本發(fā)明屬于頁巖氣開采
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種環(huán)保型可控暫堵劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：頁巖氣是一種特殊的非常規(guī)天然氣，賦存于泥巖或頁巖中，具有自生自儲、無氣水界面、大面積連續(xù)成藏、低孔、低滲等特征，一般無自然產(chǎn)能或低產(chǎn)，需要大型水力壓裂和水平井技術(shù)才能進行經(jīng)濟開采，單井生產(chǎn)周期長。美國作為世界上頁巖氣資源勘探開發(fā)最早的國家，已在北美地區(qū)形成成熟的評價方法和勘探開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)了頁巖氣的工業(yè)開發(fā)，從理論和技術(shù)上證實了頁巖氣資源有效開發(fā)的可能性。因此加快頁巖氣資源勘探開發(fā)，已成為世界主要頁巖氣資源大國和地區(qū)的共同而熱切的愿望。頁巖氣開發(fā)技術(shù)發(fā)展大致可分五個基本階段(以美國為例)：1鉆直井，進行泡沫壓裂(大液量、大排量6.4方/分，要加砂；傳統(tǒng)壓裂液)；2鉆直井，大型水力壓裂技術(shù)(大液量、大排量6.4方/分，要加砂29％；傳統(tǒng)壓裂液)；3鉆直井，清水壓裂或清水加砂壓裂(加沙2.66～4.8％)，可比凝膠壓裂節(jié)約成本50％～60％，從1998年至今一直是垂直井的壓裂方式；41997年，最初由凝膠壓裂的井在能量衰竭后，用清水進行二次壓裂，可采儲量增加了60％，二次壓裂技術(shù)至2006年仍較為常見；5鉆水平井，水平段長304.8～1066.8m，分段清水和砂進行壓裂，此技術(shù)開始于2003年，2006年“同步壓裂”技術(shù)產(chǎn)生。但總的說來，現(xiàn)在并不具備對我國頁巖氣進行工業(yè)化開采的技術(shù)條件，主要體現(xiàn)在以下方面：⑴我國頁巖地質(zhì)條件與國外成功開發(fā)的頁巖儲層的地質(zhì)條件有較大差異，國外有效技術(shù)難以直接應(yīng)用；⑵我們對國外成熟技術(shù)還未完全掌握；⑶我國自然環(huán)境條件對國外現(xiàn)技術(shù)不適應(yīng)；⑷國外有效技術(shù)本身還存在很多需要改進和發(fā)展的問題。針對以上問題，國內(nèi)外提出了轉(zhuǎn)向壓裂工藝。轉(zhuǎn)向壓裂分為縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂和縫間轉(zhuǎn)向壓裂兩種。其核心目的就是提高凈壓力，迫使裂縫轉(zhuǎn)向，增大儲層改造體積?？p內(nèi)轉(zhuǎn)向：根據(jù)流體向阻力最小方向流動的原則，暫堵劑顆粒首先進入高滲層，對地層中的大孔道、原生裂縫、水力裂縫壁面以及炮眼處產(chǎn)生“濾餅橋堵”效應(yīng)，使得壓力升高，迫使裂縫轉(zhuǎn)向，增大儲層改造體積?？p間轉(zhuǎn)向：通過注入混合暫堵型材料(纖維+大粒徑暫堵劑-可降解)的壓裂液和支撐劑，在先壓開裂縫口處形成暫時封堵，井底壓力升高迫使液體轉(zhuǎn)向，最終所有射孔簇按破裂壓力由低到高都依次改造。但是目前國內(nèi)一般的暫堵劑都存在很多問題：1、封堵時間單一，不能有效的隨著地貌環(huán)境與施工需要的變化而變化；2、暫堵劑封堵效果不理想；3、暫堵劑完成封堵后，在返排溶液中殘留固體懸浮物，使得返排液粘度變大，不易返排，部分暫堵劑排出后還會對地質(zhì)環(huán)境造成危害；4、暫堵劑不易加工，強度不足，耐壓性能差等相關(guān)施工工藝無法達標。因此，開發(fā)一種新型環(huán)?？煽氐臅憾聞╋@得尤為重要。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種承壓能力高、密度小、易加工的環(huán)保型暫堵劑，相比于現(xiàn)有同類產(chǎn)品，其具有封堵效果優(yōu)異、返排效果好、封堵時間可控的優(yōu)點，且成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種環(huán)保型可控暫堵劑，由合成原液和凝膠劑復(fù)配而成，所述合成原液由聚乙烯醇(PVA)、可溶性淀粉、明膠、海藻酸鈉、過硫酸銨與水混合而成，所述凝膠劑包括助凝膠劑和主凝膠劑，其中助凝膠劑由無水氯化鈣、無水硫酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)復(fù)配而成，主凝膠劑由四硼酸鈉、過硫酸銨復(fù)配而成。上述方案中，所述合成原液中聚乙烯醇的質(zhì)量分數(shù)為3-9％，可溶性淀粉的質(zhì)量分數(shù)為2-6％，明膠的質(zhì)量分數(shù)為1-6％，水的質(zhì)量分數(shù)為70％，余量為海藻酸鈉和過硫酸銨混合物。合成原液的配制遵循少量多次均一的原則。上述方案中，所述助凝膠劑中無水氯化鈣、無水硫酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉的質(zhì)量比為1-2：1-2：1-4。上述方案中，所述主凝膠劑中四硼酸鈉、過硫酸銨的質(zhì)量比為1-4：2。上述方案中，所述暫堵劑由合成原液、助凝膠劑、主凝膠劑按照100：3-8：3-6的質(zhì)量比混合而成。整個凝膠化過程涉及到二次相互穿透凝膠化以及緩蝕解凝膠化。上述環(huán)保型可控暫堵劑的制備方法，包括以下步驟：(a)按配比準確稱量聚乙烯醇、可溶性淀粉、明膠、海藻酸鈉、過硫酸銨與水，混合溶解得到合成原液；(b)按配比將無水氯化鈣、無水硫酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉混合復(fù)配成助凝膠劑，將四硼酸鈉、過硫酸銨復(fù)配成主凝膠劑備用；(c)將助凝膠劑加入到均一的合成原液中，反應(yīng)一段時間后將主凝膠劑加入到混合溶液中，靜置冷卻后熱壓烘干即得環(huán)保型可控暫堵劑。本發(fā)明中使用的合成原液是由聚乙烯醇、可溶性淀粉、明膠、海藻酸鈉、過硫酸銨等構(gòu)成的均一復(fù)合組分溶液。從穩(wěn)定性、黏性和價格等方面綜合考慮，選用的凝膠化試劑包括無水氯化鈣、無水硫酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉以及過硫酸銨、四硼酸鈉等。本發(fā)明采用兩次凝膠成型相互穿透，包裹緩蝕劑、降粘劑等添加劑制備而成。由于明膠的溶解效果比較恰當(dāng)且本身是兩性物質(zhì)，暫堵劑骨架支撐體首選明膠；可溶性淀粉粘度比較大，具有較好的穩(wěn)定性與粘結(jié)性且能與明膠共混，作為粘結(jié)劑；EDTA-2Na做絡(luò)合劑，與無水氯化鈣和明膠反應(yīng)，使得明膠與氯化物接觸變性，在低溫下緩慢溶于水，為后續(xù)生產(chǎn)提供了良好的條件；無水氯化鈣與無水硫酸鈉作為一次凝膠劑(助凝膠劑)用來穩(wěn)定EDTA-2Na，使其不至于和明膠過快反應(yīng)，保證溶解速度；硼砂(主凝膠劑)與PVA發(fā)生二次凝膠，PVA在原液制備中與明膠良好的共混締合，在后期生產(chǎn)中將原液緩慢均勻的倒入硼砂的水溶液時，與硼砂迅速凝膠化，生成主產(chǎn)物暫堵劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)制備暫堵劑所用的原料海藻酸鈉、可溶性淀粉、明膠等均具有較好的生物相容性，原料來源環(huán)保，暫堵劑可完全溶于水中并隨返排液及時排出，不會遺留在地層中，對環(huán)境不會造成傷害；(2)封堵效果良好，返排效果優(yōu)秀，溶解后溶液粘度低至5.3204mPa·s，不足50mPa·s；(3)封堵時間可控，不同配比的凝膠劑配制而成的暫堵劑溶解時間不同；(4)制備工藝簡單，原料成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1制備得到的暫堵劑對普通細砂的封堵性能曲線；圖2為本發(fā)明實施例1制備得到的暫堵劑對中砂的封堵性能曲線；圖3為本發(fā)明實施例1制備得到的暫堵劑對混砂A的封堵性能曲線；圖4為本發(fā)明實施例1制備得到的暫堵劑對粗砂的封堵性能曲線；圖5為本發(fā)明實施例1制備得到的暫堵劑對混砂B的封堵性能曲線；圖6為本發(fā)明實施例1制備得到的暫堵劑對混砂C的封堵性能曲線；圖7為本發(fā)明實施例1制備得到的暫堵劑對混砂D的封堵性能曲線。具體實施方式為使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分理解本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果，以下結(jié)合具體實施例進行進一步說明。實施例1一種環(huán)保型可控暫堵劑，由合成原液與助、主凝膠劑復(fù)配而成。以質(zhì)量份數(shù)計，合成原液由聚乙烯醇9份，可溶性淀粉3份，明膠6份，水70份，海藻酸鈉和過硫酸銨共計12份組成；助凝膠劑由無水氯化鈣1份、無水硫酸鈉1份、EDTA-2Na3份組成，主凝膠劑由四硼酸鈉3份、過硫酸銨2份組成。制備時，首先按配比將聚乙烯醇、可溶性淀粉、明膠、海藻酸鈉、過硫酸銨和水混合溶解得到均一的合成原液，接著將助凝膠劑加入到合成原液中反應(yīng)10min左右，再加入主凝膠劑，待所需樣品成型后停止反應(yīng)，取出烘干待用。實施例2一種環(huán)保型可控暫堵劑，由合成原液與助、主凝膠劑復(fù)配而成。以質(zhì)量份數(shù)計，合成原液由聚乙烯醇9份，可溶性淀粉3份，明膠6份，水70份，海藻酸鈉和過硫酸銨共計12份組成；助凝膠劑由無水氯化鈣2份、無水硫酸鈉2份、EDTA-2Na3份組成，主凝膠劑由四硼酸鈉3份、過硫酸銨2份組成。制備時，首先按配比將聚乙烯醇、可溶性淀粉、明膠、海藻酸鈉、過硫酸銨和水混合溶解得到均一的合成原液，接著將助凝膠劑加入到合成原液中反應(yīng)10min左右，再加入主凝膠劑，待所需樣品成型后停止反應(yīng)，取出烘干待用。實施例3一種環(huán)保型可控暫堵劑，由合成原液與助、主凝膠劑復(fù)配而成。以質(zhì)量份數(shù)計，合成原液由聚乙烯醇9份，可溶性淀粉3份，明膠6份，水70份，海藻酸鈉和過硫酸銨共計12份組成；助凝膠劑由無水氯化鈣2份、無水硫酸鈉2份、EDTA-2Na4份組成，主凝膠劑由四硼酸鈉4份、過硫酸銨2份組成。制備時，首先按配比將聚乙烯醇、可溶性淀粉、明膠、海藻酸鈉、過硫酸銨和水混合溶解得到均一的合成原液，接著將助凝膠劑加入到合成原液中反應(yīng)10min左右，再加入主凝膠劑，待所需樣品成型后停止反應(yīng)，取出烘干待用。為充分了解本發(fā)明實施例1制備得到的暫堵劑的相關(guān)性能，分別對其進行了相應(yīng)的測試。(1)粘度測試測試條件：儀器為NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式粘度計，1號轉(zhuǎn)子，剪切速率為60轉(zhuǎn)/分，系數(shù)為1。測試方法為：在實驗室內(nèi)取1.0g樣品置于具塞廣口瓶中，加入300ml水，在85℃恒溫干燥烘箱中觀察溶解情況。實驗發(fā)現(xiàn)4小時后樣品溶解，測得表觀粘度為5.3204mPa·s，比室溫下的自來水粘度1.0050mPa·s稍微大一點，說明本暫堵劑的返排性能十分優(yōu)秀。(2)暫堵劑的巖心驅(qū)替實驗2.1將0-2mm石英砂(細砂)填充到直徑20cm、長度60cm的填砂管中，將上述制得的頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑注入到巖心管中，將巖心驅(qū)替裝置溫度設(shè)定為85℃、8MPa，每30min觀察記錄濾失量，進一步考察暫堵劑的封堵能力，結(jié)果分別入圖1和表1所示。表1頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對普通細砂的封堵性能時間(h)0.51.01.52.02.53.03.54.04.5濾失量(ml)30000000100由表1和圖1可見，實施例1制備的頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對粒徑很小(0-1mm)的細砂封堵效果為100％，且在規(guī)定溶解時間后解堵，返排效果好。2.2將平均粒徑為2-5mm砂礫(中砂)填充到直徑20cm、長度60cm的填砂管中，將上述制得的頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑注入到巖心管中，將巖心驅(qū)替裝置溫度設(shè)定為85℃、8MPa，每30min觀察記錄濾失量，進一步考察暫堵劑的封堵能力，結(jié)果如表2和圖2所示。表2頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對中砂的封堵性能時間(h)0.51.01.52.02.53.03.54.04.5濾失量(ml)1000.20.200000100由表2和圖2可見，頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對粒徑一般(1-3mm)中砂的封堵在前30min內(nèi)樣品溶脹前封堵不太理想，溶脹完成后封堵率為100％，且在規(guī)定溶解時間后解堵，返排效果好。2.3將細砂與細砂混合(混砂A)填充到直徑20cm、長度60cm的填砂管中，將上述制得的頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑注入到巖心管中，將巖心驅(qū)替裝置溫度設(shè)定為85℃、8MPa，每30min觀察記錄濾失量，進一步考察暫堵劑的封堵能力，結(jié)果如表3何、圖3所示。表3頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對混砂A的封堵性能時間(h)0.51.01.52.02.53.03.54.04.5濾失量(ml)1003.5743338100由表3和圖3可見，頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對混砂A的封堵在前30min內(nèi)樣品溶脹前封堵不太理想，溶脹完成后封堵率為90％以上，且相當(dāng)穩(wěn)定，且在規(guī)定溶解時間后解堵，返排效果好。2.4將5-10mm的砂礫(粗砂)填充到直徑20cm、長度60cm的填砂管中，將上述制得的頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑注入到巖心管中，將巖心驅(qū)替裝置溫度設(shè)定為85℃、8MPa，每30min觀察記錄濾失量，進一步考察暫堵劑的封堵能力，結(jié)果如表4和圖4所示。表4頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對粗砂的封堵性能時間(h)0.51.01.52.02.53.03.54.04.5濾失量(ml)10085321527100100由表4和圖4可見，頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對粒徑較大的粗砂(5-10mm)的封堵在前30min內(nèi)樣品溶脹前封堵不太理想，溶脹完成后封堵率為90％以上，由于粗砂粒徑較大，沙礫間縫隙較大，暫堵劑與水的接觸面積較大，暫堵劑溶解較快，后期溶解速度加快。且在規(guī)定溶解時間后解堵，返排效果好。2.5將細砂與粗砂(混砂B)填充到直徑20cm、長度60cm的填砂管中，將上述制得的頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑注入到巖心管中，將巖心驅(qū)替裝置溫度設(shè)定為85℃、8MPa，每30min觀察記錄濾失量，進一步考察暫堵劑的封堵能力，結(jié)果見表5和圖5。表5頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對混砂B的封堵性能時間(h)0.51.01.52.02.53.03.54.04.5濾失量(ml)1006222299100由表5、圖5可見，頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對混砂B的封堵在前30min內(nèi)樣品溶脹前封堵不太理想，溶脹完成后封堵率為90％以上，并且比較穩(wěn)定，在規(guī)定溶解時間后解堵，返排效果好。2.6將中砂與粗砂(混砂C)填充到直徑20cm、長度60cm的填砂管中，將上述制得的頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑注入到巖心管中，將巖心驅(qū)替裝置溫度設(shè)定為85℃、8MPa，每30min觀察記錄濾失量，進一步考察暫堵劑的封堵能力，結(jié)果見表6和圖6。表6頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對混砂C的封堵性能時間(h)0.51.01.52.02.53.03.54.04.5濾失量(ml)100186566100100100由表6、圖6可見，頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對混砂C的封堵在前30min內(nèi)樣品溶脹前封堵不太理想，溶脹完成后封堵率為82％以上，經(jīng)過一段時間的擠壓后，封堵率達到94％左右，并且比較穩(wěn)定；在規(guī)定溶解時間后解堵，返排效果好。2.7將細砂、中砂與粗砂(混砂D)填充到直徑20cm、長度60cm的填砂管中，將上述制得的頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑注入到巖心管中，將巖心驅(qū)替裝置溫度設(shè)定為85℃、8MPa，每30min觀察記錄濾失量，進一步考察暫堵劑的封堵能力，結(jié)果見表7、圖7。表7頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對混砂D的封堵性能時間(h)0.51.01.52.02.53.03.54.04.5濾失量(ml)100156655100100100由表6、圖6可見，頁巖氣開采用環(huán)保型可控暫堵劑對混砂D的封堵在前30min內(nèi)樣品溶脹前封堵不太理想，溶脹完成后封堵率為85％以上，經(jīng)過一段時間的擠壓后，封堵率達到94％左右，并且比較穩(wěn)定；在規(guī)定溶解時間后解堵，返排效果好。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式的改變，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3