一种非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液及其制备方法与流程

本发明涉及压裂液制备，更具体地说，它涉及一种非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液及其制备方法。

背景技术：

1、随着国内优质油气藏的不断减少，非常规油气藏的开发越来越成为众多专家和学者研究的重点。非常规油气藏的开发主要包括致密砂岩气藏、页岩气、煤层气等，在此类油气藏的开发中，普遍采用水力压裂作业进行增产，由于储层地质特征较复杂，常规水基压裂液存在较多问题，表现出适应性差和负面改造效果，如地层能量低油气采出率低、地层水敏、水锁伤害严重、压后大量压裂液返排困难、水力压裂二次污染严重等，这些问题的存在，导致非常规油气田开发的压裂增产效果不尽人意，油气产量下降明显。同时目前各大油田等老油区，经过多年开采，油层物性和压力系统发生很大变化，长期开发后导致储层严重亏空，出现地层压力系数低、井漏等难题，使用常规压裂液体系难以完成有效改造。

2、泡沫压裂液技术是针对低压、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、携砂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、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液体系。泡沫压裂液具有携砂性强，滤失伤害低，自动增压助排，良好的自喷返排性，伤害率低，密度低等特点，非常适合低压低渗油气藏新井和老井的压裂改造而被广泛应用。

3、但现有泡沫压裂液均为表面活性剂起泡，对表面活性剂依赖性较强且受井况条件影响较大，为热力学不稳定流体，特别是温度60℃以上、矿化度大于1w及恶劣的地层流体对表面活性剂起泡的泡沫压裂液性能影响明显，制约了泡沫压裂液的应用。现有技术中常规泡沫压裂液进行压裂作业时易造成液体大量漏失、造缝不充分、施工排量低、携砂性能差、加砂量低、早期脱砂，砂堵等事故。

4、为了避免上述缺陷，我国从20世纪80年代开始开展泡沫压裂液的研究，在部分油气田试验应用泡沫压裂液效果不是很理想，目前国内常规泡沫压裂液面临如下问题：

5、（1）泡沫的稳定周期较短，目前泡沫压裂液在深层、超深层井的压裂过程中的稳定时间在10min-30min，难以满足从配液到压裂施工的时间需要；

6、（2）泡沫压裂液不耐高温，不耐盐，抗压能力低，在高温高矿化度下泡沫稳定性差，导致压裂液密度突变。

7、（3）泡沫压裂液泡沫受物理化学因素影响，施工过程中不可避免存在泡沫损失，影响施工效果。

8、（4）泡沫压裂液在泵注压力及液柱压力作用下，泡沫体积减少，携砂能力降低。

9、（5）岩芯伤害率大，残渣高；降阻率低导致施工压力高。基于上述陈述，本发明提供了一种非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液及其制备方法。

技术实现思路

1、为了解决现有泡沫压裂液存在的问题，本发明提供了一种非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液及其制备方法。本发明提供的非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液在高温（150℃）、高矿化度（2wppm）、地层流体条件下具有优异的使用效果。

2、第一方面，本发明提供了一种非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液，采用如下的技术方案：

3、一种非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液，以空气、氮气、二氧化碳中的一种为气相，以基液为液相配制而成；所述微泡沫压裂液中泡沫的体积分数为40-80％；所述基液原料包括以下质量百分比的组分：起泡剂0.01-0.5％、稳泡剂0.02-0.05％、修复剂1-6％、交联剂0.1-0.8％、温度稳定剂0.01-0.2％、余量为水。

4、优选的，所述基液原料包括以下质量百分比的组分：起泡剂0.2％、稳泡剂0.03％、修复剂2％、交联剂0.1％、温度稳定剂0.05％、余量为水。

5、优选的，所述起泡剂为非表面活性剂高分子：β-环状糊精型聚氧乙烯醚，分子结构如下：

6、。

7、优选的，所述β-环状糊精型聚氧乙烯醚制备方法为：

8、向干燥反应釜中加入β-环状糊精和催化剂，安装好反应釜并密封，用氮气吹扫管路及釜内3次，搅拌升温至90-120℃，用水泵抽真空20-40min后，继续升温至125-135℃，通入环氧乙烷，控制压力为0.2-0.3mpa，反应1.5-2h后，继续搅拌至压力为0mpa时，降温并抽真空至釜内温度为70-90℃，停止抽真空，待釜内压力降至负压后冷却出料，经离心除去沉淀并干燥除水，得到β-环状糊精型聚氧乙烯醚。

9、优选的，所述催化剂为naoh，催化剂的添加量为β-环状糊精质量的 0.5%。

10、优选的，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、胍胶、黄原胶、威兰胶、定优胶中的一种或多种。

11、优选的，所述修复剂为碳酸钠、硫酸氢钠组合物或过氧化氢、二氧化锰组合物。

12、优选的，所述碳酸钠、硫酸氢钠组合物中，碳酸钠和硫酸氢钠的质量比为3-5:1；所述过氧化氢、二氧化锰组合物中，过氧化氢、二氧化锰的质量比为1:1-3。

13、优选的，所述交联剂为有机锆交联剂、氧氯化锆或硫酸铬钾中的一种。

14、优选的，所述温度稳定剂为硫代硫酸钠或抗血坏酸。

15、第二方面，本发明提供了一种非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液的制备方法，采用如下的技术方案：

16、一种非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液的制备方法，包括以下制备步骤：

17、s1、将起泡剂、稳泡剂、交联剂、温度稳定剂、修复剂和水混合进行交联反应，得到基液；

18、s2、向所述步骤s1得到的基液中通入气体，搅拌得到非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液。

19、综上所述，本发明具有以下有益效果：

20、本发明提出的非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液是由非表面活性剂起泡剂、稳泡剂、修复剂、交联剂、温度稳定剂和水为原料组分，经特定配比和特定原料的选择协同配合而制得；其中，β-环状糊精型聚氧乙烯醚为多爪型放射状多链聚合物，β-环状糊精型聚氧乙烯醚在水中舒展后，通过搅拌气液快速混合，气体分子吸附于聚合物放射状长链上，聚合物分子的放射状长链具有内腔和外腔结构，内腔束缚气体，外腔包裹气体，外腔长链端部具有缔合官能团，端基通过相互缔合作用锁定包裹的气体，形成微泡。搅拌速率越高，微泡受高剪切应力被细分切割为粒径更小微泡，不受表界面张力影响，微泡粒径可达到范围10um-200um；稳定剂选用特定配比的高分子阴离子聚丙烯酰胺和/或高粘度的胍胶、黄原胶、威兰胶、定优胶等互配使用，形成均一、稳定的加强型厚壁微泡沫；根据气体状态方程和实验证实，泡沫液为可压缩流体，被注入井筒内后由于地层压力及液柱压力的作用，泡沫体积变小，密度变大，悬砂能力降低，容易造成砂堵和输砂困难，基于此问题本发明同时创新出修复泡沫压裂液体积的技术，本发明通过在非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液体系内加入修复剂，该修复剂在井筒内由于温度升高触发修复剂发生大量产气反应，从而在井筒内连续发泡，增加泡沫压裂液体积，弥补压缩的泡沫体积，完全解决了常规水基泡沫压裂液的使用缺陷，具有携砂能力强，有效预防井漏，保护油气层，避免储层伤害及施工不连续、砂堵事故等特点，由于本发明提出的制备方法简单，性能稳定，因此，具有重要的推广价值，特别在低压油气层压裂作业和地层压力系数低的老井增产作业中，施工效果显著。

21、本发明提供的非表面活性剂起泡的自修复高质量微泡沫压裂液在高温（150℃）、高矿化度（2wppm）、恶劣地层流体条件下具有优异的体系性能，用于低压低渗、易漏失、缺水及水敏性地层增产改造中。