酸鈉的加量，從而能大大增加整個(gè)體系的粘數(shù)，進(jìn)而提高制備出的清潔壓裂液的產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，包括以下步驟(a)首先，在濃度為3. 0% 5. 0%的鹽水溶液中，加入濃度為1. 8% 2. 2%的表面活性劑，攪拌一段時(shí)間；(b)然后，在攪拌情況下，加入濃度為0. 4% 0. 6%的水楊酸鈉，充分?jǐn)嚢璧玫饺芤海?C)最后，在恒溫水浴中保存一段時(shí)間以便充分消泡，即得清潔壓裂液。所述鹽水溶液為氯化鈉溶液。 所述表面活性劑的為十六烷基三甲基氯化銨。所述鹽水溶液的濃度為4. 0 %。所述表面活性劑的濃度為2. 0%。所述水楊酸鈉的濃度為0.5%。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是本制備工藝通過(guò)控制鹽水、表面活性劑和水楊酸鈉的加量，從而能大大增加整個(gè)體系的粘數(shù)，進(jìn)而提高制備出的清潔壓裂液的產(chǎn)品質(zhì)量。


圖1是KCL加量對(duì)體系粘數(shù)的影響示意圖；圖2是水楊酸鈉加量對(duì)體系粘數(shù)的影響示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例本發(fā)明涉及顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，包括以下步驟(a)首先，在鹽水溶液中，加入適量表面活性劑，攪拌一段時(shí)間；(b)然后，在攪拌情況下，加入一定量的水楊酸鈉，充分?jǐn)嚢璧玫饺芤海?C)最后，在恒溫水浴中保存一段時(shí)間以便充分消泡，即得清潔壓裂液。上述鹽水溶液為氯化鈉溶液；表面活性劑的為十六烷基三甲基氯化銨。為了得到最佳的鹽水加量，本發(fā)明做了鹽水加量對(duì)清潔壓裂液的體系濃度影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示，由圖1可知，KCl加量對(duì)壓裂液表觀粘度的影響不是很大，但隨KCl加量增加壓裂液表觀粘度先漸漸增加隨之又下降，且KCl加量為3. 0% 5. 0%時(shí)效果較好，且在KCl加量為4. 0%時(shí)粘度達(dá)到最大，說(shuō)明KCl加量有一個(gè)最優(yōu)量為4. 0%。為了得到最佳的表面活性劑加量，即十六烷基三甲基氯化銨的最佳添加量，本發(fā)明做了表面活性劑加量對(duì)清潔壓裂液的體系濃度影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，為了簡(jiǎn)明，在圖2中將十六烷基三甲基氯化銨采用CTAC的英文縮寫(xiě)；由圖2可知，隨著十六烷基三甲基氯化銨加量的增加，溶液的體系粘度也大大增加，且十六烷基三甲基氯化銨的濃度在1. 8% 2. 2%之間較好，最佳濃度為2. 0%。為了得到最佳的水楊酸鈉加量，本發(fā)明做了水楊酸鈉加量對(duì)清潔壓裂液的體系濃度影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，為了簡(jiǎn)明，在圖2中將十六烷基三甲基氯化銨采用CTAC的英文縮寫(xiě)；由圖2可知，水楊酸鈉的加量對(duì)溶液的粘度具有很大的影響，隨著水楊酸鈉加量的增加，體系粘度先增加后減少，具有一個(gè)最優(yōu)的水楊酸鈉加量，粘彈性表面活性劑溶液的粘度先隨水楊酸鈉濃度的增大而增大，并上升到一最大值，然后又下降，這是因?yàn)檎硰椥员砻婊钚詣┤芤旱南鄳B(tài)發(fā)生的一系列變化所致，即是溶液從單個(gè)游離膠束一球型膠束一蠕蟲(chóng)狀膠束一相互纏繞的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一層狀膠束一囊泡狀膠束，因此溶液的粘度會(huì)出現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象。綜上，本發(fā)明的水楊酸鈉的濃度在0. 4% 0. 6%之間較好，最佳濃度為0. 5%。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)上對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，其特征在于，包括以下步驟(a)首先，在濃度為3.0% 5. O %的鹽水溶液中，加入濃度為1. 8% 2. 2%的表面活性劑，攪拌一段時(shí)間；(b)然后，在攪拌情況下，加入濃度為O.4% O. 6%的水楊酸鈉，充分?jǐn)嚢璧玫饺芤海?c)最后，在恒溫水浴中保存一段時(shí)間以便充分消泡，即得清潔壓裂液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，其特征在于，所述鹽水溶液為氯化鈉溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，其特征在于，所述表面活性劑的為十六烷基三甲基氯化銨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，其特征在于，所述鹽水溶液的濃度為4. 0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，其特征在于，所述表面活性劑的濃度為2. 0%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，其特征在于，所述水楊酸鈉的濃度為O. 5%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種顯著提高體系粘數(shù)的清潔壓裂液制備工藝，包括步驟(a)首先，在濃度為3.0％～5.0％的鹽水溶液中，加入濃度為1.8％～2.2％的表面活性劑，攪拌一段時(shí)間；(b)然后，在攪拌情況下，加入濃度為0.4％～0.6％的水楊酸鈉，充分?jǐn)嚢璧玫饺芤海?c)最后，在恒溫水浴中保存一段時(shí)間以便充分消泡，即得清潔壓裂液。本發(fā)明通過(guò)控制鹽水、表面活性劑和水楊酸鈉的加量，從而能大大增加整個(gè)體系的粘數(shù)，進(jìn)而提高制備出的清潔壓裂液的產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號(hào)C09K8/68GK102994068SQ20111029037
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者劉高昌 申請(qǐng)人:劉高昌