一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及油田化學及壓裂增產(chǎn)技術領域，特別涉及一種清潔的二氧化碳泡沫壓 裂液及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 泡沫壓裂的使用已有30多年的發(fā)展歷史。國外60年代開始進行泡沫壓裂，70? 80年代泡沫壓裂技術逐漸成熟，到80年代中期，泡沫壓裂工藝技術得到了飛速發(fā)展。特別 是氣井壓裂，1986?1990年，采用泡沫壓裂的比例由20%上升到50%。90年代以來在北 美地區(qū)（美國和加拿大）超過90%氣井均采用泡沫壓裂技術，油井亦有30%采用CO 2泡沫 壓裂液。近年來泡沫壓裂技術得到了飛速發(fā)展，特別是氣井壓裂，泡沫壓裂工藝技術的市場 份額正在不斷地增加。
[0003] 對于泡沫壓裂施工，最初采用氮氣泡沫壓裂，80年代初開始嘗試二氧化碳泡沫壓 裂技術，常用于常壓中深井及高溫井的壓裂作業(yè)。最初〇) 2泡沫壓裂液使用線性膠（胍膠） 作為液相形成穩(wěn)定的泡沫，近年來國內(nèi)外應用比較成功的CO2泡沫壓裂液體系是以胍膠為 稠化劑的交聯(lián)壓裂液體系，此類泡沫壓裂液適用溫度范圍較廣，也能滿足高溫要求，但壓 裂液體系中要添加起泡劑及殺菌劑等化學添加劑，破膠后殘渣含量高，不易返排，對地層 傷害大，并且交聯(lián)形成的泡沫凍膠由于粘度高，摩阻增大，進一步提高了壓裂施工的難度。 2005年斯倫貝謝公司新推出了 VES類清潔CO2壓裂液技術，VES (有機粘彈表面活性劑）壓 裂液，有效解決了摩阻和殘渣傷害問題，但抗溫性能還有待提高，其高昂成本問題阻礙其推 廣應用。
[0004] 值得注意的是，國內(nèi)目前還沒有大量應用清潔CO2泡沫壓裂液，這大大限制了一些 需要泡沫壓裂施工的特殊儲層的開發(fā)。因此在VES類清潔CO 2泡沫壓裂液和水溶性聚合物 研宄的思路及基礎上，研宄開發(fā)具備抗高溫抗剪切性能優(yōu)良、低傷害無殘渣并且摩阻低的 新型清潔CO 2泡沫壓裂液體系尤為重要，從而提高了二氧化碳泡沫壓裂施工的成功率，提高 壓裂增產(chǎn)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術在制備壓裂液中存在的不足，本發(fā)明提供了一種清潔的二氧化碳泡 沫壓裂液及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明中，清潔的二氧化碳泡沫壓裂液主要由質(zhì)量比為100 :〇. 15-0. 45 : 0. 02-0. 08 :100-900的基液、起泡劑、破膠劑和液體二氧化碳組成；
[0007] 優(yōu)選的，當?shù)貙訙囟葹?0?90°C，所述基液與所述起泡劑、所述破膠劑的質(zhì)量比 為100 :0. 15-0. 30 :0. 03-0. 08 ;當?shù)貙訙囟葹?0?120°C時，所述基液與所述起泡劑、所述 破膠劑的質(zhì)量比為100 :〇. 30-0. 45 :0. 01-0. 03。
[0008] 所述基液由0. 2-0. 55%的稠化劑和水制備而成；
[0009] 所述稠化劑由下列重量百分比的組分制備而成：雙丙烯酰胺為40%?60%，乙 稀P比略燒酮為5%?10%，陽離子不飽和單體為5%?8%，陰離子不飽和單體為12%? 16%，引發(fā)劑為0.05%?0. 3%，純堿為3%?8%，乳化劑為2%，助溶劑為1 %?5%，其余 為水；
[0010] 作為優(yōu)選的，所述陽離子不飽和單體為η烷基二甲基二烯丙基氯化銨或甲基丙烯 酸η烷基酯，其中η為10、12、14、16、18或20 ;陰離子不飽和單體為丙烯酸或2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸。
[0011] 作為優(yōu)選的，所述引發(fā)劑為過硫酸銨-亞硫酸氫鈉，其中過硫酸銨與亞硫酸氫鈉 的質(zhì)量比為3:2。
[0012] 作為優(yōu)選的，所述乳化劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或油酸鈉中的一 種或兩種任意比例的混合。
[0013] 作為優(yōu)選的，所述助溶劑為尿素。
[0014] 所述起泡劑由下列重量百分比的組分制備而成：十六烷基二甲基叔胺為40%? 60%，硫酸二甲酯為20%?30%，片堿為1 %?2%，過硫酸鉀為0. 5%?2%，其余為溶劑 乙二醇。
[0015] 制備上述的清潔的二氧化碳泡沫壓裂液的方法，包括以下步驟：
[0016] (1)稠化劑的制備：將所述雙丙烯酰胺單體單元、所述乙烯吡咯烷酮、所述陽離 子不飽和單體單元、所述陰離子烯屬不飽和單體單元和水加入反應釜中混合均勻，通入氮 氣，加入所述純堿調(diào)節(jié)體系PH值至7?8,加入所述乳化劑與所述助溶劑，對反應釜通循環(huán) 水，并加入所述氧化還原引發(fā)劑，在反應溫度為25°C?55°C下反應3h?6h，再通入水蒸氣 80°C?IKTC下保溫6h?IOh后得到膠體狀產(chǎn)物，對膠體進行造粒、干燥、粉碎，即得所述壓 裂液稠化劑；
[0017] (2)起泡劑的制備：
[0018] 向反應釜中加入所述溶劑，并加入所述硫酸二甲酯和所述十六烷基二甲基叔胺做 為反應物，加入所述片堿調(diào)節(jié)pH值為7?9，加入所述過硫酸鉀為催化劑，在65 °C?85 °C條 件下，進行烴基化反應4h?8h，反應結(jié)束后，冷卻過濾得到壓裂液用起泡劑固體產(chǎn)物；將固 體產(chǎn)物加水溶解，配制成質(zhì)量分數(shù)為12% -16%的溶液，溶解完全后，攪拌混合均勻，即得 壓裂液用起泡劑，作為優(yōu)選的，所述起泡劑的固體質(zhì)量百分數(shù)為15% ;
[0019] (3)將所述稠化劑加入水中攪拌后靜置，制得所述壓裂液基液，向其中加入所述起 泡劑和所述破膠劑，并泵入所述液體二氧化碳混合，形成清潔的二氧化碳泡沫壓裂液。
[0020] 本發(fā)明提供的一種清潔的壓裂液基液的實驗室內(nèi)配制方法如下：
[0021] 在實驗室內(nèi)，按基液組分的重量百分比，向waring攪拌器中加入水，在攪拌條件 下緩慢向水中加入壓裂液稠化劑，攪拌均勻后，得到清潔的壓裂液基液。
[0022] 本發(fā)明提供的一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液的實驗室內(nèi)配制方法如下：
[0023] 在實驗室內(nèi)，在waring攪拌器中，按壓裂液組分的重量百分比向基液中加入壓裂 液起泡劑和壓裂液破膠劑，再加入液態(tài)二氧化碳（按液態(tài)二氧化碳與壓裂液基液的重量 比），開啟攪拌器攪拌一定時間起泡，制得清潔的二氧化碳泡沫壓裂液。
[0024] 本發(fā)明提供的一種清潔的壓裂液基液的施工現(xiàn)場配制方法如下：
[0025] 在施工現(xiàn)場，按基液組分的重量百分比，在配液罐中加入水，在大罐攪拌條件下從 射流槍吸入基液的壓裂液稠化劑，稠化劑的吸入須緩慢，即以不結(jié)塊和不形成魚眼為準；稠 化劑加完后，攪拌20min，液體靜置2小時，得到清潔的壓裂液基液。
[0026] 本發(fā)明提供的一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液的施工現(xiàn)場配制方法如下：
[0027] 在壓裂混砂車上，按壓裂液組分的重量百分比向基液中加入壓裂液起泡劑和壓裂 液破膠劑，并通過二氧化碳增壓泵泵入液體二氧化碳（占基液的重量百分比為50-90% )與 基液混合，形成清潔的二氧化碳泡沫壓裂液。
[0028] 本發(fā)明的有益效果為：提供了一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液用稠化劑的合成方 法、壓裂液用起泡劑的合成方法，以及利用該稠化劑和起泡劑制備一種清潔的二氧化碳泡 沫壓裂液的方法，該稠化劑、起泡劑以及壓裂液的優(yōu)良性能主要概述如下：
[0029] (1)壓裂液稠化劑的水溶液表觀粘度隨使用濃度的增大而增大，在常溫下，這種稠 化劑0.50%時溶液的表觀粘度即可達到90mPa s (ΠΟ?Γ1)以上，具有較強的增粘能力；
[0030] (2)壓裂液起泡劑起泡性能好，并且與壓裂液稠化劑一起配制的泡沫壓裂液具有 泡沫穩(wěn)定性強，耐溫耐剪切性能強以及攜砂性能強的特點。
[0031] (3)正是由于清潔的二氧化碳泡沫壓裂液可逆的結(jié)構，粘度隨速梯增加而下降，而 當剪切作用停止后，其結(jié)構恢復，粘度也會隨之恢復，從而決定了該壓裂液具有觸變性，因 此壓裂施工中在保證良好攜砂性能的前提下又能大幅度降低流動阻力，摩阻明顯低于常規(guī) 的胍膠泡沫壓裂液；
[0032] (4)該泡沫壓裂液殘渣含量極低，并且返排性能強，壓裂后對儲層的二次傷害小， 從而提高壓裂效果，增加儲層產(chǎn)能；
[0033] (5)在中原油田某井，應用本發(fā)明提供的清潔的二氧化碳泡沫壓裂液，在高溫井的 壓裂施工順利，并獲得了良好的增產(chǎn)效果。這說明本發(fā)明提供的壓裂液適用溫度范圍廣，不 但能很好地滿足壓裂施工要求，而且對地層傷害小，證實了該壓裂液是一種清潔的二氧化 碳泡沫壓裂液。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明提供一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液稠化劑增稠能力曲線。
[0035] 圖2為本發(fā)明提供一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液60°C耐溫耐剪切測試曲線。
[0036] 圖3為本發(fā)明提供一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液90°C耐溫耐剪切測試曲線。
[0037] 圖4為本發(fā)明提供一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液120°C耐溫耐剪切測試曲線。
[0038] 圖5為本發(fā)明提供一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液剪切稀釋性測試曲線。
[0039] 圖6為本發(fā)明提供一種清潔的二氧化碳泡沫壓裂液現(xiàn)場應用施工曲線。
【具體實施方式】
[0040] 下面將結(jié)合本發(fā)明中的實施例和附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、 完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0041] 若未特別指出，實施例中涉及到的壓裂液性能評價實驗條件和實驗方法均參照中 石油行業(yè)標準"SY/T6376-2008壓裂液通用技術條件"和"SY/T5107-2005水基壓裂液性能 評價方法";若未特別指出，實施例中涉及到的百分號" ％ "均為質(zhì)量百分比。
[0042] 實施例I
[0043] 壓裂液稠化劑的合成
[0044] 將40kg雙丙烯酰胺、9kg乙烯吡咯烷酮、8kg十六烷基二甲基二烯丙基氯化銨、 15kg丙稀酸和16. 7kg水加入反應爸中混合均勾，加入6kg純堿調(diào)節(jié)pH值，用pH計測得pH 為7. 88,加入2kg乳化劑十二烷基磺酸鈉，加入3kg助溶劑尿素，加入0. 3kg氧化還原引發(fā) 劑過硫酸銨-亞硫酸氫鈉，其中過硫酸銨與亞硫酸氫鈉的質(zhì)量比為3:2,在溫度為28°C下反 應6h，并在95°C下保溫水解9h后得到膠體狀產(chǎn)物，對膠體進行造粒、干燥、粉碎，即得壓裂 液稠化劑。
[0045] 壓裂液用起泡劑的合成
[0046] 向反應釜中加入31. 5kg乙二醇作為溶劑，加入20kg硫酸二甲酯和45kg十六烷基 二甲基叔胺做為反應物，加入2kg片堿調(diào)節(jié)pH值為8. 69,加入I. 5kg催化劑過硫酸鉀，在 81°C條件下，進行烴基化反應6h，反應結(jié)束后，冷卻過濾得到壓裂液用起泡劑固體產(chǎn)物。
[0047] 將得到的壓裂液用起泡劑固體產(chǎn)物加水溶解，配制成質(zhì)量分數(shù)為15%的溶液，溶 解完全后，攪拌混合均勻，即得本壓裂液體系的壓裂液用起泡劑。
[0048] 實施例4-7所用壓裂液稠化劑和起泡劑均為本實施例所述產(chǎn)品。
[0049] 實施例2
[0050] 壓裂液稠化劑的合成
[0051] 將60kg雙丙烯酰胺、5kg乙烯吡咯烷酮、5kg十六烷基二甲基二烯丙基氯化銨、 12kg丙稀酸和7. 9kg水加入反應爸中混合均勾，加入3kg純堿調(diào)節(jié)pH值，用pH