一種高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高穩(wěn)定高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方法，其特征工藝步驟如下：將鋰皂石加入到50～90℃去離子水中，攪拌分散均勻，降至室溫，靜置陳化一段時(shí)間后得到鋰皂石水分散液，然后加入一定量陽(yáng)離子表面活性劑，均勻攪拌，靜置陳化，最后加入起泡劑，在高速乳化機(jī)上高速攪拌，即得到高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液。制備的高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液半衰期高達(dá)768h，具有超強(qiáng)的泡沫穩(wěn)定性，表觀粘度高達(dá)2000mPa.s，耐溫性達(dá)90℃，具有較高的泡沫強(qiáng)度和耐溫性，沉降時(shí)間高達(dá)720h，具有極高的攜砂能力，適用于常規(guī)和非常規(guī)油氣資源（煤層氣、頁(yè)巖氣及頁(yè)巖油等）的勘探開(kāi)發(fā)。
【專利說(shuō)明】一種高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沬壓裂液的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方法，本發(fā)明制備的高強(qiáng)度 高耐溫空氣泡沫壓裂液適用于常規(guī)和非常規(guī)油氣資源(煤層氣、頁(yè)巖氣及頁(yè)巖油等）的勘探 開(kāi)發(fā)。

【背景技術(shù)】
[0002] 壓裂作為油氣藏的主要增產(chǎn)、增注措施已得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，壓裂液是壓 裂技術(shù)的重要組成部分。目前，國(guó)內(nèi)外最常使用的壓裂液為水基壓裂液，其大致可分為三種 類型：（1)天然植物膠壓裂液；（2)纖維素壓裂液；（3)合成聚合物壓裂液。隨著水力壓裂技 術(shù)的進(jìn)步，為使支撐劑遠(yuǎn)離井眼達(dá)到深穿透，國(guó)外從60年代末就開(kāi)始使用高粘度的交聯(lián) 壓裂液。交聯(lián)壓裂液的發(fā)展，保證了高溫深層壓裂施工的成功。但是如果壓裂液在地面交 聯(lián)，施工時(shí)以高速進(jìn)入管線和通過(guò)炮眼，高速剪切仍然會(huì)造成嚴(yán)重的剪切降解，產(chǎn)生永久的 粘度損失。因此，在80年代，水基壓裂液一個(gè)顯著的發(fā)展是采用了延遲交聯(lián)技術(shù)，這使得 壓裂液可產(chǎn)生較高的井下最終粘度和更好的施工效率。
[0003] 上述幾種壓裂液體系，已在國(guó)內(nèi)外各油田得到廣泛的應(yīng)用，并取得良好的增產(chǎn)效 果。但使用這些壓裂液體系共同的缺陷，就是壓裂液破膠不完全，而且破膠后殘?jiān)鼘埩?在裂縫內(nèi)，殘留在裂縫中的聚合物將嚴(yán)重的降低支撐劑充填層的滲透率，從而傷害產(chǎn)層，導(dǎo) 致壓裂效果變差。據(jù)資料介紹，從傳統(tǒng)施工返排的流體和低濃度瓜膠液分析表明：即使在低 滲透性油藏，僅有注入聚合物的35%?40%能被返排出來(lái)，而殘余的聚合物留在裂縫中降 低了充填層的滲透率進(jìn)而影響油井產(chǎn)量。
[0004] 泡沫壓裂液是在常規(guī)植物膠壓裂液基礎(chǔ)上混拌高濃度的液態(tài)N2或C02等組成 的以氣相為內(nèi)相、液相為外相的低傷害壓裂液。氣體泡沫質(zhì)量（在給定溫度和壓力下，氣 體體積占泡沫體積百分比）多為50%?70%，泡沫質(zhì)量小于52%時(shí)為增能體系，一般用作 常規(guī)壓裂后的尾追液，以幫助壓后殘液的返排；氣泡質(zhì)量大于52%時(shí)，內(nèi)相氣泡顆粒小，穩(wěn) 定性好，半衰期（從泡沫中分離出一半液體所需要的時(shí)間）長(zhǎng)，分布均勻，流動(dòng)時(shí)氣泡與氣 泡相互接觸，相互干擾，使其黏度大，攜砂能力強(qiáng)；泡沫壓裂液中液相比例小，一般只有30% ?50%，壓裂中大大降低了液相在地層中的濾失量，傷害性??；泡沫壓裂液注入地層后泡沫 被壓縮，體系聚積能量（壓力），壓裂結(jié)束后聚集的能量使氣體膨脹，向外反頂壓裂液殘 液，驅(qū)使殘液快速而徹底返排，并將縫中殘?jiān)鼛С鼍?；泡沫壓裂液在井筒中能形成氣流與 管壁的滑流層而處于層流狀態(tài)，其流動(dòng)摩阻小，只有常規(guī)壓裂液的30%?40%。泡沫壓裂液 的這些優(yōu)點(diǎn)，特別適用低溫、低壓、水敏或水鎖等敏感性強(qiáng)的油氣井的壓裂改造，目前國(guó)外 泡沫壓裂液的應(yīng)用比例達(dá)30%?50%。
[0005] 國(guó)外泡沫壓裂液研究大致經(jīng)歷了 4個(gè)階段：第一代泡沫壓裂液（70年代）主要 由鹽水、酸類、甲醇、原油、N2和起泡劑配制而成，其泡沫穩(wěn)定性差，壽命短，攜砂濃度只有 120?240 kg/m3,適合于淺井小規(guī)模施工；第二代泡沫壓裂液（80年代）由鹽水、起泡劑、 聚合物（植物膠）、穩(wěn)泡劑和N2或C02組成，其泡沫穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、黏度大，攜砂濃度 可達(dá)480?600 kg/m3，適合各類油氣井壓裂施工；第三代泡沫壓裂液（80?90年代）由 鹽水、起泡劑、聚合物、交聯(lián)劑、N2或C02組成，以交聯(lián)凍膠體為穩(wěn)泡劑，氣泡分散更均勻、 更穩(wěn)定、黏度更大，攜砂濃度可大于600 kg/m3,適合高溫深井壓裂施工；第四代泡沫壓裂 液（90年代后）在組成上與第三代差異不大，但更強(qiáng)調(diào)內(nèi)相氣泡的分布和體積的控制，具 有抗溫耐剪切性更好、氣泡壽命更長(zhǎng)、黏度更大、攜砂能力更強(qiáng)的特點(diǎn)，攜砂濃度可達(dá)1440 kg/m3以上，加砂規(guī)?？蛇_(dá)150 t以上，可滿足大型加砂壓裂施工的需要。
[0006] 國(guó)內(nèi)對(duì)泡沫壓裂液的研究與應(yīng)用始于上世紀(jì)80年代后期。1988年遼河油田成功 進(jìn)行了 N2泡沫壓裂液施工，1997年吉林油田引進(jìn)美國(guó)SS公司C02泡沫壓裂液設(shè)備進(jìn)行了 油層吞吐和C02助排壓裂的應(yīng)用，從此拉開(kāi)了國(guó)內(nèi)泡沫壓裂液研究及應(yīng)用的序幕。國(guó)內(nèi)泡 沫壓裂液研究可分為非交聯(lián)泡沫壓裂液研究和交聯(lián)泡沫壓裂液研究及應(yīng)用兩部分，交聯(lián)泡 沫壓裂液研究及應(yīng)用又分酸性交聯(lián)C02泡沫壓裂液研究及應(yīng)用和有機(jī)硼（堿性）交聯(lián)N2 泡沫壓裂液研究及應(yīng)用兩部分。
[0007] 發(fā)明專利《低滲氣藏的液氮伴注超級(jí)胍膠泡沫壓裂液及其制備方法》（申請(qǐng)?zhí)?201010579011. 1)報(bào)道了一種低滲氣藏的液氮伴注超級(jí)胍膠泡沫壓裂液，該泡沫壓裂液屬 于有機(jī)硼交聯(lián)泡沫壓裂液，將基液與有機(jī)硼交聯(lián)液混合均勻得到半成品低滲氣藏的液氮伴 注超級(jí)胍膠泡沫壓裂液，在半成品低滲氣藏的液氮伴注超級(jí)胍膠泡沫壓裂液中追加破膠劑 和伴注液氮得到現(xiàn)場(chǎng)施工用的低滲氣藏的液氮伴注超級(jí)胍膠泡沫壓裂液。該發(fā)明泡沫性能 穩(wěn)定，優(yōu)選的發(fā)泡劑加量為0. 5%時(shí)，在清水中發(fā)泡體積為750ml，半衰期為4min，交聯(lián)凍膠 泡沫半衰期長(zhǎng)達(dá)50h，但該壓裂液是在堿性條件下交聯(lián)的，對(duì)堿敏性儲(chǔ)層造成堿敏損害。當(dāng) 高pH工作液進(jìn)入儲(chǔ)層后，會(huì)與粘土礦物等地層微粒反應(yīng)，破壞粘土微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外， 高pH外界流體進(jìn)入儲(chǔ)層后，還會(huì)引起無(wú)機(jī)垢的生成，同樣會(huì)損害儲(chǔ)層，降低儲(chǔ)層滲流能力。
[0008] 發(fā)明專利《自生氣泡沫壓裂液及其生產(chǎn)方法和使用方法》（申請(qǐng)?zhí)?201210079864. 8)報(bào)道了一種自生氣泡沫壓裂液及其生產(chǎn)方法和使用方法。該自生氣泡沫 壓裂液由基液和反應(yīng)液組成，該基液組成為：水解聚丙烯酰胺、亞硝酸鈉、氯化銨、起泡劑、 粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑、水；該反應(yīng)液按重量份組成為：三氯化鋁、鹽酸、水。該發(fā)明具有以下 優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)釋放出大量的惰性氣體，增加了儲(chǔ)層的壓力，具有很好助排能力同時(shí)形成泡沫 結(jié)構(gòu)，大大降低濾失性，減小壓裂液對(duì)儲(chǔ)層傷害；在弱酸性（pH = 4.0至6.0)條件下交 聯(lián)，防止了堿敏，降低對(duì)儲(chǔ)層傷害；與"液氮伴注"技術(shù)相比，減少了施工費(fèi)用，簡(jiǎn)化了施工工 序，避免了液氮存放引發(fā)的安全問(wèn)題，但該方法形成的泡沫穩(wěn)定性不好，無(wú)法有效控制泡沫 的結(jié)構(gòu)，起泡效率較低。
[0009] 發(fā)明專利《煤層氣氮?dú)馀菽瓑毫岩杭捌渲苽浞椒ā罚ㄉ暾?qǐng)?zhí)?01210290466. 0)報(bào)道 了及一種煤層氣氮?dú)馀菽瓑毫岩杭捌渲苽浞椒?。氮?dú)馀菽瓑毫岩?，包括氣相和液相，氣相?氮?dú)?，液相是含有?20?0.5(^丨％起泡劑、0.4?1.(^丨％穩(wěn)泡劑、0.10?0.3(^丨％破 膠劑的水溶液，氣液比為（2?4) : 1體積比，相應(yīng)泡沫質(zhì)量為65%?80% ;起泡劑是 由十二烷基硫酸鈉和N- (2-羥基丙基）全氟辛酰胺按質(zhì)量比（8?10) : 1組成的復(fù)配 體系，穩(wěn)泡劑為C16?C 20烷基三甲基氯化銨，破膠劑是由過(guò)硫酸銨和亞硫酸鈉按質(zhì)量比 (1.0?2.0): 1組成的氧化還原體系，將氮?dú)庾⑷肱菽l(fā)生器獲得氮?dú)馀菽瓑毫岩?。?氮?dú)馀菽瓑毫岩壕哂信湟汉?jiǎn)單，對(duì)煤層的傷害小，濾失低，摩阻小，返排迅速和攜砂能力強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。將上述氮?dú)馀菽瓑毫岩涸?0°C，1. 5MPa，170s-l下剪切30min，體系粘度基本保持 在53-90mPa · s ;l-3h破膠，破膠后體系粘度小于5mPa · s，沒(méi)有殘?jiān)?，但該發(fā)明泡沫壓裂 液施工設(shè)備復(fù)雜而昂貴，施工成本高，施工成本的回收期較長(zhǎng)。
[0010] 泡沫要想應(yīng)用到油氣田最先需要克服的就是泡沫的穩(wěn)定性問(wèn)題，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)多數(shù)油 氣田已經(jīng)進(jìn)入了開(kāi)發(fā)后期，油氣井含水量逐漸增大，隨著我國(guó)油氣開(kāi)采技術(shù)水平的不斷發(fā) 展和提升，我國(guó)油氣田深井和超深井越來(lái)越多，高礦化度、高溫苛刻地層越來(lái)越多，使得原 本就不穩(wěn)定的泡沫的應(yīng)用受到了很大的局限。目前泡沫壓裂液研究雖然取得了長(zhǎng)足進(jìn)展， 但是高穩(wěn)定性耐高溫泡沫研究比較少，現(xiàn)有的泡沫體系已經(jīng)不能滿足當(dāng)前高礦化度、高溫 苛刻油氣層的需要，如何進(jìn)一步提高泡沫壓裂液耐溫性和內(nèi)相氣泡的穩(wěn)定性，以進(jìn)一步提 高泡沫壓裂液的攜砂能力是泡沫壓裂液研究發(fā)展的主要方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方 法，采用納米及納米修飾改性技術(shù)，以納米鋰皂石為穩(wěn)泡劑和高溫穩(wěn)定劑，進(jìn)一步提高空氣 泡沫壓裂液的抗溫性、攜砂性和穩(wěn)定性。與普通泡沫僅數(shù)小時(shí)至幾十小時(shí)的半衰期相比較， 本發(fā)明制備的空氣泡沫壓裂液半衰期最高達(dá)768h，具有超強(qiáng)的泡沫穩(wěn)定性，表觀粘度最高 達(dá)2000mPa. s，耐溫性達(dá)90°C，具有較高的泡沫強(qiáng)度和耐溫性，沉降時(shí)間最高達(dá)720h，具有 極1?的攜砂能力。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的目的，提出了一種高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方法，其特 征有如下工藝步驟： 1) 將2?9g鋰皂石加入到50?90°C 300mL去離子水中，攪拌30?60min，分散均勻， 然后降至室溫，靜置陳化36?48 h，得到鋰皂石水分散液； 2) 將0. 8?3. 6g陽(yáng)離子表面活性劑加入到鋰皂右水分散液中，均勻攪拌12?24h，靜 置陳化6?12h，加入0. 6?1. 5g起泡劑，然后在高速乳化機(jī)上以5000?lOOOOrpm的速度 攪拌3?6min，即得到高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液。
[0013] 本發(fā)明所使用的陽(yáng)離子表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基 溴化銨、十六烷基三乙基溴化銨、十八烷基三乙基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷 基三乙基氯化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基溴 化銨和十二烷基二甲基芐基氯化銨。
[0014] 本發(fā)明所使用的起泡劑選自十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基硫酸銨、 十-燒基硫酸納、十-燒基苯橫酸納、十-醇聚氧乙稀釀橫基玻拍酸醋-納、十-燒基憐酸 酯三乙醇胺、十二烷基磷酸酯鉀鹽、月桂醇聚氧乙烯醚羧酸鈉、N-月桂?；劝匪徕c、N-月 桂酰肌胺酸鈉。
[0015] 本發(fā)明制備的高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液室溫表觀粘度為200?2000 mPa. s， 90°C表觀粘度為50?400 mPa. s，起泡效率為50?100%，半衰期為100?768h，沉降時(shí)間 為10?720h，水破膠時(shí)間為30?60min，水破膠后泡沫壓裂液表觀粘度低于5mPa. s。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是： 1)與普通泡沫壓裂液相比較，本發(fā)明制備的泡沫壓裂液直接高速攪拌即可形成空氣泡 沫壓裂液，不需要特殊的配氣及攪拌裝置，不需要控制氣液比，配制成本較低，使用簡(jiǎn)便，可 廣泛應(yīng)用于油氣田深井、超深井的鉆井完井中； 2) 本發(fā)明制備的泡沫壓裂液在長(zhǎng)時(shí)間放置后，可通過(guò)攪拌來(lái)起泡，不需要重新加入起 泡劑，起泡后體系的各項(xiàng)性能變化不大，仍然能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)壓裂的需要，這樣可很好地節(jié)省 壓裂液成本； 3) 本發(fā)明采用納米及納米修飾改性技術(shù)，以納米鋰皂石為穩(wěn)泡劑和高溫穩(wěn)定劑，進(jìn)一 步提高空氣泡沫壓裂液的抗溫性、攜砂性和穩(wěn)定性。與普通泡沫僅數(shù)小時(shí)至幾十小時(shí)的半 衰期相比較，本發(fā)明制備的空氣泡沫壓裂液半衰期最高達(dá)768h，具有超強(qiáng)的泡沫穩(wěn)定性，表 觀粘度最高達(dá)2000mPa. s，耐溫性達(dá)90°C，具有較高的泡沫強(qiáng)度和耐溫性，沉降時(shí)間最高達(dá) 720h，具有極1?的攜砂能力。
[0017] 本發(fā)明所述的高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液的起泡效率、半衰期、表觀粘度、抗溫 性、攜砂性能和破膠性能的測(cè)定方法如下。
[0018] 高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液起泡效率的測(cè)定 把100mL鋰阜石分散體系在高速乳化機(jī)上以8000r/min快速攪拌5min制備泡沫，然后 將得到的泡沫迅速倒入500mL的量筒中，并讀取泡沫液的體積，起泡效率按下式計(jì)算：

【權(quán)利要求】
1. 一種高穩(wěn)定高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方法，其特征在于有如下工藝步驟： 1) 將2?9g鋰皂石加入到50?90°C 300mL去離子水中，攪拌30?60min，分散均勻， 然后降至室溫，靜置陳化36?48 h，得到鋰皂石水分散液； 2) 將0. 8?3. 6g陽(yáng)離子表面活性劑加入到鋰皂右水分散液中，均勻攪拌12?24h，靜 置陳化6?12h，加入0. 6?1. 5g起泡劑，然后在高速乳化機(jī)上以5000?lOOOOrpm的速度 攪拌3?6min，即得到高強(qiáng)度高耐溫空氣泡沫壓裂液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方法，其特征在 于：所述的陽(yáng)離子表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十六 烷基三乙基溴化銨、十八烷基三乙基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三乙基氯化 銨、十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基溴化銨和十二烷 基二甲基芐基氯化銨。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方法，其特征在 于：所述的起泡劑選自十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基硫酸銨、十二烷基硫酸鈉、 十二烷基苯磺酸鈉、十二醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二鈉、十二烷基磷酸酯三乙醇胺、十二 烷基磷酸酯鉀鹽、月桂醇聚氧乙烯醚羧酸鈉、N-月桂?；劝匪徕c、N-月桂酰肌胺酸鈉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定高耐溫空氣泡沫壓裂液的制備方法，其特征在 于：所述的高穩(wěn)定高耐溫空氣泡沫壓裂液室溫表觀粘度為200?2000 mPa. s，90°C表觀粘 度為50?400 mPa. s，起泡效率為50?100%，半衰期為100?768h，沉降時(shí)間為10?720h， 水破膠時(shí)間為30?60min，水破膠后泡沫壓裂液表觀粘度低于5mPa. s。
【文檔編號(hào)】C09K8/70GK104119853SQ201410310664
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】萬(wàn)濤, 鄒矗張, 徐敏, 李蕊香, 程文忠 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)