一种温度敏感型泡沫压裂液及其制备方法与应用与流程

本发明涉及油田钻井液，尤其涉及一种温度敏感型泡沫压裂液及其制备方法与应用。

背景技术：

1、泡沫压裂液具有滤失低、返排迅速等优点，目前已经在页岩气、煤层气、致密气等非常规天然气资源的水力压裂开采中有应用。然而泡沫压裂液粘度低、耐温性差，限制了其在深层油气水力压裂中的应用。

2、现有技术中，专利cn201210290466.0介绍了一种煤层气氮气泡沫压裂液，具有配液简单，伤害小，滤失低，摩阻小，返排迅速和携砂能力强等优点。但是，该煤层气氮气泡沫压裂液存在粘度随温度升高而大幅下降的问题。压裂液随着勘探开发工作的逐渐深入，高温储层比例日渐增大。压裂施工中，压裂液粘度随着温度的升高而大幅下降，引起造缝、携砂能力的下降。目前的解决措施是通过提高稠化剂浓度的方法增大粘度，提高耐温能力，使其在储层温度保持足够的粘度。然而，此方法势必造成压裂液起始粘度大，泵注压力高等问题。

3、基于以上研究，亟需一种温度敏感型泡沫压裂液，以解决粘度随温度升高而大幅下降的问题，从而形成兼具粘度稳定和低滤失性能的压裂液体系。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种温度敏感型泡沫压裂液及其制备方法与应用。

2、第一方面，本发明提出了一种温度敏感型泡沫压裂液，其组分包括：增稠剂、交联剂和温敏聚合物；其中，所述温敏聚合物由温敏性单体聚合而成；所述温敏性单体优选为n-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙基酯中的至少一种。

3、本发明的温度敏感型泡沫压裂液中包含温敏聚合物，具有提高的整体粘度的稳定性，具有稳定的携砂、造缝能力。不希望受理论限制，认为本发明中使用的温敏聚合物增结构单元中同时含有亲水、疏水基团：低温下，亲水基团与水分子结合紧密，亲水作用占主导地位，拉动疏水基团乃至整个大分子在溶液中舒展，呈现低粘状态，即低温水化；高温下，亲水基团与水分子间作用力迅速减弱，不再具有拉动整体溶解在水里的能力，因而整个大分子皱缩，皱缩过程中与周边大分子发生物理缠结，体系粘度升高，即高温增粘。将温敏聚合物加入到压裂液体系中后，可在高温阶段弥补压裂液粘度的降低，使整个体系呈现“粘度稳定”的效果。

4、作为本发明的具体实施方式，所述温敏聚合物是通过包括以下步骤的方法制备的：在引发剂的存在下，使n-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙基酯中的至少一种进行自由基聚合。

5、作为本发明的具体实施方式，所述温敏聚合物是在引发剂的存在下，由n-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙基酯中的至少一种进行自由基聚合而成。

6、作为本发明的具体实施方式，所述n-异丙基丙烯酰胺、所述甲基丙烯酸二甲氨基乙基酯中的至少一种溶于水中，所述引发剂为过硫酸铵。

7、作为本发明的具体实施方式，所述泡沫压裂液还包括惰性气体，所述惰性气体为二氧化碳和/或氮气；所述惰性气体在泡沫压裂液中的体积占比为40-80％。

8、作为本发明的具体实施方式，以水占100质量份数的基准计，增稠剂的质量为0.2-0.4份、交联剂的质量为0.1-0.2份、温敏聚合物的质量为0.1-0.3份。

9、作为本发明的具体实施方式，所述增稠剂为丙烯酰胺、疏水缔合单体和阳离子单体三种单体的共聚物；所述疏水缔合单体包括烷基二甲基乙基溴化铵、丙烯酸烷基酯、n-烷基丙烯酰胺和n-烷基吡咯烷酮中的至少一种，其中烷基的碳原子数为8～18,优选烷基的碳原子数为12～16；所述阳离子单体包括二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸n,n-二甲基氨基乙酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的至少一种；所述丙烯酰胺、疏水缔合单体和阳离子单体三种单体的摩尔比为1：(5×104～2×102)：(0.01～0.5)。

10、作为本发明的具体实施方式，所述增稠剂的疏水缔合单体优选为十六烷基二甲基乙基溴化铵；所述增稠剂的阳离子单体优选为二甲基二烯丙基氯化铵。

11、作为本发明的具体实施方式，所述增稠剂的制备方法不限，例如但不限于专利号为cn106317319a中公开的方法进行制备。

12、作为本发明的具体实施方式，所述交联剂为阴离子表面活性剂和低碳醇的水溶液；所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种；优选所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述低碳醇包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇和异丁醇中的至少一种；优选所述低碳醇为甲醇；所述阴离子表面活性剂的浓度为20％～40％；所述低碳醇的浓度为20％～40％。

13、作为本发明的具体实施方式，所述交联剂的制备方法不限，例如但不限于专利号为cn106318366a中公开的方法进行制备。

14、本发明选用具有“低温水化，高温增粘”性质的温敏特性聚合物，将其以一定比例加入到压裂液中后，在压裂后期，温敏特性聚合物发生相转变，由液体转变为弹性胶体，粘度大幅升高，补充原压裂液粘度降低部分，形成功能互补；在压裂前期无粘度升高现象，不会引起泵注压力的额外增加。

15、第二方面，本发明提供了一种温度敏感型泡沫压裂液的制备方法，包括以下步骤：

16、将温敏聚合物和水混合，搅拌均匀，得到第一混合物；

17、在第一混合物在搅拌状态下加入所述增稠剂和所述交联剂，搅拌均匀，得到第二混合物；

18、常温常压条件下，向所述第二混合物中通入惰性气体，高速搅拌，制得温度敏感型泡沫压裂液。

19、作为本发明的具体实施方式，所述搅拌速度为400-600r/min。

20、作为本发明的具体实施方式，所述高速搅拌速率为5000-8000rpm，搅拌至液体膨胀到所需体积停止。

21、作为本发明的具体实施方式，优选的，所述温敏聚合物制备中，n-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙基酯中的至少一种溶于水中，所述引发剂为过硫酸铵；引发温度为55～60℃；聚合时间为6～9h。

22、本发明中的上述原料均可自制，也可商购获得，本发明对此不作特别限定。

23、第三方面，本发明提供了温度敏感型泡沫压裂液在页岩气开采领域中的应用。

24、作为本发明的具体实施方式，所述温度敏感型泡沫压裂液用于页岩气压裂中，起到携砂、造缝，沟通地下油气通道，提高采收率的作用。

25、作为本发明的具体实施方式，使用压裂机组将所述温度敏感型泡沫压裂液按照施工设计泵入地层，压开裂缝，打开油气通道，进一步将支撑剂泵入裂缝，起到长期支撑的效果；采油(气)结束后，压裂液返排回到地面，按照环保要求集中处理，油(气)井进入正常生产阶段。

26、温度敏感型泡沫压裂液应用于页岩气开采领域，可显著降低滤失，节约淡水资源，满足高稳定性携砂造缝的改造需求，显著提高采收率。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

28、1、本发明的温度敏感型泡沫压裂液，通过加入温敏聚合物的方法提高整体粘度的稳定性，从而具有稳定的携砂、造缝能力。

29、2、本发明实施例中，本发明的温度敏感型泡沫压裂液具有低滤失、耐温耐剪切性能优良特点：与常规水基压裂液相比，滤失量减少70％，剪切后尾粘提高90％。

30、3、本发明的温度敏感型泡沫压裂液制备方法简单，原料成本低廉，可随制备随用，方便高效，可广泛使用。利用惰性气体例如二氧化碳作为气相形成温度敏感型泡沫压裂液，返排出的二氧化碳经分离后还可重复使用，形成闭环。惰性气体例如二氧化碳压裂技术是ccus在压裂液领域的实践，是经济开发和环境保护上实现双赢的有效办法，具有广阔发展前景。