專利名稱：一種煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤層氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，特別涉及一種煤層氣井水力壓裂用破膠劑及其制備和使用方法。
背景技術(shù)：
煤層氣儲(chǔ)層具有低孔、低滲的特點(diǎn)，一般需要壓裂改造才能獲得較好的氣產(chǎn)量。壓裂是指利用壓裂車在高壓大排量條件下把具有一定粘度的液體擠入地層，當(dāng)把地層壓出裂縫后，加入壓裂支撐劑(如石英砂等)充填裂縫，提高儲(chǔ)層的滲透能力，以增加產(chǎn)量。在施工過程中需要使用具有一定粘度的清潔壓裂液攜帶壓裂支撐劑進(jìn)入地層，此過程為攜砂過程。而在攜砂過程完成后清潔壓裂液必須能夠破膠變成低粘度液體，有控制地返排出地層，才能減少施工對(duì)地層的傷害。在一般油氣井壓裂過程中，清潔壓裂液遇水、原油及天然氣可以自行破膠，不需要加入破 膠劑。而煤層氣井中由于地層水、游離氣少，清潔壓裂液很難自行破膠，因此必須加入破膠劑進(jìn)行破膠，才能使清潔壓裂液順利返排，減少對(duì)煤層的傷害。為了使破膠劑在清潔壓裂液完成攜砂作用后才發(fā)揮破膠作用，現(xiàn)有技術(shù)一般采用膠囊破膠齊 。在攜砂階段，膠囊破膠劑的膠囊阻隔了清潔壓裂液與破膠劑的接觸，完成攜砂后，破壞膠囊，破膠劑與清潔壓裂液接觸，發(fā)揮破膠功能。壓裂施工對(duì)膠囊破膠劑的要求是，膠囊破膠劑的膠囊能夠?qū)⑵颇z時(shí)間充分延后，確保清潔壓裂液完成攜砂作用；攜砂過程完成后，膠囊能被破壞，使破膠劑與清潔壓裂液接觸。膠囊破膠劑的破膠劑應(yīng)當(dāng)能與清潔壓裂液發(fā)生反應(yīng)，使清潔壓裂液破膠。從而降低清潔壓裂液的粘度，使其順利排出地層?，F(xiàn)有技術(shù)中，中國專利申請(qǐng)中申請(qǐng)?zhí)枮?00910208522.X的技術(shù)方案提供了一種低成本水基清潔壓裂液，該清潔壓裂液由小陽離子防膨劑、有機(jī)鈉鹽、陽離子表面活性劑和水構(gòu)成，清潔壓裂液中小陽離子防膨劑的濃度為0.4質(zhì)量％ (在本申請(qǐng)中，質(zhì)量％表示質(zhì)量百分比濃度)，有機(jī)鈉鹽的濃度為0.06-0.18質(zhì)量％ (在本申請(qǐng)中，質(zhì)量％表示質(zhì)量百分比濃度)，陽離子表面活性劑的濃度為0.2-0.6質(zhì)量％(在本申請(qǐng)中，質(zhì)量％表示質(zhì)量百分比濃度)，所使用的陽離子表面活性劑:有機(jī)鈉鹽的質(zhì)量比=1:0.3，所述有機(jī)鈉鹽為水楊酸鈉，所述陽離子表面活性劑為十六 十八烷基三甲基氯化銨中的任一種或它們的混合物。在本申請(qǐng)中，將該中國專利申請(qǐng)中申請(qǐng)?zhí)枮?00910208522.X的專利文件中的清潔壓裂液稱為有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液。但是現(xiàn)有技術(shù)中沒有一種與該有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液配合良好的膠囊破膠劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新型的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑及其制備和使用方法，使之能與現(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液配合，取得良好的攜砂及破膠效果，減少壓裂對(duì)地層的傷害，增加壓裂的效果。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明公開了一種煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑，包括:
由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的破膠劑和由聚乳酸制成的包裹所述破膠劑的膠囊。在本發(fā)明中，所述由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的破膠劑為顆粒狀。在本發(fā)明中，所述由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的顆粒狀破膠劑的直徑在2-3毫米范圍內(nèi)(由于顆粒形狀的不規(guī)則性，本申請(qǐng)中的直徑指顆粒表面上兩點(diǎn)之間的最大直線距離。)。在本發(fā)明中，所述膠囊破膠劑的直徑在3-5毫米范圍內(nèi)(由于顆粒形狀的不規(guī)則性，本申請(qǐng)中的直徑指顆粒表面上兩點(diǎn)之間的最大直線距離。)。本發(fā)明還公開了一種煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的制備方法，該方法包括:將破膠劑壬基酚聚氧乙烯醚制成顆粒狀；將包裹材料聚乳酸霧化并使其在熱空氣中與破膠劑相遇，形成包裹在破膠劑表面的膠囊。在該方法中，在將破膠劑壬基酚聚氧乙烯醚制成顆粒狀之后可進(jìn)一步包括:將制成的顆粒狀的破膠劑過篩，得到直徑在2-3毫米范圍內(nèi)的顆粒狀破膠劑(由于顆粒形狀的不規(guī)則性，本申請(qǐng)中的直徑指顆粒表面上兩點(diǎn)之間的最大直線距離。)；將包裹材料聚乳酸霧化并使其在熱空氣中與過篩后的破膠劑相遇，形成包裹在破膠劑表面的膠囊。在該方法中，在包裹材料聚乳酸形成包裹在破膠劑表面的膠囊后還可包括:將制成的膠囊破膠劑冷卻后過篩，得到直徑在3-5毫米范圍內(nèi)的膠囊破膠劑(由于顆粒形狀的不規(guī)則性，本申請(qǐng)中的直徑指顆粒表面上兩點(diǎn)之間的最大直線距離。)。本發(fā)明還公開了所述煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的使用方法，該方法包括:將所述膠囊破膠劑與壓裂支撐劑一起加入到清潔壓裂液中，然后用該清潔壓裂液進(jìn)行壓裂施工。在該使用方法中，將所述膠囊破膠劑與壓裂支撐劑一起加入到清潔壓裂液中之后，膠囊破膠劑在清潔壓裂液 中的濃度在0.1克/100毫升-0.2克/100毫升范圍內(nèi)。在該使用方法中，所述清潔壓裂液為有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液由上述可見，本發(fā)明的包括“由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的破膠劑和由聚乳酸制成的包裹所述破膠劑的膠囊?！钡哪z囊破膠劑和包括“將破膠劑壬基酚聚氧乙烯醚制成顆粒狀；將包裹材料聚乳酸霧化并使其在熱空氣中與破膠劑相遇，形成包裹在破膠劑表面的膠囊?！钡乃瞿z囊破膠劑的制備方法及包括“將所述膠囊破膠劑與壓裂支撐劑一起加入到清潔壓裂液中，然后用該清潔壓裂液進(jìn)行壓裂施工?！钡乃瞿z囊破膠劑的使用方法提供了一種新的膠囊破膠劑及其制備和使用方法。使之能與有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液配合，取得良好的攜砂及破膠效果，減少壓裂對(duì)地層的傷害，增加壓裂的效果。


圖1為本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑對(duì)有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液的破膠效果示意圖；圖2為用Wurster流化床法使本發(fā)明的膠囊材料包裹破膠劑過程示意圖；圖3為本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑包括由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的破膠劑和由聚乳酸制成的包裹所述破膠劑的膠囊。本發(fā)明的膠囊破膠劑為白色顆粒狀。破膠劑壬基酚聚氧乙烯醚是一種白色固體狀非離子表面活性劑。為方便后期在破膠劑上包裹膠囊及在壓裂過程中使用，應(yīng)將其制作成顆粒狀。顆粒的直徑一般在2-3毫米范圍內(nèi)(由于顆粒形狀的不規(guī)則性，本申請(qǐng)中的直徑指顆粒表面上兩點(diǎn)之間的最大直線距離。)，可以將顆粒狀的壬基酚聚氧乙烯醚通過一定孔徑的篩子篩選，從而得到顆粒大小比較均勻的破膠劑。制成合格的破膠劑后，在破膠劑的外表包裹一層包裹材料制作成的膠囊，從而最終形成膠囊破膠劑，所使用的包裹材料為聚乳酸。如需得到顆粒大小均勻的膠囊破膠劑，可將制成的膠囊破膠劑通過一定孔徑的篩子篩選。一般制成的膠囊破膠劑直徑在3-5毫米范圍內(nèi)(由于顆粒形狀的不規(guī)則性，本申請(qǐng)中的直徑指顆粒表面上兩點(diǎn)之間的最大直線距離。)。壓裂使用時(shí)，膠囊阻止了破膠劑與清潔壓裂液的接觸。只有當(dāng)水溶解完膠囊外殼后，破膠劑才會(huì)與清潔壓裂液反應(yīng)，使清潔壓裂液破膠，從而降低其粘度，使其順利排出地層。由于膠囊破膠劑的膠囊在清潔壓裂液中的溶解需要一段時(shí)間(整個(gè)溶解過程需要30分鐘以上)，確保了清潔壓裂液完成攜砂功能之后才破膠返排。這使得清潔壓裂液在破膠前保持較高粘度，順利將壓裂支撐劑攜帶進(jìn)入裂縫，起到支撐裂縫的作用，防止壓裂形成的裂縫閉合。完成攜砂后，膠囊破膠劑使得清潔壓裂液破膠，降低其粘度，從而使清潔壓裂液比較順利的返排出地層。由于清潔壓裂液在地層中殘留少，減少了對(duì)地層縫隙的堵塞，從而提高了壓裂效果。

現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利申請(qǐng)中申請(qǐng)?zhí)枮?00910208522.X的技術(shù)方案提供了一種低成本水基清潔壓裂液即有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液，該清潔壓裂液由小陽離子防膨劑、有機(jī)鈉鹽、陽離子表面活性劑和水構(gòu)成，清潔壓裂液中小陽離子防膨劑的濃度為0.4質(zhì)量％ (在本申請(qǐng)中，質(zhì)量％表示質(zhì)量百分比濃度)，有機(jī)鈉鹽的濃度為0.06-0.18質(zhì)量％ (在本申請(qǐng)中，質(zhì)量％表示質(zhì)量百分比濃度)，陽離子表面活性劑的濃度為0.2-0.6質(zhì)量％ (在本申請(qǐng)中，質(zhì)量％表示質(zhì)量百分比濃度)，所使用的陽離子表面活性劑:有機(jī)鈉鹽的質(zhì)量比=1:0.3，所述有機(jī)鈉鹽為水楊酸鈉，所述陽離子表面活性劑為十六 十八烷基三甲基氯化銨中的任一種或它們的混合物。在本發(fā)明的研發(fā)過程中，對(duì)本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑與有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液的匹配性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用的清潔壓裂液為:采用0.4%質(zhì)量的主凝劑(十六 十八烷基三甲基氯化銨中的一種或者他們的混合物)+0.12%質(zhì)量的交聯(lián)劑(水楊酸鈉)配制成粘度為15mPa.s的清潔壓裂液。由于小陽離子防膨劑的作用是防止儲(chǔ)層中的粘土遇水膨脹和運(yùn)移，地面實(shí)驗(yàn)中沒有必要加入到清潔壓裂液中，所以本實(shí)驗(yàn)的清潔壓裂液沒有加入上述有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液中的小陽離子防膨劑。實(shí)驗(yàn)條件:為了更真實(shí)地模擬壓裂情況，本實(shí)驗(yàn)選取的實(shí)驗(yàn)溫度為30°C，該溫度與煤層氣儲(chǔ)層的溫度接近。即在30°C下加入膠囊破膠劑，并在攪拌條件下測量清潔壓裂液粘度隨時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，圖1為為本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑對(duì)有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液的破膠效果示意圖。從圖1可知，本發(fā)明的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑大概從加入后30分鐘時(shí)起開始破膠，并且最終清潔壓裂液的粘度降至2mPa.S。根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6376-2008中4.4黏彈性表面活性劑壓裂液通用技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定，破膠劑表觀粘度小于5mPa.s即可認(rèn)為已破膠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑能夠?qū)υ撉鍧崏毫岩簭氐灼颇z。因此，本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑與有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液配合使用，效果良好。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的制備方法作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的制備方法包括:將破膠劑壬基酚聚氧乙烯醚制成顆粒狀；將包裹材料聚乳酸霧化并使其在熱空氣(本發(fā)明的熱空氣是指溫度在30-40攝氏度范圍內(nèi)的空氣)中與破膠劑相遇，形成包裹在破膠劑表面的膠囊。破膠劑壬基酚聚氧乙烯醚是一種白色固體狀非離子表面活性劑。為方便后期在破膠劑上包裹膠囊及在壓裂過程中使用，應(yīng)將其制作成顆粒狀。為了得到顆粒大小比較均勻的破膠劑，可以將制成的顆粒狀的壬基酚聚氧乙烯醚通過一定孔徑的篩子篩選，從而得到直徑在2-3毫米范圍內(nèi)的顆粒狀破膠劑(由于顆粒形狀的不規(guī)則性，本申請(qǐng)中的直徑指顆粒表面上兩點(diǎn)之間的最大直線距離。)。圖2為用Wurster流化床 法使本發(fā)明的膠囊材料包裹破膠劑過程示意圖。如圖2所示，熱空氣(本發(fā)明的熱空氣是指溫度在30-40攝氏度范圍內(nèi)的空氣)通過底部空氣分布板203進(jìn)入，通過設(shè)備中央的導(dǎo)向管201，迫使破膠劑顆粒204在導(dǎo)向管201內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)向管201出口處氣流通道截面積突然增大，空氣流速突然減小，破膠劑顆粒204從環(huán)形空間降落至底部，受到重力及文丘里效應(yīng)的影響，又進(jìn)入導(dǎo)向管201。破膠劑顆粒204在設(shè)備中如此有規(guī)律地循環(huán)。與此同時(shí)，將包囊材料聚乳酸霧化并通過位于分布板203中心的霧化噴嘴202向上噴出，與經(jīng)過的破膠劑顆粒204相遇，被熱空氣(本發(fā)明的熱空氣是指溫度在30-40攝氏度范圍內(nèi)的空氣)干燥后在破膠劑顆粒204表面形成膠囊，循環(huán)多次后膠囊達(dá)到一定厚度即可。為得到顆粒大小均勻的膠囊破膠劑，可將制成的膠囊破膠劑冷卻后過篩，得到直徑在3-5毫米范圍內(nèi)的膠囊破膠劑(由于顆粒形狀的不規(guī)則性，本申請(qǐng)中的直徑指顆粒表面上兩點(diǎn)之間的最大直線距離。)。由本發(fā)明方法制備的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑。由圖3可知，本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑為白色顆粒狀，其外形不規(guī)則。下面對(duì)本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的使用方法作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的使用方法包括:將所述膠囊破膠劑與壓裂支撐劑一起加入到清潔壓裂液中，然后用該清潔壓裂液進(jìn)行壓裂施工。在使用本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑時(shí)，應(yīng)當(dāng)在清潔壓裂液與壓裂支撐劑(如石英砂等)混合時(shí)將膠囊破膠劑加入到清潔壓裂液中。加入后膠囊破膠劑在清潔壓裂液中的濃度在0.1克/100暈升-0.2克/100暈升范圍內(nèi)。然后馬上進(jìn)行壓裂施工，確保清潔壓裂液在破膠前被壓入地層。與本發(fā)明提供的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑配合使用的清潔壓裂液為有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi) 。
權(quán)利要求
1.一種煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑，其特征在于，包括: 由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的破膠劑和由聚乳酸制成的包裹所述破膠劑的膠囊。
2.如權(quán)利要求1所述的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑，其特征在于，所述由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的破膠劑為顆粒狀。
3.如權(quán)利要求2所述的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑，其特征在于，所述由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的顆粒狀破膠劑的直徑在2-3毫米范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1-3中所述的任意一種煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑，其特征在于， 所述膠囊破膠劑的直徑在3-5毫米范圍內(nèi)。
5.一種煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的制備方法，其特征在于，該方法包括: 將破膠劑壬基酚聚氧乙烯醚制成顆粒狀； 將包裹材料聚乳酸霧化并使其在熱空氣中與破膠劑相遇，形成包裹在破膠劑表面的膠囊。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述方法在將破膠劑壬基酚聚氧乙烯釀制成顆粒狀之后進(jìn)一步 包括: 將制成的顆粒狀的破膠劑過篩，得到直徑在2-3毫米范圍內(nèi)的顆粒狀破膠劑； 將包裹材料聚乳酸霧化并使其在熱空氣中與過篩后的破膠劑相遇，形成包裹在破膠劑表面的膠囊。
7.如權(quán)利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，所述方法在包裹材料聚乳酸形成包裹在破膠劑表面的膠囊后還包括: 將制成的膠囊破膠劑冷卻后過篩，得到直徑在3-5毫米范圍內(nèi)的膠囊破膠劑。
8.如權(quán)利要求1所述的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的使用方法，其特征在于，該方法包括: 將所述膠囊破膠劑與壓裂支撐劑一起加入到清潔壓裂液中，然后用該清潔壓裂液進(jìn)行壓裂施工。
9.如權(quán)利要求8所述的使用方法，其特征在于， 將所述膠囊破膠劑與壓裂支撐劑一起加入到清潔壓裂液中之后，膠囊破膠劑在清潔壓裂液中的濃度在0.1克/100毫升-0.2克/100毫升范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的使用方法，其特征在于， 所述清潔壓裂液為有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑及其制備和使用方法，該煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑包括由壬基酚聚氧乙烯醚構(gòu)成的破膠劑和由聚乳酸制成的包裹所述破膠劑的膠囊。該煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的制備方法包括將破膠劑壬基酚聚氧乙烯醚制成顆粒狀；將包裹材料聚乳酸霧化并使其在熱空氣中與破膠劑相遇，形成包裹在破膠劑表面的膠囊。該煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑的使用方法包括將所述膠囊破膠劑與壓裂支撐劑一起加入到清潔壓裂液中，然后用該清潔壓裂液進(jìn)行壓裂施工。本發(fā)明提供了一種能與有機(jī)鈉鹽及陽離子表面活性劑清潔壓裂液配合使用，取得良好效果的煤層氣井水力壓裂用膠囊破膠劑及其制備和使用方法。
文檔編號(hào)C09K8/70GK103160270SQ20131008535
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者李曙光, 朱衛(wèi)平, 彭少濤, 劉川慶 申請(qǐng)人:中聯(lián)煤層氣國家工程研究中心有限責(zé)任公司, 中石油煤層氣有限責(zé)任公司