專利名稱：一種用于體積壓裂的低摩阻液體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及致密油氣藏壓裂增產(chǎn)作業(yè)，特別是致密油氣藏體積壓裂改造的壓裂液技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，增加天然氣供應(yīng)，緩解減排壓力已刻不容緩，致密油氣勘探開發(fā)的戰(zhàn)略意義日漸突顯。近年來，在油價高企和技術(shù)進(jìn)步的雙重推動下，致密油氣勘探開發(fā)取得重要進(jìn)展，對能源供應(yīng)及地緣政治產(chǎn)生了重要影響。致密油氣是指產(chǎn)于低孔隙度和低滲透率頁巖或其他致密巖石儲層中的石油或天然氣。致密油氣藏一般構(gòu)造簡單、儲量巨大、儲層孔滲性差，含油范圍主要受儲層物性和巖性控制。致密油氣以吸附或游離狀態(tài)賦存于富含有機(jī)質(zhì)且滲透率極低的暗色頁泥質(zhì)粉砂巖和砂巖夾層系統(tǒng)中，形成自生自儲巖、連續(xù)分布的油氣聚集體，一般具有開米壽命長、生產(chǎn)周期長的特點(diǎn)，具有可觀的商業(yè)開采價值。到目前，我國國土資源部完成了川渝黔鄂、陜蒙晉、新疆等地150萬平方公里頁巖富氣區(qū)初步潛力評價，中國致密頁巖氣可采資源潛力約31萬億立方米。由于致密油氣儲集層滲透率極低、層薄，進(jìn)行改造、開采的難度很大，目前世界范圍內(nèi)僅美國和加拿大形成商業(yè)開采價值的油氣田。致密油氣儲層改造涉及多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，主要包括水平井鉆井、分段壓裂以及裂縫監(jiān)測“三合一”核心技術(shù)。研究與實(shí)踐證實(shí)，致密油氣層在壓裂過程中，壓裂裂縫不再是單一的對稱裂縫，而是形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，呈現(xiàn)出“改造體積越大、增產(chǎn)效果越好”的規(guī)律，裂縫的起裂與擴(kuò)展不再是簡單表現(xiàn)為裂縫的張性破壞，而且還存在剪切、滑移、錯斷等復(fù)雜的力學(xué)行為，這就是體積壓裂的理念。其內(nèi)涵與作用機(jī)制可表述為:通過分段多簇射孔，實(shí)施“高排量、大液量、大規(guī)模、低粘流體”多級壓裂，配合轉(zhuǎn)向技術(shù)應(yīng)用，在頁巖氣層中形成若干條主裂縫的同時，實(shí)現(xiàn)對大量天然裂縫、巖石層理的溝通，甚至在主裂縫的側(cè) 向強(qiáng)制形成次生裂縫，并在次生裂縫上繼續(xù)分枝形成二級甚至更多級的次生裂縫。體積壓裂使裂縫壁面與儲層基質(zhì)具有更大的接觸面積，使油氣從任意方向的基質(zhì)向裂縫的滲流距離更短，極大地提高儲層整體滲透率，實(shí)現(xiàn)對儲層在長、寬、高三維方向的全面改造。從北美地區(qū)致密氣藏的開采實(shí)踐看，與體積壓裂相適應(yīng)，壓裂工作液體發(fā)展經(jīng)歷了前期線性膠、人工聚合物壓裂液階段，至目前大規(guī)模減阻水、滑溜水(清水壓裂)工作液階段，形成了兩套典型的配方體系:一是線性膠壓裂液。該配方主要由清水、線性聚合物、粘穩(wěn)齊U、表面活性劑組成。上世紀(jì)70 90年代在Appalachian盆地、Michigan盆地、Fortworth盆地等大規(guī)模使用；二是減阻水、滑溜水壓裂液。其主要由清水、減阻劑、粘穩(wěn)劑、反轉(zhuǎn)劑組成。這是最近發(fā)展起來的所謂“清水”壓裂液體系，在Barnett頁巖氣藏、德克薩斯棉花谷致密砂泥巖氣藏等獲得大規(guī)模應(yīng)用。由于體積壓裂所使用液體規(guī)?？涨熬薮?，注入氣層流體動輒數(shù)千、上萬立方米，甚至數(shù)萬立方米。因此，用于體積壓裂的液體必須具備:(1)低成本。致密油氣為低品位資源，開發(fā)投資、風(fēng)險必然很高。如果按照常規(guī)植物膠壓裂液成本500-600元/m3計(jì)算，按中小型施工規(guī)模壓裂一口致密氣井，消耗液體20000m3，則需花費(fèi)1000-1200萬元。(2)低粘度。壓裂液粘度過高，會抑制次生裂縫的形成，對裂縫網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建不利，需要保持低粘度。(3)低摩阻。頁巖壓裂需要超高排量，液體低摩阻對于提升排量，降低水頭損失十分有利。我國致密氣藏存在自身的一些特點(diǎn)，如儲集層泥質(zhì)含量通常很高，泥質(zhì)成分含量較重；我國致密油氣盆地既有海相沉積，又存在陸相沉積(如吉林東部頁巖盆地)。因此，對開發(fā)工藝技術(shù)的選擇除借鑒北美成熟致密氣開發(fā)經(jīng)驗(yàn)外，還必須遵循我國致密油氣的成藏、富集及分布特點(diǎn)和地質(zhì)特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于體積壓裂的低摩阻液體，利用超高分子量的線性聚合物在高流速、高排量下沿剪切方向取向，降低液體的紊流度，達(dá)到降阻目的，不僅低成本、低粘度、低摩阻，還具有低傷害、泥質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，有利于環(huán)境保護(hù)，特別適用于我國高泥質(zhì)含量的致密油氣藏的體積壓裂。一種用于體積壓裂的低摩阻液體，由以下組分組成:減阻劑，0.01 0.05重量％，泥質(zhì)穩(wěn)定劑，0.1 0.5重量％，抗氧劑，0.0 05 0.01重量％，抗菌劑，0.01 0.05重量％，其余為水。 所述減阻劑由分子量為500萬的聚氧化乙烯(PEO)和季戊四醇、異丙醇制備而成，其制備方法如下:①充分洗凈反應(yīng)釜，通入N2吹掃；②將I重量份的聚氧化乙烯(市售)與2 4重量份的季戊四醇、I 3重量份的異丙醇混合，置于反應(yīng)釜中緩慢加熱，繼續(xù)通入N2并不斷攪拌控制體系溫度60°C以下，充分?jǐn)嚢柚馏w系均勻透明，制得減阻劑。減阻劑中聚合物PEO為超高分子量，減阻率高，同時用量降低。所述泥質(zhì)穩(wěn)定劑為氯化鉀、氯化銨或兩者混合物，混合比例氯化鉀:氯化銨為重量比2:1 1:1。氯化鉀、氯化銨對泥質(zhì)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定作用，能有效防止泥質(zhì)顆粒遇水發(fā)生脫落、運(yùn)移帶來的二次傷害?？寡鮿樗畻钏峒柞?，主要作用防止在紫外線作用下，溶解氧對長鏈PEO產(chǎn)生氧化斷鏈，影響其減阻性能?？咕鷦槲於┡c十二烷基二甲基芐基氯化銨或戊二醛與十二烷基三甲基氯化銨的混合物，其混合比例均為重量比1: 1，主要作用是防止微生物活動致使聚合物PEO生物降解。該用于體積壓裂的低摩阻液體，通過如下步驟配制:①向容器中加入設(shè)計(jì)量的清水(現(xiàn)場用地表水、地層水均可)；②加入0.01 0.05重量％的減阻劑，不斷攪拌或采用循環(huán)泵循環(huán)；③加入0.1 0.5重量％的泥質(zhì)穩(wěn)定劑，保持循環(huán)或攪拌；④加入0.005 0.01重量％的抗氧劑，保持循環(huán)或攪拌；⑤加入0.01 0.05重量％的抗菌劑,保持循環(huán)或攪拌；⑥充分?jǐn)嚢杈鶆?，即得該低摩阻液體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要是利用超高分子量的線性聚合物PEO在高流速、高排量下沿剪切方向取向，降低液體的紊流度，流動能量消耗大大降低，從而達(dá)到降阻目的。進(jìn)入地層后，PEO在溶解氧作用下慢慢斷鏈降解，形成小分子的醇，對地層無傷害，無環(huán)境污染。因此，本發(fā)明除具有“低成本、低粘度、低摩阻”特點(diǎn)外，還充分考慮了我國致密油氣藏高泥質(zhì)含量的特點(diǎn)，具有環(huán)保、低傷害、泥質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明適合“超大液量、超大排量、超大砂量、小粒徑、低砂比”的體積壓裂作業(yè)。


圖1是139mm套管中清水摩阻與本發(fā)明低摩阻液體用于體積壓裂時的摩阻試驗(yàn)對比圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1用于體積壓裂的低摩阻液體配方:減阻劑0.01重量％、泥質(zhì)穩(wěn)定劑0.1重量％、抗氧劑0.005重量％、抗菌劑0.01重量％，蒸餾水99.875重量％。所述減阻劑制備過程中，聚氧化乙烯I重量份，季戊四醇2重量份，異丙醇I重量份；泥質(zhì)穩(wěn)定劑為氯化鉀；抗氧劑為水楊酸甲酯；抗菌劑為I重量份戊二醛與I重量份十二
烷基二甲基芐基氯化銨組成。配置方法(配制量I升):向2000mL燒杯中加入998.75克的蒸餾水；不斷攪拌下加A 0.1克減阻劑，直至充分溶解；加入1.0克泥質(zhì)穩(wěn)定劑，保持?jǐn)嚢柚疗淙芙?；再加?.05克抗氧劑保持?jǐn)嚢柚疗淙芙?；最后加?.1克抗菌劑，不斷攪拌，至壓裂液均勻。實(shí)施例1配方性能指標(biāo): 密度1.0g/cm3,粘度1.8mPa.s,折算139mm管徑套管、12.0mVmin 時，摩阻梯度 10.96MPa/1000m。實(shí)施例2用于體積壓裂的低摩阻液體配方:減阻劑0.02重量％、泥質(zhì)穩(wěn)定劑0.2重量％ ;抗氧劑0.008重量% ;抗菌劑0.02重量％，蒸餾水99.752重量％。所述減阻劑制備過程中，聚氧化乙烯I重量份，季戊四醇2重量份，異丙醇2重量份；泥質(zhì)穩(wěn)定劑為I重量份氯化鉀與I重量份氯化銨組成；抗氧劑為水楊酸甲酯；抗菌劑為I重量份戊二醛與I重量份十二烷基二甲基芐基氯化銨組成。配置方法(配制量I升):向2000mL燒杯中加入997.52克的蒸餾水；不斷攪拌下加A 0.2克減阻劑，直至充分溶解；加入2.0克泥質(zhì)穩(wěn)定劑，保持?jǐn)嚢柚疗淙芙?；再加?.08克抗氧劑保持?jǐn)嚢柚疗淙芙猓蛔詈蠹尤?.2克抗菌劑，不斷攪拌，至壓裂液均勻。實(shí)施例2配方性能指標(biāo):密度1.0g/cm3,粘度2.1mPa.s,折算139mm管徑套管、12.0mVmin 時，摩阻梯度 9.1 IMPa/IOOOm0實(shí)施例3用于體積壓裂的低摩阻液體配方:減阻劑0.03重量％、泥質(zhì)穩(wěn)定劑0.4重量％ ;抗氧劑0.008重量% ;抗菌劑0.03重量％，蒸餾水99.532重量％。所述減阻劑制備過程中，聚氧化乙烯I重量份，季戊四醇2重量份，異丙醇2重量份；泥質(zhì)穩(wěn)定劑為I重量份氯化鉀與I重量份氯化銨組成；抗氧劑為水楊酸甲酯；抗菌劑為I重量份戊二醛與I重量份十二烷基三甲基氯化銨組成。
配置方法(配制量I升):向2000mL燒杯中加入995.32克的蒸餾水；不斷攪拌下加A 0.3克減阻劑，直至充分溶解；加入4.0克泥質(zhì)穩(wěn)定劑，保持?jǐn)嚢柚疗淙芙?；再加?.08克抗氧劑保持?jǐn)嚢柚疗淙芙猓蛔詈蠹尤?.3克抗菌劑，不斷攪拌，至壓裂液均勻。實(shí)施例3配方性能指標(biāo):密度1.0g/cm3,粘度3.3mPa.s,折算139mm管徑套管、12.0mVmin 時，摩阻梯度 8.60MPa/IOOOm0實(shí)施例4用于體積壓裂的低摩阻液體配方:減阻劑0.05重量％、泥質(zhì)穩(wěn)定劑0.5重量％ ;抗氧劑0.01重量％ ;抗菌劑0.05重量％，蒸餾水99.39重量％。所述減阻劑制備過程中，聚氧化乙烯I重量份，季戊四醇2重量份，異丙醇I重量份；泥質(zhì)穩(wěn)定劑為I重量份氯化鉀與I重量份氯化銨組成；抗氧劑為水楊酸甲酯；抗菌劑為I重量份戊二醛與I重量份十二烷基二甲基芐基氯化銨組成。配置方法(配制量I升):向2000mL燒杯中加入993.90克的蒸餾水；不斷攪拌下加A 0.5克減阻劑，直至充分溶解；加入5.0克泥質(zhì)穩(wěn)定劑，保持?jǐn)嚢柚疗淙芙?；再加?.1克抗氧劑保持?jǐn)嚢柚疗淙芙?；最后加?.5克抗菌劑，不斷攪拌，至壓裂液均勻。實(shí)施例4配方性能指標(biāo):密度1.0g/cm3,粘度4.9mPa.s,折算139mm管徑套管、12.0mVmin 時，摩阻梯度 1.53MPa/IOOOm0實(shí)施例5利用實(shí)施例4制備摩阻測試用樣品20L。在環(huán)流LOOP試驗(yàn)架上進(jìn)行3/4英寸閉合管路摩阻壓降測試，分別測定 不同剪切速率下壓裂液的摩阻，根據(jù)物理相似性準(zhǔn)則折算到現(xiàn)場51/2英寸套管施工管柱條件的摩阻，并與相同剪切狀態(tài)下清水的摩阻為參照，計(jì)算壓裂液的降阻率。結(jié)果見圖1。頁巖壓裂液在139mm套管中以排量10.0 14.0m3/min注入時，該壓裂液摩阻系數(shù)為5.06X 10_3 9.15X 10_3MPa/m，是清水摩阻的27% 38%，減阻性能良好，適于頁巖高排量、大規(guī)模施工作業(yè)。實(shí)施例6某致密頁巖氣藏X水平井于2011年7月8日完成分段壓裂改造，壓裂采用“復(fù)合橋塞+連結(jié)油管噴砂分簇射孔”工藝技術(shù)。壓裂液采用本發(fā)明實(shí)施例4配方?，F(xiàn)場分段壓裂級數(shù)11級，施工時間合計(jì)1817min，共注入滑溜水壓裂液23655.7m3，平均單層注液2150.5m3,共加入支撐劑959.5t,平均單層加砂87.2t，施工排量15-17m3/min。詳細(xì)施工數(shù)據(jù)見表I。表I某致密氣藏X水平井分段壓裂施工數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種用于體積壓裂的低摩阻液體，由以下組分組成: 減阻劑，0.0l 0.05重量％， 泥質(zhì)穩(wěn)定劑，0.1 0.5重量％， 抗氧劑，0.005 0.01重量％， 抗菌劑，0.01 0.05重量％， 其余為水；所述減阻劑由分子量為500萬的聚氧化乙烯和季戊四醇、異丙醇制備而成。
2.如權(quán)利要求1所述的低摩阻液體，其特征在于，所述減阻劑制備方法如下:①充分洗凈反應(yīng)釜，通入N2吹掃；②將I重量份的聚氧化乙烯與2 4重量份的季戊四醇、f 3重量份的異丙醇混合，置于反應(yīng)釜中緩慢加熱，繼續(xù)通入N2并不斷攪拌控制體系溫度60°C以下，充分?jǐn)嚢柚馏w系均勻透明。
3.如權(quán)利要求1所述 的低摩阻液體，其特征在于，所述泥質(zhì)穩(wěn)定劑為氯化鉀、氯化銨或兩者混合物，混合比例氯化鉀:氯化銨為重量比2:廣1:1。
4.如權(quán)利要求1所述的低摩阻液體，其特征在于，所述抗氧劑為水楊酸甲酯。
5.如權(quán)利要求1所述的低摩阻液體，其特征在于，所述抗菌劑為戊二醛與十二烷基二甲基芐基氯化銨或戊二醛與十二烷基三甲基氯化銨的混合物，其混合比例均為重量比1:1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于體積壓裂的低摩阻液體，由以下組分組成減阻劑0.01～0.05重量%，泥質(zhì)穩(wěn)定劑0.1～0.5重量%，抗氧劑0.005～0.01重量%，抗菌劑0.01～0.05重量%，其余為水。所述減阻劑由分子量為500萬的聚氧化乙烯和季戊四醇、異丙醇制備而成，所述泥質(zhì)穩(wěn)定劑為氯化鉀、氯化銨或兩者混合物，所述抗氧劑為水楊酸甲酯，所述抗菌劑為戊二醛與十二烷基二甲基芐基氯化銨或十二烷基三甲基氯化銨的混合物。本發(fā)明利用超高分子量的線性聚合物在高流速、高排量下沿剪切方向取向，降低液體的紊流度，達(dá)到降阻目的，不僅低成本、低粘度、低摩阻，還具有低傷害、泥質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于我國高泥質(zhì)含量的致密油氣藏的體積壓裂。
文檔編號C09K8/68GK103215022SQ201310119739
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者李勇明, 江有適, 趙金洲, 方天成, 陳紅軍, 王香增, 高瑞民, 申峰, 吳金橋, 喬紅軍 申請人:西南石油大學(xué)