一种增强支撑剂承压能力的压裂液体系及其使用方法与流程

1.本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种增强压裂支撑剂承压能力的压裂液及其使用方法。


背景技术：

2.水力压裂技术作为油气井增产、水井增注的主要措施，已广泛应用在低渗透/超低渗油气田的开发，是最重要的油气田的增产稳产措施之一。水力压裂过程是通过对目的储层泵注高粘度的前置液，以超过地层破碎压力的高压使地层形成延伸的裂缝；然后向形成的裂缝中注入混有支撑剂的携砂液，使得支撑剂铺展在裂缝中；最后对携砂液破胶降粘为低粘度流体，流向井筒返排至地面。通过该技术，地层中留下一条由支撑剂支撑裂缝壁面所形成的高导流能力的流动通道，以利于油气从远井地层流向井底。
3.水力压裂施工完成后，人造裂缝的导流能力是评价施工成功与否的重要参数，主要受支撑剂铺置效率及支撑剂支撑能力影响。其中，铺置效率受施工工艺控制，而承压能力则是材料本身决定。随着油气资源向更深地层开发，对支撑剂的要求也随之提高，对支撑剂的性能，尤其是抗压强度，提出了更高的要求。相较于价格较便宜、来源广的石英砂支撑剂，为了满足提高抗压能力的要求，不得不采用覆膜支撑剂或陶粒支撑剂，后两种支撑剂都因制备工艺复杂，导致价格远远高于石英砂支撑剂。此外，常规陶粒支撑剂通常密度较高，存在携带性差的问题；如果降低密度，还会进一步大大增加陶粒支撑剂价格。
4.因此，在当前水力压裂技术大规模推广的背景下，能够同时满足承压能力强、价格便宜、操作简单的技术，将为我国油气能源发展提供极大助力。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有压裂用支撑剂存在的上述缺陷，提供一种能够增强支撑剂承压能力的压裂液体系，以及该压裂液体系的使用方法。
6.本发明提供的增强支撑剂承压能力的压裂液体系，包括压裂液和改性支撑剂。
7.所述压裂液包括基液和增强组分，增强组分为甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸对氯苯酯、n
‑
苯基丙烯酰胺、丙烯酰基咪唑、n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯苯、1,3
‑
二(1
‑
甲基乙烯基)苯、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二特丁基中的一种或至少两种复合。
8.压裂液的基液中含有常规组分，常规组分选自瓜胶、羟丙基瓜胶、羟乙基纤维素、阴离子聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、戊二醛、十二烷基二甲基苄基氯化铵、四甲基氯化铵、氯化钾、氯化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α
‑
烯烃磺酸钠、椰油酰胺基羟磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、十二烷基糖苷中的一种或多种复合。
9.所述压裂液中增强组分和基液用量重量份比例为0.1～10份：90～99.9份；优选比例为1：99。增强组分和基液的重量份合计100份。
10.所述改性支撑剂是经过改性剂表面改性的常规支撑剂。所述常规支撑剂可以为承
压能力较差的沙漠砂、常规石英砂，也可以为承压能力较强的覆膜砂、陶粒、钢渣。所述改性剂为γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基
‑
三(2
‑
甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种复合。
11.所述改性支撑剂由以下方法制成：将常规支撑剂加入含有改性剂的乙醇溶液中，搅拌均匀后，静置，待常规支撑剂表面充分润湿后，过滤，干燥，得到改性支撑剂。
12.上述的增强支撑剂承压能力的压裂液体系的使用方法，步骤如下：
13.(1)在地面分别配制基液和增强组分；
14.(2)将配制好的基液、增强组分及改性支撑剂混合，高速搅拌均匀，形成携砂液；
15.(3)通过水力压裂车将携砂液输送进入人造裂缝；
16.(4)加砂完毕，关井稳定20
‑
120分钟；
17.(5)打开井口，返排出压裂液。
18.在地层条件下，压裂液中的增强组分可以与改性支撑剂结合，通过共价键或非共价键提升原支撑剂的承压能力。增强组分会自发的在改性支撑剂表面吸附、铺展，并随着温度升高，在支撑剂表面形成一层具有韧性的覆膜层。该覆膜层可增大支撑剂间的接触面积，避免支撑剂在地层闭合压力下破碎。同时，该覆膜层可增加支撑剂的亲油性能，增强油气导流能力。
19.本发明的压裂液同时兼具普通压裂液的传递动力、携带支撑剂的能效，同时该压裂液能够增强支撑剂的承压能力，改善原本破碎率不能满足施工要求的支撑剂承压能力，使其能够支撑起人造裂缝，维持高渗导流通道，提高油气田开采效率。
20.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
21.(1)本发明的压裂液可以增强压裂支撑剂承压能力，提高现有便宜支撑剂产品应用范围。
22.(2)本发明的增强压裂支撑剂的承压能力可以达到，甚至超过对应覆膜支撑剂的承压能力，但是本发明所述支撑剂无需覆膜工艺，节省了覆膜支撑剂对应成本。
23.(3)本发明的增强压裂支撑剂可以有效增强不同支撑剂颗粒间的相互作用，防止压裂液返排和生产过程中的出砂现象，降低管线被支撑剂磨损的风险。
24.(4)本发明的增强支撑剂承压能力的压裂液的施工过程，配制简单，不需要新增加附加设备，不会增加施工成本。
25.(5)本发明的增强组分会自发的在改性支撑剂表面吸附、铺展，形成一层具有韧性的覆膜层，该覆膜层可增加支撑剂的亲油性能，增强油气导流能力，提高油气产量，增加经济效益。
26.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
27.图1、本发明的增强支撑剂承压能力的压裂液体系的工作原理图。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实
施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
29.本发明的增强支撑剂承压能力的压裂液体系的工作原理如图1所示。第一阶段(地面及井筒)：先将压裂液的基液、增强组分及改性支撑剂投入同一容器，高速搅拌分散均匀，得到携砂液，然后通过压裂泵车将携砂液泵入地下，此阶段增强组分以小液滴的形式在体系中均匀分散。第二阶段(裂缝中)，随着携砂液进入地层各级裂缝，改性支撑剂由于重力的影响逐渐沉降，堆砌，颗粒间有大量缝隙，此缝隙中可以填充增强组分。第三阶段(关井)，随着压裂施工结束，闷井一段时间，此时，增强组分吸附、铺展在改性支撑剂表面，并随着温度升高，通过共价键或非共价键，在支撑剂表面形成一层覆膜，增强支撑剂抗压能力。
30.实施例1
31.一种表面改性石英砂的制备方法，包含以下步骤：
32.(1)称取2份γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、1份乙烯基三甲氧基硅烷和300份乙醇，加入到容器中，搅拌混合均匀，得到混合液a，5
‑
25下℃保存待用。
33.(2)称取100份干燥的20/40目常规石英砂、20份混合液a，加入到容器中，搅拌均匀，静置5min，待混合液a对石英砂表面充分润湿，得到混合物b。
34.(3)将混合物b转移到90℃烘箱中，干燥60min，得到表面改性石英砂支撑剂。
35.实施例2
36.一种表面改性沙漠砂的制备方法，包含以下步骤：
37.(1)称取2份γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、1份乙烯基
‑
三(2
‑
甲氧基乙氧基)硅烷和300份乙醇，加入到容器中，搅拌混合均匀，得到混合液a，5
‑
25下℃保存待用。
38.(2)称取100份干燥的40/70目常规沙漠砂、20份混合液a，加入到容器中，搅拌均匀，静置5min，待混合液a对石英砂表面充分润湿，得到混合物b。
39.(3)将混合物b转移到80℃烘箱中，干燥90min，得到表面改性沙漠砂支撑剂。
40.实施例3
41.一种表面改性陶粒的制备方法，包含以下步骤：
42.(1)称取2份γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、1份乙烯基三乙氧基硅烷和300份乙醇，加入到容器中，搅拌混合均匀，得到混合液a，5
‑
25下℃保存待用。
43.(2)称取150份干燥的40/70目陶粒、20份混合液a，加入到容器中，搅拌均匀，静置5min，待混合液a对石英砂表面充分润湿，得到混合物b。
44.(3)将混合物b转移到100℃烘箱中，干燥30min，得到表面改性陶粒支撑剂。
45.实施例4
46.一种增强支撑剂承压能力的压裂液体系的实施效果，包含以下步骤：
47.(1)称取100份甲基丙烯酸苯酯、20份n
‑
苯基丙烯酰胺、3份n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺、1.5份偶氮二异丁腈、1.5份过氧化苯甲酰于容器中，搅拌混合均匀，得到混合液a，即为增强组分，0
‑
5℃下保存待用。
48.(2)称取1份瓜胶、0.5份聚乙烯醇、0.5份十二烷基二甲基苄基氯化铵、1份四甲基氯化铵、0.5份十二烷基磺酸钠、0.5份椰油酰胺基羟磺基甜菜碱于容器中，加入100份水，搅拌混合均匀，得到混合液b，即为基液，5
‑
25℃下保存待用。
49.(3)称取0.5份混合液a、99.5份混合液b和30份实施例1所制备的改性石英砂支撑剂于容器中，搅拌混合均匀，得到混合物c，即为携砂液。
50.(4)将混合物c转移到60℃烘箱中，静置120min后，过滤取固体颗粒，用自来水清洗干净。
51.(5)将固体颗粒置于105℃烘箱中干燥30min，得到石英砂支撑剂d。
52.(6)取石英砂支撑剂d和实施例1的初始未改性20/40目石英砂，在35mpa下测定取破碎率，结果如表1所示。
53.表1、20/40目石英砂和石英砂支撑剂d的破碎率
54.支撑剂20/40目石英砂石英砂支撑剂d破碎率14.8％5.2％
55.从表1数据可以看出，经过本发明所述压裂液增强后的石英砂支撑剂d的承压能力明显高于普通石英砂。
56.实施例5
57.一种增强支撑剂承压能力的压裂液体系实施效果，包含以下步骤：
58.(1)称取100份甲基丙烯酸苯酯、10份甲基丙烯酸氯苯酯、5份二乙烯苯、1.5份偶氮二异丁腈、1.5份过氧化二异丙苯，于容器中，搅拌混合均匀，得到混合液a，即为增强组分，0
‑
5℃下保存待用。
59.(2)称取1份羟丙基瓜胶、0.5份聚乙二醇、0.5份十二烷基二甲基苄基氯化铵、1份氯化钾、0.5份十二烷基苯磺酸钠、0.5份月桂酰胺丙基甜菜碱，于容器中，加入100份纯水，搅拌混合均匀，得到混合液b，即为基液，5
‑
25℃下保存待用。
60.(3)称取1份混合液a、99份混合液b和30份实施例2所制备的改性沙漠砂支撑剂，于容器中，搅拌混合均匀，得到混合物c。
61.(4)将混合物c转移到90℃烘箱中，静置60min后，过滤取固体颗粒，用自来水清洗干净。
62.(5)将固体颗粒置于105℃烘箱中干燥30min，得到沙漠砂支撑剂d。
63.(6)取实施例2所述未改性40/70目沙漠砂和自制的沙漠砂支撑剂d，在35mpa下测定取破碎率，结果如表2所示。
64.表2、40/70目沙漠砂和自制的沙漠砂支撑剂d的破碎率
65.支撑剂20/40目沙漠砂沙漠砂支撑剂d破碎率28.4％11.3％
66.从表2数据可以看出，经过本发明所述压裂液增强后的沙漠砂支撑剂d的承压能力明显高于普通沙漠砂。
67.实施例6
68.一种增强支撑剂承压能力的压裂液实施效果，包含以下步骤：
69.(1)称取100份甲基丙烯酸苯酯、25份丙烯酰基咪唑、3份1,3
‑
二(1
‑
甲基乙烯基)苯、1.5份偶氮二异丁腈、1.5份过氧化苯甲酰，于容器中，搅拌混合均匀，得到混合液a，即为增强组分，0
‑
5℃下保存待用。
70.(2)称取0.1份阴离子聚丙烯酰胺、0.5份聚乙烯醇、0.5份十二烷基二甲基苄基氯化铵、1份氯化铵、0.5份α
‑
烯烃磺酸钠(十二碳)、0.5份十二烷基糖苷，于容器中，加入100份纯水，搅拌混合均匀，得到混合液b，即为基液，5
‑
25℃下保存待用。
71.(3)称取0.5份混合液a、99.5份混合液b和30份实施例3所制备的改性陶粒支撑剂，
于容器中，搅拌混合均匀，得到混合物c。
72.(4)将混合物c转移到120℃烘箱中，静置30min后，过滤取固体颗粒，用自来水清洗干净。
73.(5)将固体颗粒置于105℃烘箱中干燥30min，得到陶粒支撑剂d。
74.(6)取实施例3所述未改性40/70目陶粒和陶粒支撑剂d，在70mpa下测定取破碎率，结果如表3所示。
75.表3、20/40目陶粒和自制的陶粒支撑剂d的破碎率
76.支撑剂20/40目陶粒陶粒支撑剂d破碎率3.2％2.2％
77.从表3数据可以看出，经过本发明所述压裂液增强后的陶粒支撑剂d的承压能力明显高于普通陶粒。
78.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，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。