一种表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液及其制备方法与应用

摘要

本发明涉及一种表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液及其制备方法与应用。所述表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液原料组成为表面活性剂0.05-0.3%，碱0-0.2%，醇5-15%，其余为页岩压裂用水力压裂液。本发明还提供该复合页岩水力压裂液的制备方法与应用。本发明利用表面活性剂自吸来提高水力压裂页岩油气的采收率、改善页岩水力压裂效果，有利于油气流入裂缝系统，同时提高产油量和采收率。

说明书

技术领域

本发明涉及页岩油气开采增产技术领域，尤其涉及一种表面活性剂自吸复合页岩水力压 裂液及其制备方法，以及用表面活性剂自吸提高页岩油气采收率、改善页岩水力压裂压后效 果的方法。

背景技术

页岩油气资源指储集在富含有机质的细粒碎屑岩中的油与天然气，一部分以游离态存在 于孔隙和裂缝中，一部分吸附于有机质和粘土矿物内表面,可以是生物成因、热解成因或混合 成因，在一定地质条件下聚集成藏并达到经济开采价值。中国页岩油气资源丰富，主要盆地 和地区的页岩气资源量约为26×10¹²m³。但是页岩岩石非常致密，其岩石渗透率为毫达西甚 至纳米达西的级别，为了获得商业化开采，通过压裂改造才能达到工业开采价值。

水力压裂增产措施在页岩油气开始生产时就得到应用，页岩的水力压裂目前的做法是利 用压裂液注入地层诱导产生具有足够几何尺寸和导流能力的裂缝以实现在低渗的、大面积的 净产层里获得油气工业产出，使用水力压裂来增产已成为成功开发页岩油气的关键。用于油 页岩增产的压裂液主要由水组成，也包括了各种添加剂。目前，胍胶类、线形聚合物类和滑 溜水通常被用作页岩压裂液。滑溜水作为非常规页岩油气储层压裂施工的主要压裂液，具有 无固相水不溶物和常规胶体残渣的特点，而且摩阻低，可在保持措施效果的前提下节约30% 的液体成本，因此受到国内外石油公司广泛关注。1997年，Mitchell能源公司（现为Devon 能源的一部分）开发了一种称为“滑溜水压裂”的水力压裂技术，滑溜水压裂已被广泛采用于 页岩油气层，滑溜水压裂流体中包含水，支撑剂和含量不足1％的化学添加剂。滑溜水的化 学添加剂通常包括降阻剂，表面活性剂，粘土稳定剂，破胶剂等。聚丙烯酰胺聚合物（阴离 子型，阳离子型或非离子型）经常被用作降阻剂，以减少井筒中水力压裂作业的液体摩擦。 但是，水力压裂技术仅可通过在地层中形成导流通道，据报道，现有技术下页岩油的采收率 通常低于10％，原因在于，虽然通过压裂形成了油气导流通道，但是由于页岩的低孔低渗的 特点，远离压裂裂缝系统的油气难以流动到裂缝系统中，因此，研发一种新的可同时提高采 收率和页岩油气产量的压裂方法尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，特别是针对现有水力压裂技术在页岩地层的采收率低的问题，本 发明提供一种表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液及其制备方法。

本发明还提供用表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液提高页岩油气的采收率的方法，利 用表面活性剂自吸来提高水力压裂页岩油气的采收率、改善页岩水力压裂效果，从而克服单 一水力压裂方式的局限性，有利于油气流入裂缝系统，实现同时提高产油量和采收率。

本发明的技术方案如下：

一种表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液，其中，原料重量百分比组成如下：

表面活性剂0.05-0.3%，碱0-0.2%，醇5-15%，其余为页岩压裂用水力压裂液；

所述的表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、辛基酚聚氧乙烯醚(TritonX-100)、脂肪 醇聚氧乙烯醚（平平加O-15）、十二烷基二甲基甜菜碱（BS12）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)。

所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、硼砂、偏硼酸钠或者碳 酸氢钠-碳酸钠缓冲体系；其中优选的，所述碳酸氢钠-碳酸钠缓冲体系中碳酸氢钠:碳酸钠=2:1 重量比。进一步优选所述的碱为碳酸氢钠、偏硼酸钠或碳酸氢钠-碳酸钠缓冲体系。

所述的醇为甲醇、乙醇、异丙醇或者乙二醇。

根据本发明优选的，一种表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液，其中，原料重量百分比 组成为：表面活性剂0.1-0.3%，碱005-0.1%，醇7-10%，其余为页岩压裂用水力压裂液。

本发明的表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液的制备方法，步骤如下：

在搅拌下，按配比将表面活性剂、碱和醇加入页岩压裂用水力压裂液中，搅拌至完全溶 解。

本发明的表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液的应用，用于页岩地层水力压裂增产，提 高页岩地层的产量和油气采收率。

一种用表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液提高页岩油气的采收率的方法，在页岩油气 井压裂改造时，将本发明所述的表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液在高于页岩层破裂应力 条件下注入页岩地层中。其余操作条件按页岩水力压裂现有技术即可。能提高采收率20-60%。

或者说，一种用表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液提高页岩油气的采收率的方法，在 页岩油气井压裂改造时，向页岩水力压裂液中加入占总量0.05-0.3wt%的表面活性剂、 0-0.2wt%的碱和5-15wt%的醇，在高于页岩层破裂应力条件下注入页岩地层中。所述的表面 活性剂、碱和醇如前所述。即表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、辛基酚聚氧乙烯醚 (TritonX-100)、脂肪醇聚氧乙烯醚（平平加O-15）、十二烷基二甲基甜菜碱（BS12）、十二烷 基苯磺酸钠（SDBS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)。碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、 碳酸氢钠、碳酸钾、硼砂、偏硼酸钠或者碳酸氢钠-碳酸钠缓冲体系；其中优选的，所述碳酸 氢钠-碳酸钠缓冲体系中碳酸氢钠:碳酸钠=2:1重量比。醇为甲醇、乙醇、异丙醇或者乙二醇。

本发明中所述的页岩压裂用水力压裂液为本领域现有技术。瓜胶类压裂液、线形聚合物 类压裂液、滑溜水压裂液均可。

本发明表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液的机理如下：

一是由于页岩的渗透率极低，因而毛细作用显著。致密地层中，如果地层是水湿，由于 毛细管自吸作用，有利于自吸和捕集含水液体。因此，如果页岩是油湿，将其地层润湿性由 油润湿性改变为水润湿性是非常重要的。适当的使用表面活性剂可以改变岩石表面的润湿性。

二是压裂处理是非常高的压力下进行的，外力的驱动会显著提高吸液率，因此，表面活 性剂的自吸过程不仅自发而且有效，随着页岩压裂裂缝的形成，表面活性剂进一步通过自吸 作用更深的进入地层孔隙，驱使地层中的油气进入裂缝系统。

三是水力压裂通过在地层中产生压裂裂缝，形成油气导流通道，但是由于页岩的低孔低 渗的特点，远离压裂裂缝系统的油气难以流动到裂缝系统中。而表面活性剂自吸克服这个缺 点，可以将远离裂缝系统的油气驱替到裂缝系统。因此将复合水力压裂措施和表面活性剂自 吸提高采收率方法为一体，从而避免每种方法单独使用时的存在局限性，复合的方法将显著 促进油气流入裂缝系统，改善压裂效果。

四是压裂液中的聚合物在岩石表面上易形成滤饼，这层滤饼可能会阻止其他流体自吸进 入页岩，因此在体系中加入了醇以促进表面活性剂向岩心的自吸行为，加入碱辅助岩心由油 润湿向水润湿转变。

本发明的优良效果如下：

1、本发明的表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液用表面活性剂自吸提高页岩油气采收 率、改善页岩水力压裂效果，同时配以醇促进表面活性剂向岩心的自吸行为，还通过添加少 量碱辅助岩心由油润湿向水润湿转变。

2、本发明的提高页岩油气的采收率的方法，不但可以提高产油还可以提高从页岩油气层 的一次采收率，实质为一种复合方法，成功地克服了现有压裂技术和表面活性剂单独使用时 的局限性。且应用工艺简单，利用大规模生产。

3、页岩压裂所需的水量是页岩油气开发不容忽视的一个方面，本发明的方法能产生更高 的一次采收率，从而减少给定的资源（核准水用量）所需的总井数，降低水力压裂的用水量。

4、本发明的用表面活性剂自吸提高页岩油气采收率、改善页岩水力压裂效果的方法，还 可以用于其他低渗透储层（如碳酸盐岩）的增产改造。

附图说明

图1为自吸实验装置图。其中，1、六通阀，2、中间容器，3、岩心夹持器及岩心，4、 产出液收集容器，5、精密压力表。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但并不限制本发明。除特别说明外，实施例中 所有百分比均为质量百分比，所用原料均为本领域常用材料。

实施例1-15中使用的页岩压裂用滑溜水压裂液重量百分比组成为：减阻剂（美国贝克休 斯公司产，型号FRA）0.1%，丙烯醛0.005%，粘土稳定剂0.1%，余量为水。该滑溜水压裂 液降阻率为65%。

实施例中的岩心自吸实验：

采用图1所示的现有技术装置，自吸实验所用岩心的润湿性为油润湿，尺寸为：直径30 mm，厚度20mm。实验温度为环境温度。方法步骤如下：

①过滤预处理实验所用本发明的表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液，以及实验用油；

②将岩心在过滤后的油中浸泡24小时，岩心可用天然岩心或者人造岩心；

③按照图1所示安装实验装置；抽真空2小时，除去管线和岩心中的气体；

④打开阀门，使本发明的表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液自吸进入岩心，计算采收 率；

⑤实验结束后，测试岩心的润湿性。

实施例1：表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液，原料重量百分比组成如下：

表面活性剂：十二烷基二甲基甜菜碱（BS12）0.2%，

碱：碳酸氢钠0.05%，

醇：乙二醇7%，

其余为页岩压裂用滑溜水压裂液。

岩心自吸实验结果：体系的降阻率为63%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率 43.5%，岩心为油湿，处理后变为水湿。

实施例2：如实施例1所述，所不同的是：碳酸氢钠的用量为0.1%。

体系的降阻率为64%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率57.2%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例3：表面活性剂自吸复合页岩水力压裂液，原料重量百分比组成如下：

十二烷基二甲基甜菜碱（BS12）0.2%，偏硼酸钠0.1%，乙二醇7%，其余为页岩压裂 用滑溜水压裂液。

体系的降阻率为63%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率32.7%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例4：如实施例1所述，所不同的是：碱用碳酸氢钠/碳酸钠=2:1重量比体系0.1%， 替代碳酸氢钠。

体系的降阻率为63%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率32.7%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例5：如实施例1所述，所不同的是：碱的用量为0。

体系的降阻率为63%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率17.4%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例6：如实施例1所述，所不同的是：碱为硼砂0.05%。

体系的降阻率为63%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率25.8%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例7：如实施例1所述，所不同的是：表面活性剂BS12用量为0.3%。

体系的降阻率为54%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率45.7%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例8：如实施例1所述，所不同的是：表面活性剂为OP-10，用量为0.2%。

体系的降阻率为64%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率25.8%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例9：如实施例1所述，所不同的是：

表面活性剂为ABS，用量为0.2%。

体系的降阻率为57%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率43.5%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例10：如实施例1所述，所不同的是：表面活性剂为AES，用量为0.2%。

体系的降阻率为64%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率25.8%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例11：如实施例1所述，所不同的是：表面活性剂为平平加O，用量为0.2%。

体系的降阻率为60%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率29.4%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例12：如实施例1所述，所不同的是：表面活性剂为TritonX-100，用量为0.2%。

体系的降阻率为58%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率27.4%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例13：如实施例1所述，所不同的是：醇为甲醇10%。

体系的降阻率为50%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率32.6%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例14：如实施例1所述，所不同的是：醇为乙醇13%。

体系的降阻率为45%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率29.3%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例15：如实施例1所述，所不同的是：醇为异丙醇5%。

体系的降阻率为48%，表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率32.7%，岩心为油湿， 处理后变为水湿。

实施例16：如实施例1所述，所不同的是：

页岩压裂用水力压裂液为水解聚丙烯酰胺（分子量1000万，水解度27.8%）0.1%，其余 为水。表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率35.2%，岩心为油湿，处理后变为水湿。

实施例17：如实施例1所述，所不同的是：页岩压裂用水力压裂液为瓜胶0.2%，其余为 水。表面活性剂可以自吸进入岩心，提高采收率28.5%，岩心为油湿，处理后变为水湿。