高效节能、桥接通道全耦合纤维支撑剂体系及其应用方法转让专利
申请号 : CN202011001052.2
文献号 : CN111961460B
文献日 : 2021-08-03
发明人 : 李骏 , 吴明移 , 周利华 , 何思源 , 刘平礼 , 李年银 , 张渝苹 , 韩旭 , 吕三祥
申请人 : 西南石油大学 , 四川省帕提科斯能源科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种全耦合纤维支撑剂体系,其特征在于,该体系包括压裂液、特种纤维和覆膜支撑剂;其中,所述特种纤维是经过表面修饰剂处理的常规纤维,常规纤维选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚酯纤维、聚乳酸纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维中的一种或至少两种的复合物,表面修饰剂为吐温40和碳链长度为C12的α‑烯烃磺酸钠的复合物;特种纤维的制备方法:将常规纤维平铺于容器中,100℃恒温预热10min,然后将表面修饰剂的水溶液均匀喷洒在常规纤维表面,100℃干燥处理,得到特种纤维;
所述覆膜支撑剂是以常规支撑剂为核心,在常规支撑剂的表面先后包裹设置连接层和壳层;常规支撑剂为石英砂、陶粒、铝土矿中的一种;连接层为含氮的硅烷偶联剂和交联剂;
所述壳层材料选自小分子表面活性剂或油溶性低分子量聚合物;所述小分子表面活性剂是椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱,对应交联剂为3‑氯‑1 ,2‑环氧丙烷;所述油溶性低分子量聚合物分子量为5000‑100000,其结构式如下:,
式中,X为H或Na,R为C12‑C22的饱和或不饱和烷氧基,x、y、z的取值范围分别为0.05‑
0.2、0.1‑0.3、0.1‑0.2,对应交联剂选自戊二醛、乌洛托品中的一种;
所述覆膜支撑剂的制备方法如下:将常规支撑剂加入到含氮硅烷偶联剂溶液中,搅拌混合均匀,加热升温使溶剂全部挥发除去;将交联剂溶液和上一步制得的支撑剂共同加入搅拌锅,升温使交联剂与支撑剂反应;最后搅拌锅升温至60‑100℃,然后将壳层材料溶液滴加到搅拌锅内,滴加完毕后升温至110℃恒温30min,得到覆膜支撑剂。
2.如权利要求1所述的全耦合纤维支撑剂体系,其特征在于,所述油溶性低分子量聚合物使用时配制成质量百分浓度为0.5‑10%的溶液,溶剂为石油醚、正己烷、环己烷、煤油、白油、正辛醇中的一种。
3.如权利要求1所述的全耦合纤维支撑剂体系,其特征在于,所述小分子表面活性剂用量是核心常规支撑剂质量的0.5‑10%。
4.如权利要求3所述的全耦合纤维支撑剂体系,其特征在于,小分子表面活性剂使用时配制成质量百分浓度为0.5‑10%的溶液,溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇、水中的一种。
5.如权利要求1所述的全耦合纤维支撑剂体系,其特征在于,所述含氮的硅烷偶联剂为N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三乙氧基硅烷、二(3‑三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、3‑氨基丙基三甲氧基硅烷、3‑氨基丙基三乙氧基硅烷、3‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N‑氨乙基‑
3‑氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三甲氧基硅烷、γ‑脲丙基三乙氧基硅烷、3‑氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种;所述含氮的硅烷偶联剂用量为核心常规支撑剂质量的0.1‑5%,使用时将含氮的硅烷偶联剂配制成质量百分浓度为0.5‑5%的溶液,溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇、水的一种。
6.一种如权利要求1‑5任意一项所述的全耦合纤维支撑剂体系的应用方法,其特征在于,现场应用时,选取如下三种工艺方法之一进行操作:方法一:(1)在混砂罐中将覆膜支撑剂、特种纤维及滑溜水压裂液混合形成携砂液;(2)将携砂液泵入储层;(3)将清水或低粘度滑溜水泵入储层;(4)重复交替进行步骤(2)和(3);
方法二:(1)在混砂罐中将覆膜支撑剂和滑溜水压裂液混合;(2)将特种纤维和滑溜水压裂液混合;(3)滑溜水携带覆膜支撑剂以脉冲的方式泵入储层;(4)滑溜水携带特种纤维以脉冲的方式注入储层;
方法三:(1)在混砂罐中将覆膜支撑剂、特种纤维及滑溜水压裂液混合形成携砂液;(2)连续注入地层。
说明书 :
高效节能、桥接通道全耦合纤维支撑剂体系及其应用方法
技术领域
背景技术
工艺开采方法并不能有效的开发此类储层。因此,水力压裂技术对于此类储层的有效开发
也就显得尤为重要。水力压裂技术主要分为以下几个步骤:1)注入高压流体,破裂储层并产
生裂缝通道;2)注入携砂液充填裂缝通道,防止裂缝由于受到地层围压而闭合;3)反排压裂
液,油气通过支撑剂充填的渗流通道。在以上的施工步骤中,携砂液高效充填裂缝通道一直
是国内外学者和专家研究的热点。其研究热点主要包括以下几方面:1)携砂液粘度的提高;
2)支撑剂密度的减小;3)较低密度的支撑剂有较高的抗压强度。但以上几方面也存在着不
足:1)由于我国非常规储层富集于山高丘陵等地带,水资源较为匮乏,改进流体的性能虽能
提高支撑剂的有效铺置,但有限的水资源也并未能满足多口井的水力压裂需求;其次,高粘
度的压裂液对于地层的伤害问题也尤为突出,特别是对于页岩气、致密气等微小孔隙和裂
缝宽度的堵塞。2)支撑剂密度的减小主要是采用支撑剂表面覆膜(主要是水凝胶类聚合
物);通过支撑剂表面覆膜的溶胀,实现压裂液与支撑剂相互作用及内部结构的改变,从而
实现支撑剂的有效悬浮。采用空气吸附支撑剂覆膜的表面(空气自悬浮支撑剂));通过空气
的支撑实现支撑剂的悬浮、或者是通过陶粒的内部结构(空心支撑剂)改造实现密度的降
低。但其覆膜支撑剂价格过于高昂、覆膜的聚合物也会对地层裂缝和孔隙带来一定的伤害
并且空气吸附支撑剂虽在地面试验评价有较好的悬浮效果,但在储层中由于温度和高压的
限制,储层中的气体大多以临界相态存在,从而也就导致了覆膜支撑剂在现场的应用较少。
3)支撑剂由于密度的减小如空气支撑剂,其抗压强度也大打折扣。因此,基于以上的不足,
如何有效的研发一种新型的、低伤害、节能高效的纤维支撑剂也就显得尤为重要。
发明内容
陶粒、铝土矿、空心陶粒中的一种。
硅烷、3‑氨基丙基三乙氧基硅烷、3‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N‑氨乙基‑3‑氨丙
基甲基二甲氧基硅烷、N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三甲氧基硅烷、γ‑脲丙基三乙氧基硅烷、
3‑氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。含氮的硅烷偶联剂用量为核心常规支撑剂重量的
0.1‑5%,优选为1wt%。使用时,将含氮的硅烷偶联剂先配置成质量百分浓度为0.5‑5%的
溶液,优选浓度为2%。配制含氮的硅烷偶联剂溶液采用的溶剂可以为甲醇、乙醇、异丙醇、
叔丁醇、正丁醇、水的一种或多种复合,优选为乙醇。
度为0.5‑5%的溶液,优选浓度为1%。配制交联剂溶液采用的溶剂可以为甲醇、乙醇、异丙
醇、叔丁醇、水的一种或多种复合,优选为水。
(十二碳)中的一种或至少两种的复合。所述小分子表面活性剂用量为核心常规支撑剂材料
重量的0.5‑10%,优先用量为2%。使用时,将小分子表面活性剂配制成质量百分浓度为
0.5‑10%的溶液,优选浓度为5%。配制表面活性剂溶液的溶剂可以为甲醇、乙醇、异丙醇、
叔丁醇、正丁醇、水等的一种或多种复合,优选的是水。
发除去,进一步干燥;在搅拌锅内配制交联剂溶液B,然后将上一步制得的支撑剂共同加入
搅拌锅,升温使交联剂与支撑剂反应;最后搅拌锅升温至60‑100℃,然后将预先配制好的壳
层材料溶液C滴加到搅拌锅内,滴加完毕后升温至110℃恒温30min,得到覆膜支撑剂。
胺纤维、纤维素纤维中的一种或至少两种的复合物。常规纤维的长度为3‑19mm,优选长度为
12mm。所述表面修饰材剂为吐温40和α‑烯烃磺酸钠(十二碳)的复合物。所述特种纤维的制
备方法是:将常规纤维平铺于容器中,100℃恒温预热10min,然后将表面修饰剂的水溶液均
匀喷洒在常规纤维表面,100℃干燥处理,得到特种纤维。
的沉降,甚至实现支撑剂在清水或低粘度常规压裂液中的悬浮。
不需要加入交联剂,压裂液粘度可以低至10mPa.s以下,最低粘度可为活性水,压裂液可与
其他组分配合实现支撑剂良好携带。
pH调节剂等,皆为本领域工作人员熟知,可根据施工要求任意选择。覆膜支撑剂、特种压裂
常用纤维、压裂液与其他压裂液体中常见添加剂之间有很好的相容性。
和(3);
纤维以脉冲的方式注入储层;
撑剂相互配合作用,实现支撑剂的高效悬浮;(4)本发明的覆膜支撑剂具有较高的抗压强
度;(5)覆膜支撑剂具有较好的反排能力;(6)覆膜支撑剂由于只需较低粘度压裂液
(1.5mpa·s)的携带,其抗摩阻能力提升;(7)覆膜支撑剂具有较好的降滤失性能;(8)本发
明的携砂体系应用时具有操作简单、价格低廉、环境伤害小、应用范围广等优点。
附图说明
具体实施方式
撑剂的表面依次包裹设置有连接层和壳层。连接层位于核心与壳层之间,用于固定连接核
心和壳层。
待用。
反应器温度升至80℃,反应3h直到溶剂全部挥发;继续升温到105℃保持1h。
30min。
椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱溶液缓慢滴加到搅拌锅中;滴加完成后,升温至110℃继续加热
30min,得到覆膜支撑剂。
用。
10mim混合均匀;将反应器温度升至75℃,反应3h直到溶剂全部挥发;继续升温到105℃保持
1h,得到含有连接层的陶粒。
搅拌速度为300rpm,升温至100℃保持1h,得到干燥的陶粒。
油溶性聚合物溶液缓慢滴加到搅拌锅中;滴加完成后,升温至110℃继续加热30min,得到覆
膜支撑剂。
后,待用。
反应器温度升至75℃,反应3h直到溶剂全部挥发;继续升温到105℃保持1h,得到含有连接
层的空心陶粒。
后维持搅拌速度为300rpm,升温至80℃保持1h,得到干燥的陶粒。
油溶性聚合物溶液缓慢滴加到搅拌锅中;滴加完成后,升温至110℃继续加热30min,得到覆
膜支撑剂。
吐温40 1.5
α‑烯烃磺酸钠(十二碳) 0.5
出离子水 20
吐温40 1
α‑烯烃磺酸钠(十二碳) 1.5
出离子水 25
评价。压裂液体系各组分配方如表6所示。
减阻剂溶液 250
覆膜支撑剂 7.5
特种纤维 0.5
KCl 2.5
戊二醛 0.25
含硅消泡剂 0.5
氟碳助排剂 0.5
NaCO3 0.5
过实验比对,证明了覆膜支撑剂与特种纤维系配合使用性能远远高于普通支撑剂与纤维的
组合,覆膜支撑剂与特种纤维在纤维分散性,支撑剂悬浮性方面的性能明显高于普通纤维
和支撑剂。
性能评价。压裂液体系各原料组分配比同实施例7的表3,配制1.5L压裂液。
纤维组合在支撑剂铺置高度和携砂浓度以及悬浮性能上都有较为明显的优势,效果突出。
通过研究分析可知,常规压裂液携带常规支撑剂的作用示意图如图5所示。而本发明的新型
纤维压裂液携带核壳结构支撑剂示意图如图6所示。因此,本发明的覆膜支撑剂与特种纤维
配合使用形成的携砂体系在支撑剂铺置高度和携砂浓度以及悬浮性能上都由于常规压裂
液携砂体系。
组分配比同实施例7的表3,配制1.5L压裂液。
明产品和未经处理原产品的携砂性能,通过对比可以看出,本发明性能在支撑剂铺置高度
和压裂液对支撑剂的携带能力上都具有绝对的优势。
加剂,对实施例2所制备的覆膜支撑剂和实施例5所制备的特种纤维进行性能评价。压裂液
体系各原料组分配比同实施例7的表3,配制1.5L压裂液。
的导流能力。
员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰
为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。