[发明专利]一种稳定的二氧化碳水基泡沫压裂液及其制备方法与在提高页岩气采收率上的应用

说明书

本发明涉及一种稳定的二氧化碳水基泡沫压裂液及其制备方法与在提高页岩气采收率上的应用，该水基泡沫压裂液以疏水改性聚合物复配纳米颗粒，或以表面活性剂为主要起泡剂复配聚合物及纳米颗粒制得，该二氧化碳水基泡沫压裂液制备方法简单，且体系具有较好的稳定性及泡沫粘弹性，能够很好应用于二氧化碳泡沫压裂提高页岩气采收率。

技术领域

本发明涉及一种稳定的二氧化碳水基泡沫压裂液及其制备方法与在提高页岩气采收率上的应用，属于油气开发技术领域。

背景技术

页岩气是蕴藏于页岩层中的能源气体，是一种清洁、高效地非常规天然气资源，其主要成分是甲烷。页岩气藏属于“自生自储”气藏，连续型分布且运移距离有限或无运移。页岩气的储存形式主要分为游离态与吸附态，其中绝大多数以吸附态的形式吸附存储于泥页岩纳米孔隙及页岩夹层中。由于页岩储层的超低渗透性，因此进行开采页岩气时必须要进行压裂后页岩储层才具有产能。

水平井水力压裂技术是目前开采气资源最普遍的压裂技术，但对于低压、低渗、水敏性严重的地层，这种压裂液的压裂效果较差，水敏性严重，地层渗透率降低、压裂施工结束后返排困难，二次污染较大，严重影响油层的增产效果。

泡沫压裂技术是针对低压、低渗油层压裂效果不好，水基压裂液对地层伤害较大，排液困难而研发的一项新的压裂工艺，该技术是在常规水基压裂液的基础上加入起泡剂、氮气或二氧化碳气体，形成泡沫流体，得到以气体为内相，液体为外相的低伤害压裂体系，此体系相比常规的水基压裂液粘度大、携砂能力强、滤失低、返排快、对地层伤害小，适合低压、低渗透、水敏性等复杂地层，其压裂效果要比常规水基压裂效果提高两倍以上。

二氧化碳泡沫压裂始于70年代的美国，相对于氮气泡沫，二氧化碳泡沫与地层流体的相容性更好，降低界面张力的能力更强；且二氧化碳泡沫压裂液的粘度比氮气泡沫压裂液的粘度大，所以其携砂能力比氮气泡沫要高，且滤失量低；同时二氧化碳溶于水，生成弱酸性碳酸，可有效抑制黏土膨胀，对地层和裂缝伤害小。但是二氧化碳泡沫压裂体系，对压裂设备要求严格，另外二氧化碳泡沫自身的稳定性及粘弹性也是制约这项技术应用的瓶颈。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种稳定的二氧化碳水基泡沫压裂液及其制备方法与在提高页岩气采收率上的应用，该泡沫压裂液以疏水改性聚合物复配纳米颗粒，或以表面活性剂为主要起泡剂复配聚合物及纳米颗粒，该泡沫体系具有较好的稳定性及粘弹性，应用于二氧化碳泡沫压裂可大大提高页岩气的采收率。

本发明的技术方案如下：

一种稳定的二氧化碳水基泡沫压裂液，该水基泡沫压裂液以二氧化碳为气相，以压裂液为液相经发泡形成的水基泡沫，其泡沫质量为52～75wt％；

其中，所述压裂液由聚合物、阴离子表面活性剂或两性离子表面活性剂、纳米颗粒和水组成或聚合物、纳米颗粒和水组成，聚合物、阴离子表面活性剂或两性离子表面活性剂、纳米颗粒和水组成的压裂液中，聚合物的浓度为0.01～1wt％，阴离子表面活性剂或两性离子表面活性剂的浓度为0.05～5.0wt％，纳米颗粒的浓度为0.5～5.0wt％；聚合物、纳米颗粒和水组成的压裂液中，聚合物浓度为0.05～5.0wt％，纳米颗粒浓度为0.5～5.0wt％。

根据本发明优选的，聚合物为亲水型聚合物，分子量为10000～50000。

根据本发明优选的，聚合物为疏水改性聚丙烯酸、疏水改性甲基纤维素、疏水改性羟丙基甲基纤维素或聚丙烯酰胺中的一种或两种以上混合。

根据发明优选的，所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠或α-烯基磺酸钠。

根据发明优选的，所述的两性离子表面活性剂为月桂酰胺丙基甜菜碱。

根据发明优选的，所述的纳米颗粒为亲水型二氧化硅纳米颗粒。

根据发明优选的，所述的纳米颗粒尺寸为10nm～10μm。