一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液及其制备方法和应用

1.本发明涉及海域浅层油气田开发领域，具体是一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液及其制备方法和应用。
技术背景
2.天然气水合物即可燃冰，在我国储量丰富，国内可燃冰主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带，据粗略估算，其资源储量分别约为64.97
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m3、3.38
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m3、12.5
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m3和2.8
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m3，并且已在南海北部神狐海域和青海省祁连山永久冻土带取得了可燃冰实物样品。随着我国油气资源需求的日益增长，对外依存度的逐年提高，实现对天然气水合物的高效开采越来越具有现实意义。美国页岩气革命促进了水力压裂技术的进一步发展和完善。但在低温储层改造时，常规的氧化破胶剂难以发挥作用，压裂液破胶不彻底，容易造成储层伤害。结合当下国内的可燃冰及的生产实践看来，有效解决压裂液低温难破胶和冷伤害问题仍然是低温储层压裂改造的关键。为了能够解决低温破胶技术，油气田常用一些化学生热剂，提高地层温度。目前主流的的压裂液低温破胶的方法是用氧化-还原破胶体系发生氧化还原反应释放活化能，即通过降低破胶剂热分解产生游离基的活化能来降低反应温度，提高反应速率，达到快速破胶的目的。常见的自生热物质有铵盐与亚硝酸盐(nh4cl/nano2)体系、过氧化氢体系和多羟基醛(cro3/c6h12o6)体系等，其中过氧化氢体系和多羟基醛体系的反应焓变δ相对较低(分别为-196、-107.02kj/mol)，且强氧化性对管壁和设备有很强的腐蚀，极大限制了使用；n h4cl/nano2体系的放热量高且生成物清洁无污染，因此在化学自生热压裂液中得到了较广泛的应用。在煤层气或低温油藏条件下的压裂施工中，聚合物压裂液的流变、抗剪切、悬砂性能比较容易达到要求，想要取得良好的压裂效果，关键在于低温下压裂液的破胶速度，在低温浅层加砂压裂液配方中，压裂液破胶难度随温度的降低而增大，存在返排不及时对储层伤害等问题。
3.然而高原冻土地带以及东北冻土带等，其贮藏的天然气水合物成因机理、赋存环境和基本特征更为复杂，对于低温快速破胶压裂液的性能要求更加严格。因此，在保证不引发地质灾害的前提下，为提高天然气水合物开采效率，对天然气水合物储层进行增渗改造就显得极其重要，低温快速破胶压裂液和增孔的双效压裂液技术也就应运而生。该技术将酸及酸性盐加入压裂液中，利用酸对于地层中碳酸盐岩的分解对储层进行增孔，强化压裂液破胶，同时扩充的孔隙有利于压裂液的返排，进而降低地层伤害、增加单井产能。因此，开发一种在低温环境下能快速破胶压裂液和增孔的双效压裂液技术势在必行。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液制备及应用方法，以解决上述

背景技术：
中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液，包括以下以质量分数计的组分：增稠剂
0.1％～0.5％、交联剂0.4％～0.8％、ph调节剂0.01％～0.1％、破胶-增孔剂0.5％～5％、余量为水，各组分的质量分数之和为100％；
7.破胶-增孔剂为冰乙酸、柠檬酸、盐酸、氯化铵中的至少一种；交联剂为有机硼交联剂和十水合四硼酸钠中的至少一种。
8.作为本发明实施例的一个优选方案，低温快速破胶和增孔的双效压裂液，包括以下以质量分数计的组分：增稠剂0.1％～0.5％、交联剂0.4％～0.8％、ph调节剂0.01％～0.1％、破胶-增孔剂0.5％～1.5％、余量为水，各组分的质量分数之和为100％；
9.作为本发明实施例的一个优选方案，所述增稠剂为羟丙基胍胶和羧甲基胍胶中的一种；所述交联剂为有机硼交联剂和十水合四硼酸钠中的至少一种。
10.作为本发明实施例的一个优选方案，所述破胶-增孔剂为冰乙酸、柠檬酸、盐酸、双氧水溶液、氯化铵中的至少一种。
11.作为本发明实施例的一个优选方案，在5℃～15℃的低温下，所述低温快速破胶和增孔的双效压裂液能在2h内将破胶后水化液粘度降低至5mpa
·
s以下。
12.本发明实施例的另一目的在于提供一种上述低温快速破胶和增孔的双效压裂液的制备方法，所述低温快速破胶和增孔的双效压裂液制备及破胶方法包括以下步骤；
13.按照上述各组分的质量分数，称取增稠剂、交联剂、破胶主剂、ph调节剂以及水；
14.在搅拌的条件下，往增稠剂和水的混合液中加入ph调节剂以及交联剂，制得压裂液冻胶；
15.当需要破胶时，向压裂液冻胶加入破胶-增孔剂。
16.本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的制备方法制得的低温快速破胶和增孔的双效压裂液。
17.本发明实施例的另一目的在于利用上述压裂液破胶过程中所使用的酸液，在地层中发生酸岩溶蚀反应，从而实现储层增孔。
18.本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的低温快速破胶和增孔双效压裂液在海底天然气水合物储层水力压裂中的应用。
19.本发明实施例提供的一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液，解决了5-15℃环境温度下胍胶压裂液破胶问题，破胶效果好，残渣含量少，对水合物储层伤害小，2h内可将初始粘度100mpa
·
s以上的压裂液冻胶降粘至5mpa
·
s以下，并且本发明实施例提供的低温快速破胶和增孔的双效压裂液具有组分简单、用量小、破胶时间短、制备简单、成本低并兼具增孔的特点，可为海底天然气水合物储层水力压裂提供了一种低伤害、可破胶且兼具增孔效果的压裂液，其在海底天然气水合物储层低温环境下也能实现快速破胶。
附图说明
20.图1交联剂为有机硼时不同温度条件下压裂液粘度随时间变化曲线；
21.图2交联剂为四硼酸钠时不同温度条件下压裂液粘度随时间变化曲线；
22.图3以双氧水为破胶-增孔剂时不同温度条件下压裂液粘度随时间变化曲线；
23.图4以氯化铵为破胶-增孔剂时不同温度条件下压裂液粘度随时间变化曲线。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但其不构成对本发明的限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。但其不构成对本发明的限制。
25.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.另外，下述实施例中所涉及的设备和试剂未经特别注明的话，均可采用市售的设备和试剂。
27.其中本实验中采用的双氧水溶液为武洁vujeen 3％过氧化氢双氧水抑菌剂。
28.本实验提供了一种海底天然气水合物储层用的低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其包括以下以质量分数计的组分：增稠剂0.1％～0.5％、交联剂0.4％～0.8％、ph调节剂0.01％～0.1％、破胶-增孔剂0.5％～1.5％、余量为水，各组分的质量分数之和为100％；
29.在本发明的一个优选实施例中，压裂液配制方法为：准确称量1.2g羟丙基胍胶在转速为4500～5000r/min下配制成0.1％～0.5％的羟丙基胍胶或羧甲基胍胶基液400g，在10℃水浴条件下溶胀1h，加入质量分数0.4％～0.8％的十水和四硼酸钠作为交联剂，交联10min，使用六转旋转粘度计在转速为100r/min下测量其粘度为150～180m pa
·
s。加入0.5％～1.5％的酸作为破胶-增孔剂，搅拌5分钟；所述的酸为冰乙酸、柠檬酸、盐酸、双氧水溶液、氯化铵中的至少一种。
30.实例1
31.本实例提供了一种海底天然气水合物储层用的低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其包括以下以质量分数计的组分：增稠剂0.1％～0.5％、交联剂0.4％～0.8％、ph调节剂0.01％～0.1％、破胶-增孔剂0.5％～1.5％、余量为水，各组分的质量分数之和为100％；其中，增稠剂为羟丙基胍胶和羧甲基胍胶中的一种；交联剂为有机硼交联剂，ph调节剂为碳酸钠，选择工业级产品。破胶-增孔主剂为冰乙酸及柠檬酸中的一种。
32.具体的，依据sy/t 5107—2005《水基压裂液性能评价方法》，上述低温快速破胶和增孔的双效压裂液的制备方法以及性能评价方法如下：
33.步骤一：取398.8g清水于搅拌器中，调节搅拌器转速至液体形成的漩涡可以看见搅拌器桨叶中轴顶端为止。将称量好的1.2g羟丙基胍胶粉缓慢加入搅拌器中，避免形成鱼眼，待羟丙基胍胶粉全部加入后，继续搅拌15min，形成均匀溶液，停止搅拌。将溶液倒入烧杯中加盖，放入恒温30℃水浴锅中静置4h，得到压裂液基液。
34.步骤二：称取0.08g碳酸钠，加入步骤一制得的压裂液基液中，置于搅拌器中缓慢搅拌，并按100：0.3的交联比，用移液枪缓缓滴入1.2g有机硼交联剂，观察到液面微微凸起时，停止搅拌，将其倒入烧杯中，得到压裂液冻胶，并用rv-20型旋转粘度仪在170s-1的剪切速率下，测得冻胶初始粘度。
35.步骤三：将装有压裂液冻胶的烧杯置于10℃的低温水浴槽内，称取2.4g冰乙酸加入烧杯内，用玻璃棒搅拌均匀；每隔5min用rv-20型旋转粘度仪以170s-1的剪切速率测量其粘度直至无法被玻璃棒挑挂(此时压裂液已不成冻胶状)。此后用ndj-5s数显粘度计测量其粘度，低于5mpa
·
s时则视为破胶，以此时的时间和粘度为破胶时间和破胶液粘度。
36.步骤四：重复步骤一和步骤二，破胶及增孔主剂变更为7.7g柠檬酸，剩余操作与步
骤三一致。
37.实施例2
38.本实例提供了一种海底天然气水合物储层用的低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其包括以下以质量分数计的组分：增稠剂0.1％～0.5％、交联剂0.4％～0.8％、破胶-增孔剂0.5％～5％、余量为水，各组分的质量分数之和为100％；其中，增稠剂为羟丙基胍胶和羧甲基胍胶中的一种；交联剂为十水和四硼酸钠交联剂，选择工业级产品。破胶-增孔主剂为冰乙酸和柠檬酸中的一种。
39.具体的，依据sy/t 5107—2005《水基压裂液性能评价方法》，上述低温快速破胶和增孔的双效压裂液的制备方法以及性能评价方法如下：
40.步骤一：取398.8g清水于搅拌器中，调节搅拌器转速至液体形成的漩涡可以看见搅拌器桨叶中轴顶端为止。将称量好的1.2g羟丙基胍胶粉缓慢加入搅拌器中，避免形成鱼眼，待羟丙基胍胶粉全部加入后，继续搅拌5min，形成均匀溶液，停止搅拌。将溶液倒入烧杯中加盖，放入恒温30℃水浴锅中静置4h，得到压裂液基液。
41.步骤二：称取2.28g十水合四硼酸钠，加入步骤一制得的压裂液基液中，置于搅拌器中缓慢搅拌，观察到液面微微凸起时，停止搅拌，将其倒入烧杯中，得到压裂液冻胶，并用rv-20型旋转粘度仪在170s-1的剪切速率下，测得冻胶初始粘度。
42.步骤三：将装有压裂液冻胶的烧杯置于10℃的低温水浴槽内，称取2.4g冰乙酸加入烧杯内，用玻璃棒搅拌均匀；每隔15min用rv-20型旋转粘度仪以170s-1的剪切速率测量其粘度直至无法被玻璃棒挑挂(此时压裂液已不成冻胶状)。此后用ndj-5s数显粘度计测量其粘度，低于5mpa
·
s时则视为破胶，以此时的时间和粘度为破胶时间和破胶液粘度。
43.步骤四：重复步骤一和步骤二，破胶-增孔主剂变更为7.7g柠檬酸，剩余操作与步骤三一致。
44.实例3
45.本实例提供了一种海底天然气水合物储层用的低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其包括以下以质量分数计的组分：增稠剂0.1％～0.5％、交联剂0.4％～0.8％、ph调节剂0.01％～0.1％、破胶及增孔剂1％～5％、余量为水，各组分的质量分数之和为100％；其中，增稠剂为羟丙基胍胶和羧甲基胍胶中的一种；交联剂为十水和四硼酸钠交联剂和有机硼溶液，ph调节剂为碳酸钠(交联剂为有机硼溶液时加入ph调节剂)选择工业级产品。破胶-增孔主剂为双氧水溶液。
46.具体操作在交联剂为有机硼溶液，ph调节剂为碳酸钠与实例1相似，只是将破胶及增孔剂变更为双氧水溶液；在交联剂为十水合四硼酸钠与实例2相似，只是将破胶-增孔剂变更为双氧水溶液。
47.实例4
48.本实例提供了一种海底天然气水合物储层用的低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其包括以下以质量分数计的组分：增稠剂0.1％～0.5％、交联剂0.4％～0.8％、ph调节剂0.01％～0.1％、破胶-增孔剂1％～5％、余量为水，各组分的质量分数之和为100％；其中，增稠剂为羟丙基胍胶和羧甲基胍胶中的一种；交联剂为十水和四硼酸钠交联剂和有机硼溶液，ph调节剂为碳酸钠(交联剂为有机硼溶液时加入ph调节剂)选择工业级产品。破胶-增孔主剂为氯化铵。
49.具体操作在交联剂为有机硼溶液，ph调节剂为碳酸钠与实例1相似，只是将破胶及增孔剂变更为氯化铵；在交联剂为十水合四硼酸钠与实例2相似，只是将破胶-增孔剂变更为氯化铵。
50.上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4测试得到的破胶时间与破胶液粘度如表1所示：
51.表1不同温度下四种体系破胶时间与破胶液粘度
[0052][0053][0054]
本实验使用的压裂液稠化剂主要为羟丙基胍胶,其主要原料为天然植物瓜尔胶豆胚乳中提取的一种天然高分子,由甘露糖和半乳糖两种单糖组成的多糖,分子主链由甘露糖单元通过β-1,4苷键连接,侧基的半乳糖通过α-1,6苷键连接到分子主链上，而酸及酸性盐的破胶实质是酸根离子分解产生游离基,破坏羟丙基胍胶交联结构(主链)使大分子破胶成小分子，以此来达到降解胍胶即破胶的目的。
[0055]
根据本实验理论研究,酸在破胶中可以改善地层与裂缝之间的渗流条件从而达到提高单井产量的目的。
[0056]
(1)酸液可溶除地层中无机垢及酸溶成分,提高裂缝及附近地层的渗透性。
[0057]
当酸液沿着裂缝进入地层后,一部分滤失在裂缝附近区域形成滤失带,发生酸岩溶蚀反应,溶解储层中无机垢、泥质及酸溶成分,提高裂缝附近地层的渗透性。
[0058]
(2)酸液可以提高压裂液破胶程度,降低压裂液残渣含量。
[0059]
目前应用的交联胍胶压裂液体系是在碱性条件下交联,酸性条件下会加速压裂液破胶。酸液压裂进入地层的酸液返排时可以促进压裂液水化,对裂缝中破胶不彻底的的压裂液进行破胶,进一步降低裂缝内的压裂液残渣含量,起到裂缝清洗、减小储层伤害的作用。
[0060]
(3)酸液具有抑制粘土矿物膨胀的作用。
[0061]
在室内对不同ph值条件下粘土膨胀性进行测试,实验结果表明,酸性环境下粘土膨胀可以得到抑制,ph值达到4以下时粘土膨胀量几乎为零。
[0062]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术
性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其特征在于，包括以下质量分数计的组分：增稠剂0.1％～0.5％、交联剂0.4％～0.8％、ph调节剂0.01％～0.1％、破胶-增孔剂0.5％～5％，余量为水，各组分质量分数之和为100％；所述增稠剂为羟丙基胍胶或羟甲基胍胶中的至少一种；所述交联剂为十水四硼酸钠(硼砂)、有机硼中的至少一种；所述破胶剂为冰乙酸(醋酸)、柠檬酸、盐酸、双氧水抑菌剂、氯化铵中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其特征在于：所述双效压裂液加入成胶剂后粘度达到100～200mpa
·
s。3.根据权利要求1所述的一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其特征在于，在10℃的低温下，所述低温快速破胶和增孔的双效压裂液能在2h之内破胶后水化液粘度降到5mpa
·
s以下。4.一种如权利要求1～3中任一项所述海底天然气水合物储层用的低温快速破胶和增孔的双效压裂液配制方法，包括以下步骤：基液配制：称量所述剂量增稠剂，在搅拌条件下溶于水；成胶：向基液中加入所述增稠剂0.1％～0.5％和所述ph调节剂0.01％～0.1％。破胶：向胶中加入破胶及增孔剂0.5％～5％。5.一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液的应用，该低温快速破胶和增孔的双效压裂液为权利要求1至3任一项所述的低温快速破胶和增孔的双效压裂液，其应用在海底天然气水合物储层水力压裂及需低温开采的石油天然气储层压裂中。

技术总结
本发明公开一种低温快速破胶和增孔的双效压裂液及应用方法，其属于海底天然气水合物储层改造领域，该低温破胶压裂液包括以下以质量分数计的组分：增稠剂(羟丙基胍胶或羧甲基胍胶)0.1％～0.5％，交联剂(四硼酸钠0.4％～0.8％；有机硼体积分数0.1％～0.5％)，破胶-增孔剂(冰乙酸、柠檬酸、盐酸、双氧水溶液、氯化铵)0.5％～5％，pH调节剂(碳酸钠)0.01％～0.1％，余量为水，各组分的质量分数之和为100％。该低温快速破胶和增孔的双效压裂液具有用量小、破胶时间短、制备简单、成本低的特点，仅需加相应量的破胶-增孔剂就能快速破胶，即使在海底天然气水合物储层低温环境下也能实现快速破胶。实现快速破胶。实现快速破胶。


技术研发人员：江洲 梁权 盛黎航 冶永斌 赖科林 张国彪
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/10/11