[發明專利]一種穩定的二氧化碳水基泡沫壓裂液及其制備方法與在提高頁巖氣采收率上的應用

在審

• 申請號: 201810533268.X
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN110540833A
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 李英;孫浩洋
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C09K8/68
• 分類號: C09K8/68;C09K8/70;C09K8/88;C09K8/90;E21B43/26;E21B43/16
• 代理公司: 37219 濟南金迪知識產權代理有限公司
• 代理人: 張宏松<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種穩定的二氧化碳水基泡沫壓裂液及其制備方法與在提高頁巖氣采收率上的應用，該水基泡沫壓裂液以疏水改性聚合物復配納米顆粒，或以表面活性劑為主要起泡劑復配聚合物及納米顆粒制得，該二氧化碳水基泡沫壓裂液制備方法簡單，且體系具有較好的穩定性及泡沫粘彈性，能夠很好應用于二氧化碳泡沫壓裂提高頁巖氣采收率。

技術領域

本發明涉及一種穩定的二氧化碳水基泡沫壓裂液及其制備方法與在提高頁巖氣采收率上的應用，屬于油氣開發技術領域。

背景技術

頁巖氣是蘊藏于頁巖層中的能源氣體，是一種清潔、高效地非常規天然氣資源，其主要成分是甲烷。頁巖氣藏屬于“自生自儲”氣藏，連續型分布且運移距離有限或無運移。頁巖氣的儲存形式主要分為游離態與吸附態，其中絕大多數以吸附態的形式吸附存儲于泥頁巖納米孔隙及頁巖夾層中。由于頁巖儲層的超低滲透性，因此進行開采頁巖氣時必須要進行壓裂后頁巖儲層才具有產能。

水平井水力壓裂技術是目前開采氣資源最普遍的壓裂技術，但對于低壓、低滲、水敏性嚴重的地層，這種壓裂液的壓裂效果較差，水敏性嚴重，地層滲透率降低、壓裂施工結束后返排困難，二次污染較大，嚴重影響油層的增產效果。

泡沫壓裂技術是針對低壓、低滲油層壓裂效果不好，水基壓裂液對地層傷害較大，排液困難而研發的一項新的壓裂工藝，該技術是在常規水基壓裂液的基礎上加入起泡劑、氮氣或二氧化碳氣體，形成泡沫流體，得到以氣體為內相，液體為外相的低傷害壓裂體系，此體系相比常規的水基壓裂液粘度大、攜砂能力強、濾失低、返排快、對地層傷害小，適合低壓、低滲透、水敏性等復雜地層，其壓裂效果要比常規水基壓裂效果提高兩倍以上。

二氧化碳泡沫壓裂始于70年代的美國，相對于氮氣泡沫，二氧化碳泡沫與地層流體的相容性更好，降低界面張力的能力更強；且二氧化碳泡沫壓裂液的粘度比氮氣泡沫壓裂液的粘度大，所以其攜砂能力比氮氣泡沫要高，且濾失量低；同時二氧化碳溶于水，生成弱酸性碳酸，可有效抑制黏土膨脹，對地層和裂縫傷害小。但是二氧化碳泡沫壓裂體系，對壓裂設備要求嚴格，另外二氧化碳泡沫自身的穩定性及粘彈性也是制約這項技術應用的瓶頸。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種穩定的二氧化碳水基泡沫壓裂液及其制備方法與在提高頁巖氣采收率上的應用，該泡沫壓裂液以疏水改性聚合物復配納米顆粒，或以表面活性劑為主要起泡劑復配聚合物及納米顆粒，該泡沫體系具有較好的穩定性及粘彈性，應用于二氧化碳泡沫壓裂可大大提高頁巖氣的采收率。

本發明的技術方案如下：

一種穩定的二氧化碳水基泡沫壓裂液，該水基泡沫壓裂液以二氧化碳為氣相，以壓裂液為液相經發泡形成的水基泡沫，其泡沫質量為52～75wt％；

其中，所述壓裂液由聚合物、陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑、納米顆粒和水組成或聚合物、納米顆粒和水組成，聚合物、陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑、納米顆粒和水組成的壓裂液中，聚合物的濃度為0.01～1wt％，陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑的濃度為0.05～5.0wt％，納米顆粒的濃度為0.5～5.0wt％；聚合物、納米顆粒和水組成的壓裂液中，聚合物濃度為0.05～5.0wt％，納米顆粒濃度為0.5～5.0wt％。

根據本發明優選的，聚合物為親水型聚合物，分子量為10000～50000。

根據本發明優選的，聚合物為疏水改性聚丙烯酸、疏水改性甲基纖維素、疏水改性羥丙基甲基纖維素或聚丙烯酰胺中的一種或兩種以上混合。

根據發明優選的，所述的陰離子表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或α-烯基磺酸鈉。

根據發明優選的，所述的兩性離子表面活性劑為月桂酰胺丙基甜菜堿。

根據發明優選的，所述的納米顆粒為親水型二氧化硅納米顆粒。

根據發明優選的，所述的納米顆粒尺寸為10nm～10μm。