用于储层脉冲压裂的压裂液前置液及其应用发明专利

专利名称：用于储层脉冲压裂的压裂液前置液及其应用

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010799963.8

专利申请（专利权）人：中国石油天然气股份有限公司
权利人地址：北京市东城区东直门北大街9号

专利发明（设计）人：崔伟香,陈建军,丁云宏,雷群,刘合,崔明月,姚飞,邹洪岚,梁冲,王春鹏,王臻

专利摘要：本发明提供了一种用于储层脉冲压裂的压裂液前置液及其应用。所述前置液包括如下重量份成分：0～0.12份HPG羟丙基瓜胶、1～2份KCl、12～26份脉冲压裂组合物和100份水；所述脉冲压裂组合物包括至少一种在酸性条件下能够释放气体的化学试剂、以及至少一种缓释酸；所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂和所述缓释酸的质量比例为11：2至22：10。该技术使压裂液具有二次造缝的特点，在压裂前置液中增加一种可延迟释放能量的化学剂，该试剂特点是可以控制化学剂发生反应，延迟释放能量，按照现场压裂工艺设计要求，控制前置液的泵送速率和施工压力，压裂过程中，化学剂可随着前置液遭缝。

主权利要求：
1.一种用于储层脉冲压裂的压裂液前置液，其中，所述前置液包括如下重量份成分：0～0.12份HPG羟丙基瓜胶、1～2份KCl、12～26份脉冲压裂组合物和100份水；
所述脉冲压裂组合物包括至少一种在酸性条件下能够释放气体的化学试剂、以及至少一种缓释酸；所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂和所述缓释酸的质量比例为11：2至22：10；所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂选自碳酸盐、碳酸氢盐或在酸性条件下能够释放气体的化学组合试剂；
所述化学组合试剂为NaNO2和NH4Cl的组合、或者为三氧化铬和葡萄糖的组合；NaNO2和NH4Cl的摩尔比为(1：1)‑(1：1.2)；三氧化铬和葡萄糖的摩尔比为(1：2)‑(1：2.5)；
所述缓释酸包括由固体酸组成的芯层和由缓释物质组成的壳层；所述固体酸选自盐酸肼、柠檬酸或乙二胺四乙酸中的一种或多种的混合；所述缓释物质选自惰性磨损破坏物质或水缓溶物质。
2.根据权利要求1所述的压裂液前置液，其中，所述酸性条件为pH小于5的酸性条件。
3.根据权利要求1所述的压裂液前置液，其中，所述碳酸盐选自碳酸钠和/或碳酸钾；所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠和/或碳酸氢钾。
4.根据权利要求1所述的压裂液前置液，其中，所述脉冲压裂组合物由如下重量份成分组成：5‑10份NaNO2、5‑10.6份NH4Cl和1‑4份缓释酸。
5.根据权利要求1所述的压裂液前置液，其中，所述惰性磨损破坏物质为滑石粉和氯偏乳液的混合物；所述水缓溶物质选自丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、和聚氯乙烯中的一种或多种的混合。
6.一种储层脉冲压裂方法，其中，所述方法包括在对储层改造时，使用权利要求1～5任意一项所述的压裂液前置液对储层进行改造。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法包括在对储层改造时，先将权利要求1～
5任意一项所述压裂液前置液注入地层，待所述压裂液前置液达到储层微裂缝并发生化学反应产生气体后，再注入压裂液。 说明书 : 用于储层脉冲压裂的压裂液前置液及其应用技术领域[0001] 本发明涉及石油开采领域，具体的说，是涉及一种用于储层脉冲压裂的压裂液前置液及其应用。背景技术[0002] 随着非常规储层不断被动用，油气田开发面对的储层渗透率越来越低，开发难度越来越大，特别是对于页岩储层，渗透率低至纳米级，大规模水平井分段体积改造压裂技术可以解决低渗透特别是超低渗透储层难以动用的问题，是实现这类非常规储层经济有效动用的技术核心。常规水力压裂技术是高压下向井内注入大排量的压裂液压开地层，建立高导流通道，而常规压裂液只是单纯通过泵注压力降能量带入地层，地层压开后压裂液将会被快返排，而目前的大规模水平井分段体积改造压裂技术需要面临压后压裂液返排率低的技术难题，在致密油及页岩气等非常规储层的应用过程中，压后1个月的返排率仅为10～15％，而压后一年的返排率也不超过50％，大部分压裂液被封存在储层裂缝网络空间内，如何有效利用这部分压裂液，将是行业内研究人员一直关注的技术问题，通过开发一种在裂缝中通过化学剂释放能量诱导脉冲方法，可以使裂缝再次延伸或连接微裂缝的诱导式致裂压裂方法，可以使压裂液在裂缝内进一步促进裂缝的延伸，以及进一步促进裂缝的复杂化和缝网化进程加剧。增大改造体积，沟通更多人工裂缝以及天然裂缝，增大油气渗流面积，大幅提高油气产量，提高油气采收率。[0003] 对于裂缝的二次开启技术在业内还属于技术空白，原有老井的重复压裂技术，也只是采用现有压裂技术在原有层段通过高压注入压裂液开展重复压裂改造，获取新的裂缝通道。[0004] 目前油田针对稠油开发热采技术和低压油藏压裂增产技术使用一种增能化学剂来增加井筒内温度和液体反排压力，目前未见报道可以在压裂过后储层内实现裂缝的二次开启技术。发明内容[0005] 本发明的一个目的在于提供一种用于储层脉冲压裂的压裂液前置液；[0006] 本发明的另一目的在于提供一种储层脉冲压裂方法。[0007] 为达上述目的，一方面，本发明提供了一种用于储层脉冲压裂的压裂液前置液，其中，所述前置液包括如下重量份成分：0～0.12份HPG羟丙基瓜胶、1～2份KCl、12～26份脉冲压裂组合物和100份水；[0008] 所述脉冲压裂组合物包括至少一种在酸性条件下能够释放气体的化学试剂、以及至少一种缓释酸；所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂和所述缓释酸的质量比例为11：2至22：10。[0009] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述酸性条件为pH小于5的酸性条件。[0010] 所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂可以为常规的能够与酸反应释放气体的化学试剂，而根据本发明一些具体实施方案，其中，所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂选自碳酸盐、碳酸氢盐或在酸性条件下能够释放气体的化学组合试剂；[0011] 所述化学组合试剂为NaNO2和NH4Cl的组合、或者为三氧化铬和葡萄糖的组合。[0012] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述碳酸盐选自碳酸钠和/或碳酸钾。[0013] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠和/或碳酸氢钾。[0014] 根据本发明一些具体实施方案，其中，NaNO2和NH4Cl的质量比为(5‑10)：(5‑10.6)。[0015] 根据本发明一些具体实施方案，其中，NaNO2和NH4Cl的摩尔比为(1：1)‑(1：1.2)。[0016] 根据本发明一些具体实施方案，其中，三氧化铬和葡萄糖的摩尔比为(1：2)‑(1：2.5)。[0017] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述脉冲压裂组合物由如下重量份成分组成：5‑10份NaNO2、6‑12份NH4Cl和1‑4份缓释酸。[0018] 在上述含有压裂液前置液中所含的NaNO2和NH4Cl是一种可以在酸性条件下发生化学反应的物质，在pH值低于5的条件下，NaNO2和NH4Cl可以反应生成氢气并释放热量，反应随着pH值的降低和温度的升高。[0019] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂和所述缓释酸的质量比例为11：4至22：1。[0020] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂和所述缓释酸的质量比例为11：2至11：5。[0021] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓释酸由固体酸和缓释物质组成。[0022] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓释酸包括由固体酸组成的芯层和由缓释物质组成的壳层。[0023] 根据本发明一些具体实施方案，其中，固体酸和缓释物质的质量比为10：1至5：1。[0024] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述固体酸选自盐酸肼、柠檬酸和乙二胺四乙酸中的一种或多种的混合。[0025] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓释物质选自惰性磨损破坏物质、或水缓溶物质。[0026] 所述水缓溶物质是指在水中能够缓慢分解的物质，其可以为本领域常规的在水中能够缓慢分解的物质，而根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水缓溶物质选自丙烯酸树脂(丙烯酸树脂IV)、乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、和聚氯乙烯中的一种或多种的混合。[0027] 所述惰性磨损破坏物质是指经过与外界摩擦从而导致物质逐步损耗而达到缓慢释放效果的物质，其可以为本领域常规的惰性磨损破坏物质，而根据本发明一些具体实施方案，其中，所述磨损缓释物质为滑石粉和氯偏乳液的混合物。[0028] 根据本发明一些具体实施方案，其中，滑石粉和氯偏乳液的质量体积比为100g：600‑1000ml；优选为100g：800ml。[0029] 所述氯偏乳液可以市售获得，譬如，市售的浓度40％的氯偏乳液。[0030] 其中可以理解的是，在制备缓释酸时，本领域技术人员可以根据酸的形态选择合适的缓释物质。[0031] 该固体酸的主要原料为白色结晶状固体盐酸，盐酸肼(一种单盐酸盐)，其外部包裹惰性膜，惰性膜成分主要包括：滑石粉和偏氯乳液。[0032] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓释酸的制备可以按照现有技术的成膜过程制备。[0033] 而根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓释酸的制备包括：在35℃至45℃下，将酸物质的颗粒放入沸腾喷雾干燥制粒机中，通入缓释物质，制得可延迟释放酸性的固体酸颗粒。[0034] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述缓释酸的制备包括：在35℃至45℃下，将酸物质的颗粒放入沸腾喷雾干燥制粒机中，通入滑石粉和偏氯乳液混合液，制得可延迟释放酸性的固体酸颗粒。[0035] 本发明的缓释酸为一种可以延缓释放酸性物质的固体酸，其组成为：其内部主要由盐酸肼颗粒组成，外层惰性膜成分主要材料为滑石粉和氯偏乳液，膜衣包裹过程主要是采用沸腾喷雾干燥制粒机，将温度设定为35℃至45℃，首先将适量盐酸肼晶体颗粒放入沸腾喷雾干燥制粒机中，在沸腾条件下缓慢通入滑石粉和偏氯乳液混合液，时间1h，最后制得可延迟释放酸性的固体酸颗粒。[0036] 另一方面，本发明还提供了一种储层脉冲压裂方法，其中，所述方法包括在对储层改造时，使用本发明任意一项所述的压裂液前置液对储层进行改造。[0037] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括在对储层改造时，先将本发明任意一项所述压裂液前置液注入地层，待所述压裂液前置液达到储层微裂缝并发生化学反应产生气体后，再注入压裂液。[0038] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括根据储层微裂缝深度和位置，选择缓释物质，以使得当前置液达到储层微裂缝时，缓释酸释放出酸，与能够释放气体的化学试剂发生反应产生气体。[0039] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括控制前置液的泵送速率和施工压力，压裂过程中，化学剂可随着前置液遭缝，进入裂缝前端及部分进入储层基质及储层微裂缝处，根据压裂设计的时间安排，控制化学剂的反应时间，在压裂过后，控制化学反应启动，化学剂可以快速释放能量，体积膨胀增加局部压力，改变局部应力场，以脉冲形式使裂缝进一步延伸，并产生新的裂缝。[0040] 综上所述，本发明提供了一种用于储层脉冲压裂的压裂液前置液及其应用。本发明的技术方案具有如下优点：[0041] 该技术使压裂液具有二次造缝的特点，在压裂前置液中增加一种可延迟释放能量的化学剂，该试剂特点是可以控制化学剂发生反应，延迟释放能量，按照现场压裂工艺设计要求，控制前置液的泵送速率和施工压力，压裂过程中，化学剂可随着前置液遭缝，进入裂缝前端及部分进入储层基质及储层微裂缝处，根据压裂设计的时间安排，控制化学剂的反应时间，在压裂过后，控制化学反应开始启动，化学剂可以快速释放能量，体积膨胀增加局部压力，改变局部应力场，以脉冲形式使裂缝进一步延伸，并产生新的裂缝，沟通更过天然裂缝，进一步增加改造体积。从而提高非常规致密储层的压裂改造效果，增加油气产量，根据岩心驱替实验验证，采用这项技术可使岩心采收率提高10％。附图说明[0042] 图1为化学诱导脉冲致裂压裂方法压裂液释放能量压力变化图；[0043] 图2为化学诱导脉冲致裂压裂方法压裂液释放能量温度变化图；[0044] 图3为化学诱导脉冲致裂压裂方法与常规压裂方法对比岩石力学裂缝起裂机理对比图。[0045] 图4为反应前岩心CT扫描成像结果。[0046] 图5为化学反应启动后岩心CT扫描成像显示产生了多条新的微裂缝。具体实施方式[0047] 以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。[0048] 实施例1[0049] 本实施例提供适用于非常规储层改造用化学诱导脉冲致裂压裂方法，其主要为在压裂液前置液中添加一种可延缓释放能量的化学剂，前置液以质量份计，其原料组成包括：[0050] 0.12份HPG羟丙基瓜尔胶、2份KCl、10份NaNO2、12份NH4Cl、4份缓释酸、100份水。[0051] 本实施例中的缓释酸以质量份计，其原料组成包括：[0052] 盐酸肼1公斤；[0053] 滑石粉25g；[0054] 氯偏乳液200ml。[0055] 本实施例中的盐酸肼是由武汉共创科技有限公司生产，产品货号为216194，氯偏乳液由上海天银化工科技有限公司生产。[0056] 将25g滑石粉和200ml氯偏乳液混合搅拌均匀，成混合液。[0057] 制备方法，其包括以下步骤：将盐酸肼颗粒放入温度为35℃沸腾喷雾干燥制粒机内，保持沸腾状态，以6.67ml/min滑石粉和氯偏乳液混合液通入沸腾喷雾干燥制粒机内，当所有滑石粉和氯偏乳液混合液全部注入完成后，再保持35℃沸腾烘干20min，最后制得可延迟释放酸性的固体缓释酸颗粒。[0058] 本实施例中的所有添加剂在压裂过程中化学剂不会发生反应，在压裂过后，缓释酸可释放强酸，在酸性环境下NaNO2和NH4Cl快速反应，释放出大量N2和热量，释放出来的气体在储层微裂缝和原油裂缝末端可促使局部压力上升，使裂缝再次向前延伸开启，同时也可以产生新裂缝。[0059] 实施例2[0060] 本实施例提供适用于非常规储层改造用化学诱导脉冲致裂压裂方法，其主要为在压裂液前置液中添加一种可延缓释放能量的化学剂，前置液以质量份计，其原料组成包括：[0061] 0.05份HPG羟丙基瓜尔胶、1份KCl、5份NaNO2、7份NH4Cl、2份缓释酸、100份水。[0062] 本实施例中的所有添加剂在压裂过程中化学剂不会发生反应，在压裂过，固体酸释放强酸，在酸性环境下NaNO2和NH4Cl快速反应，释放出大量N2和热量，释放出来的气体在储层微裂缝和原油裂缝末端可促使局部压力上升，使裂缝再次向前延伸开启，同时也可以产生新裂缝。[0063] 实施例3[0064] 将装有实施例1的压裂液前置液的耐压容器中放入压力和温度传感器，测试压裂液前置液在密闭和绝热条件下压力和温度变化，结果见图1和图2，从实验结果中可以看出，压裂液在最初的2h内没有反应，温度和压力都保持恒定，而在2h后，化学反应快速启动，释放热量，压力快速上升至11.5Mpa。[0065] 实施例4[0066] 将装有实施例1的压裂液前置液的耐压容器做真三轴岩石力学裂缝起裂性能分析实验，实验采用相同的实验条件，均采用页岩样品，对比了常规压裂液与非常规储层改造用化学诱导脉冲致裂压裂方法，实验结果见图3可以看出，相比于常规压裂液(图3的a和c)，这种非常规储层改造用化学诱导脉冲致裂压裂方法(图3的b和d)可以获得更为复杂的裂缝。利用化学反应制造热、气体和能在井筒周围制造出裂缝的局部压力，含有增能化学反应物的压裂液被注入到小井眼岩心样中，化学反应物在岩心样中混合，从而发出化学反应释放出热量和气压制造出大的裂缝。岩心CT扫描成像显示，岩心样孔隙中形成了有效裂缝CT扫描成像(结果见图4和图5)[0067] 实施例5[0068] 本实施例提供适用于非常规储层改造用化学诱导脉冲致裂压裂方法，其主要为在压裂液前置液中添加一种可延缓释放能量的化学剂，前置液以质量份计，其原料组成包括：[0069] 0.03份HPG羟丙基瓜尔胶、1份KCl、5份NaNO2、7份NH4Cl、2份乙二胺四乙酸、2份柠檬酸、100份水。[0070] 本实施例用于地层温度超过100℃的压裂施工过程，由于温度低于100℃条件下，所加的2份乙二胺四乙酸、2份柠檬酸不会使液体pH下降至5以下启动化学反应释放气体和能量，因此所有添加剂在压裂过程中化学剂不会发生反应，而一般在地层温度超过100℃的压裂过程中，一般在压裂过后，随着地层温度上升，滞留在地层内的液体温度逐渐接近地层温度，从而使体系内的乙二胺四乙酸和柠檬酸酸性快速释放，使液体的pH快速下降至5以下，使化学反应启动，释放气体和能量，因此在压裂过后，酸性物质释放强酸，在酸性环境下NaNO2和NH4Cl快速反应，释放出大量N2和热量，释放出来的气体在储层微裂缝和原油裂缝末端可促使局部压力上升，使裂缝再次向前延伸开启，同时也可以产生新裂缝。[0071] 实施例6[0072] 该技术使压裂液具有二次造缝的特点，采用实施例1制备的压裂液前置液，选用人造岩心，其岩心数据见表1，分别采用不添加化学剂的常规压裂液破胶液及实施例1的压裂液破胶液对岩心进行驱替。[0073] 将常规压裂液前置液及实施例1中制备的压裂液前置液进行驱油采收率测试实验，采用物性相近的两块人造岩心(物性参数见表1)，具体实验方法如下：[0074] (1)先将1#岩心分别用水、油进行饱和处理(模拟地层条件下含油水分布)；[0075] (2)核磁共振可动油测试方法测试油水分布状态；[0076] (3)采用压裂液前置液驱替岩心，计算压裂液前置液驱油采出程度(即采收率)；[0077] (4)核磁共振可动油测试方法测试油水分布状态；[0078] (5)更换采用2#岩心重复(1)至(4)的驱替步骤，计算化学脉冲压裂液采出程度；[0079] (6)核磁共振可动油测试方法测试岩心内油水分布状态。[0080] 其中，核磁共振可动油测试方法测试油水分布图见图4；人造岩心参数、两种液体驱油采收率结果如表1所示：[0081] 表1岩心数据参数[0082][0083] 从表1及图4可以看出加入化学脉冲压裂液前置液不同于常规前置液液体，在压裂前置液中含有的可延迟释放能量的化学剂，该试剂特点是可以控制化学剂发生反应，延迟释放能量，按照现场压裂工艺设计要求，控制前置液的泵送速率和施工压力，压裂过程中，化学剂可随着前置液遭缝，进入裂缝前端及部分进入储层基质及储层微裂缝处，根据压裂设计的时间安排，控制化学剂的反应时间，在压裂过后，控制化学反应开始启动，化学剂可以快速释放能量，体积膨胀增加局部压力，改变局部应力场，以脉冲形式使裂缝进一步延伸，并产生新的裂缝，沟通更过天然裂缝，进一步增加改造体积。从而提高非常规致密储层的压裂改造效果，增加油气产量，根据岩心驱替实验验证，采用这项技术可使岩心采收率提高10％。

专利地区：北京

专利申请日期：2020-08-11

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114075959B