油田采油中性壓裂液組合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油田壓裂使用替代酸化的壓裂液，特別是一種油田中性壓裂液組合物，本發(fā)明還涉及油田中性壓裂液組合物的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓裂酸化改造技術(shù)作為低滲透油氣田開發(fā)的重要手段之一，為中國低滲透油氣藏的開發(fā)做出了重要貢獻(xiàn)。然而，隨著中國低/特低滲透油氣藏儲量所占比重逐年增多，低/特低滲透砂巖油氣藏、火山巖油氣藏、酸性油氣藏以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的開發(fā)比例越來越大。研宄適合不同復(fù)雜類型低滲透油氣藏的大幅度提高單井產(chǎn)量技術(shù)，以及如何提高增產(chǎn)改造有效期，規(guī)避用酸進(jìn)行壓裂酸化而對地層造成的嚴(yán)重傷害和污染，壓裂酸化時用中性壓裂液替代酸化壓裂液，成為石油田開采技術(shù)領(lǐng)域的重要依據(jù)方向。
[0003]隨著工業(yè)的高速發(fā)展，全球的環(huán)境污染和生態(tài)破壞日益嚴(yán)重，保護(hù)人類生存環(huán)境已刻不容緩。隨之，我國油田現(xiàn)使用的各種壓裂酸化液和各類添加劑所涉及的生態(tài)、環(huán)境、資源與經(jīng)濟(jì)等方面的問題也被提到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，要把目前使用鹽酸、氫氟酸、有機(jī)酸等及添加劑壓裂后所產(chǎn)生的廢液處理要改變?yōu)閺谋驹瓷隙沤^不產(chǎn)生污染廢液，即從污染后的治理改變?yōu)樵嘉廴镜念A(yù)防。
[0004]為了提高壓裂解堵除垢安全施工質(zhì)量，以獲得更好的增產(chǎn)增注效果，不僅要解決近井地帶的污染問題，也要解決地層污染的問題，即提高壓裂液的除垢深穿透性，但在常規(guī)壓裂酸化施工中，由于酸與巖石的反應(yīng)速率很快，難以保證酸的活性，接近井眼附近的地層被過度酸化，形成溶洞，嚴(yán)重時還會引起地層出砂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種在油田地層受到污染時、需要進(jìn)行壓裂解堵過程中使用的中性壓裂液組合物。該中性壓裂液組合物解堵速度快、中性無腐蝕、不產(chǎn)生二次沉淀、壓裂液殘液無需返排地面處理，替代現(xiàn)有的酸化壓裂液。本發(fā)明的第二個目的在于提供油田中性壓裂液的制備方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:一種油田中性壓裂液組合物，由下述重量份數(shù)的原料制成:聚環(huán)氧琥珀酸胺30?35份、葡萄糖酸鈉30?35份、聚硅氧烷季銨鹽15?20份、單寧18?24份、磺化苯乙烯馬來酸酐共聚鈉鹽15?21份、全氟癸基磺酸鈉7?12份、十二醇聚氧乙烯醚-η 5?8份、雙乙二醇月桂酸脂0.1?0.3份、二亞乙基三胺3?5份、壬基芐基胺乙基醚唑啉氯化季銨鹽3?5份、異丙醇10?15份、水楊酸鈉6?8份、烷基苯磺酸鈉15?20份和水150?175份。
[0007]將上述重量份數(shù)的原料制備成油田中性壓裂液組合物的制備方法包括下述步驟:
1、將聚環(huán)氧琥珀酸胺30?35份、葡萄糖酸鈉30?35份、聚硅氧烷季銨鹽15?20份、單寧18?24份、磺化苯乙烯馬來酸酐共聚鈉鹽15?21份、全氟癸基磺酸鈉7?12份、十二醇聚氧乙烯醚-η 5?8份、雙乙二醇月桂酸脂0.1?0.3份和水150?175份加入反應(yīng)釜中，用反應(yīng)釜混合攪拌機(jī)攪拌30分鐘至均勻，制得第一液體；第一液體作為中性壓裂液的絡(luò)合清洗除垢主要成分；
2、將二亞乙基三胺3?5份、壬基芐基胺乙基醚唑啉氯化季銨鹽3?5份和異丙醇10?15份加入反應(yīng)釜中，用反應(yīng)釜混合攪拌機(jī)攪拌30分鐘至均勻，作為第二液體；第二液體作為中性壓裂液的緩蝕主要成分；
3、將水楊酸鈉6?8份和烷基苯磺酸鈉15?20份加入錐形混合攪拌機(jī)中，用錐形混合攪拌機(jī)攪拌30分鐘至均勻，而后過20目篩，制得粉末；粉末作為中性壓裂液的黏彈膠束主要成分；
4、將制得的第一液體和第二液體分次加入反應(yīng)釜中進(jìn)行混合攪拌，混合攪拌30分鐘后，再加入粉末，繼續(xù)混合攪拌40分鐘至勻質(zhì)，制成油田中性壓裂液。
[0008]本發(fā)明油田中性壓裂液組合物，其外觀為無色或淺淡黃色液體，密度為1.06?1.16g/cm3;中性壓裂液的pH為6?7 ;腐蝕率小于0.1g/ Cm2.h);使用時，根據(jù)油田采油地層壓裂污染堵塞程度用水配制成質(zhì)量百分比濃度2%?4%的水溶液進(jìn)行壓裂解堵。
[0009]本發(fā)明用于油田地層的中性壓裂解堵液，替代常規(guī)的壓裂解堵時的酸化液，能有效的解決油田地層的污染結(jié)垢造成的堵塞問題，并能控制壓裂解堵過程中壓裂液除垢組分與砂巖的反應(yīng)速度，除垢組分能滲透到地層喉管的深部，反應(yīng)物不產(chǎn)生沉淀，防止油田地層二次被垢堵塞，實現(xiàn)徹底性壓裂解堵的效果。
[0010]本發(fā)明運用綠色化學(xué)原理及技術(shù)，選用無毒害的原料開發(fā)綠色合成工藝和環(huán)境友好型的生產(chǎn)過程，本發(fā)明產(chǎn)品在油田地層壓裂解堵時對地層無傷害，對操作工人和油田環(huán)境無毒無害。
[0011]本發(fā)明壓裂解堵速度性、中性無腐蝕、能快速溶解三元復(fù)合驅(qū)體系產(chǎn)生的物料垢、瀝青沉積物垢、碳酸鹽垢、硅酸鹽垢和硫酸鹽垢，壓裂解堵的廢液具有可自降解性，無需返排地面進(jìn)行壓裂液的殘液污水處理。壓裂解堵時間不超過24小時，達(dá)到安全無腐蝕中性壓裂解堵，比傳統(tǒng)的壓裂酸化解堵更環(huán)保，也更安全。
[0012]本發(fā)明各組分的主要作用和應(yīng)用機(jī)理如下:
1、聚環(huán)氧琥珀酸胺:由五至六環(huán)的化合物組成，中性壓裂解堵后不會造成環(huán)境積累、不污染水體，生物降解性好，它是我們通過大量溶垢試驗后選擇的金屬離子絡(luò)合劑。經(jīng)過中性壓裂解堵研宄評價結(jié)果證明:聚環(huán)氧琥珀酸胺與金屬離子生成絡(luò)合物時，通常形成多個絡(luò)合環(huán)，一個絡(luò)合物分子中的數(shù)目愈多，絡(luò)合物的穩(wěn)定性愈高，配位體與金屬離子絡(luò)合時形成的絡(luò)合環(huán)愈多，配位體與金屬離子絡(luò)合形成的絡(luò)合物就愈穩(wěn)定。由于聚環(huán)氧琥珀酸胺具有多個絡(luò)合環(huán)，且可以同時與許多金屬離子如Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Ba2+和Sr2+等離子產(chǎn)生絡(luò)合效應(yīng)，生成穩(wěn)定的具有較高溶解度的絡(luò)合物，阻止這些粒子與相應(yīng)的酸根結(jié)合，防止產(chǎn)生沉淀，從而有效地阻止了中性壓裂液溶垢后的二次沉淀物堵塞油田地層的毛細(xì)管和喉管。同時，聚環(huán)氧琥珀酸胺還具有良好的緩蝕作用，其分子極性基團(tuán)中的氧原子，具有未共用電子對，可以成為吸附中心吸附金屬與金屬形成五元環(huán)狀化合物，并吸附于金屬表面上，沿金屬表面形成一層致密的保護(hù)膜，從而起到緩蝕保護(hù)采油設(shè)備的作用。
[0013]2、葡萄糖酸鈉:是一種多羥基羧酸型除垢劑，在絡(luò)合型壓裂液中，對鐵、鎂、鋇和鍶等離子具有極好的配位能力，并對這些離子的相應(yīng)碳酸鹽類、硅酸鹽類和硫酸鹽類有很好的絡(luò)合清洗能力，同時也具有很好的緩蝕效果，而呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，在羧酸鹽中性絡(luò)合型壓裂液配方中，可增強(qiáng)絡(luò)合效果。
[0014]3、聚硅氧烷季銨鹽:屬于陽離子型含硅表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)與一般碳?xì)浠钚詣┫嗨?，它的親水基團(tuán)中的碳?xì)滏湵缓柰闊N、硅亞甲基和硅氧烷鏈取代，成為活性劑的疏水基，而親水基與碳?xì)浠钚詣┮粯印毫岩褐胁捎镁酃柩跬榧句@鹽含硅表面活性劑，疏水性強(qiáng)，較短的硅氧烷鏈狀能使本中性壓裂液具有顯著的活性，這是因為聚硅氧烷季銨鹽含硅表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中，既有硅元素，又含有機(jī)基團(tuán)，因而，這種表面活性劑除具有二氧化硅的耐高溫、耐老化、無毒和無腐蝕等特點外，又具有較高的表面活性及潤濕、乳化、消泡和除垢等性能。
[0015]4、單寧:屬于多元酚類化合物，含有大量的羥基和羧基，使它具有與Ca2+、Mg2+、Fe2+和Fe3+有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，特別是與Ca2+和Mg2+能絡(luò)合成溶解度很大的絡(luò)合物，阻止壓裂液溶解的微粒垢末的沉淀。單寧還具有緩蝕能力，能在采油泵和采油管金屬表面形成致密的保護(hù)膜，保護(hù)膜是由單寧分子和三價鐵構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，含有a -Fe2O3的結(jié)構(gòu)。
[0016]5、磺化苯乙烯馬來酸酐共聚鈉鹽:屬于高分子表面活性劑，其相對分子量高達(dá)幾千、幾萬甚至幾百萬，具有很好的表面活性，乳化力好，分散力優(yōu)良，并且具有較好的增黏性、絮凝、分散和乳化性能，屬于低毒性的環(huán)保材料。
[0017]6、全氟癸基磺酸鈉:全氟癸基磺酸鈉具有很好的溶解性能，其最優(yōu)異的特點熱穩(wěn)定性高，抗氧化、耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫；分子間相互吸引力小，既疏水又疏油，表面活性高。
[0018]7、十二醇聚氧乙烯醚-η:屬于非離子型表面活性劑，被稱為“綠色”表面活性劑，它在水基穩(wěn)定性高，不易受電解質(zhì)的影響，也不受酸堿的影響，并且與本發(fā)明中添加的其它組分相溶性好，在中性壓裂液中有很好的溶解性，并且有親水基(羥基-ΟΗ、醚鏈-O-、聚氧乙稀鏈等)和親油基(徑鏈R、聚氧乙稀鏈等)的兩親結(jié)構(gòu)。
[0019]8、雙乙二醇月桂酸酯:用作消泡劑，由于壓裂解堵時，添加的多種表面活性劑會產(chǎn)生泡沫，造成霧沫夾帶，而影響中性壓裂解堵效果，因此加入本品可以在中性壓裂解堵時，有效消除由于表面活性劑弓I起的泡沫。
[0020]9、二亞乙基三胺、壬基芐基胺乙基醚唑啉氯化季銨鹽:兩者組合復(fù)配為緩蝕劑，與中性壓裂液中的無機(jī)離子和陰離子表面活性劑具有協(xié)同作用，復(fù)配使用緩蝕效果最佳，增加量小，在相同的緩蝕效果下復(fù)合緩蝕劑有效地降低了主劑的使用量，降低了成本。兩種緩蝕劑均能抑制腐蝕反應(yīng)陰陽極反應(yīng)，具有良好的緩蝕效果。研宄表明，添加單一的緩蝕劑，體系的自腐蝕電位沒有發(fā)生較大偏移，屬于混合控制型緩蝕劑；添加復(fù)合緩蝕劑后，體系的自腐蝕電位略顯負(fù)移，陰陽極電流濃度均略顯減小，屬于混合偏陰極型緩蝕劑。
[0021]10、異丙醇:異丙醇是一種很好的無毒溶劑，具有滲透性、分散性、消泡性。
[0022]11、水楊酸鈉、烷基苯磺酸鈉:水楊酸鈉和烷基苯磺酸鈉混合液作為黏彈膠束壓裂液的組分。當(dāng)水楊酸鈉:烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量份數(shù)為1:2.5時，聚合物分子量的共價鍵連接起來的鏈狀結(jié)構(gòu)，才能形成良好的彎曲鏈狀膠束，這種鏈狀膠束表面活性劑時小分子借助分子間作用連接起來的超分子結(jié)構(gòu)，它能賦予中性壓裂液體系具有很好的黏彈性質(zhì)。
[0023]隨著工業(yè)的高速發(fā)展，全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞日益嚴(yán)重，保護(hù)人類生存環(huán)境已刻不容緩。隨之，我國油田使用的各類添加劑所涉及的生態(tài)、環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)、等方面的問題已被提到發(fā)展戰(zhàn)略的高度，把由添加劑所產(chǎn)生的壓裂液的廢液處理已改為從本源上杜絕或不產(chǎn)生污染廢液，即原始污染的預(yù)防而非污染后的治理。研制本發(fā)明的主要技術(shù)要求與本發(fā)明綜合機(jī)理如下:
1、本發(fā)明油田中性壓裂液的技術(shù)要求
本發(fā)明提供的油田中性壓裂液是由多種絡(luò)合劑、滲透劑、潤濕劑和表面活性劑復(fù)配而成，我們在研宄該壓裂液的配方時，所選用的每一組分物是中性或偏堿性物質(zhì)，而每一組分都不會對金屬材料產(chǎn)生腐蝕，并且所用的多種組分其配伍性、互溶性、防腐性、潤濕性和穩(wěn)定性都很好，壓裂液中不含H+、Cl' S2_、S042_等易產(chǎn)生腐蝕介質(zhì)的離子。所使用的原料都是無毒、無味、無腐蝕或偏堿性物質(zhì)，并且很容易在地層中降解，不污染環(huán)境。本中性壓裂解堵液對碳酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽的鈣、鎂離子有很好的絡(luò)合、分散、滲透和溶解作用，化學(xué)除垢速度快。對于在采油過程使用三元復(fù)合驅(qū)采油中產(chǎn)生的二價石油磺酸鹽