CN106893573A - 一种生物压裂液体系及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的压裂液体系，具体地说是一种适用于非常规气藏开采的新型生物压裂液体系。按重量比计，组成为：植物胶聚合物2‑4g/L；生物杀菌剂0.02‑2g/L；生物助排剂0.25‑0.5g/L；粘土稳定剂10‑30g/L；pH值调节剂；酶破胶剂10‑30mg/L；余量为水。本发明针对煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规气藏储层的特点，可最大程度的发挥冻胶压裂液的造缝和抗滤失性的优点，并采用生物酶作为破胶剂使冻胶破胶彻底，残渣量极少，不会堵塞储层天然或压裂出的孔隙，从而保证压裂施工效果，有效返排，降低地层伤害，提高非常规气井产能，是较为理想的应用于非常规气藏开采的新型压裂液体系。

Description

一种生物压裂液体系及其制备和应用

技术领域

本发明涉及水力压裂油气藏改造技术相关产品开发领域，特别是涉及一种适用于非常规气藏开采的新型生物压裂液体系及其制备。

背景技术

水力压裂改造技术是开采低渗透油气层的一种有效的增产方法。它应用于煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规气藏压裂增产的主要机理为：通过高压驱动水流挤入储层中原有的和压裂后出现的裂缝内，扩宽并伸展这些裂缝，进而在储层中产生更多的次生裂缝与裂隙，增加储层的透气性。压裂后产量较压裂前可增加5-20倍，增采效果非常显著。

目前，水力压裂改造措施是国内外煤层气井增产的主要手段，国内几乎所有产气量在1000m³以上的煤层气井都经过压裂改造。而页岩气和致密砂岩气层因其储层超低渗透、自然产能低等的特点也均需要压裂改造才能进行商业化开采。

最常用的胍胶压裂液具有较高的造缝效率、携砂能力，且抗滤失能力强，在油气田的储层改造中已得到最普遍的应用。但面对煤层、页岩及致密砂岩等典型的高滤失、低温或高温、裂缝复杂和储层的高吸附、低渗透、地层压力高等特点，使得压裂改造的同时往往伴随众多的伤害因素，而压裂液对储层的伤害性是第一位的。用常规氧化破胶剂(如过硫酸铵APS)破胶不彻底，导致交联冻胶压裂液在裂缝壁表面形成滤饼及缝内残胶，压裂液对储层渗透率伤害达50％～90％，这大大降低了胍胶压裂液在非常规气藏开采中的优势。而其它压裂液也存在着滤失大、价格高等各种不足。另外，常规的压裂液体系由于采用的均是化学助剂，其破胶液对储层及环境均造成了很大的伤害。因此，急需结合煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规气藏储层的特点及其压裂规律来开发一种新型的压裂液体系。

发明内容

针对现有冻胶型水基压裂液体系破胶不彻底，易产生残胶堵塞孔隙等不足，本发明提供了一种适用于非常规油气藏的新型生物压裂液体系。

采用生物酶破胶剂替代常规化学破胶剂，并在此基础上优化创制生物压裂液体系。它将物理造缝技术同生物酶破胶技术完美地结合在一起，充分发挥生物酶破胶彻底且残渣量少、长效性等的特点，彻底清除残胶和残渣伤害，改善单井压裂效果，最大程度地提高煤层气的开采。此外，该体系具有对环境无污染，针对性强、工艺简单、可行高等优势。

本发明采用的技术方案是：

一种新型应用于非常规气藏的生物压裂液体系，其为水基压裂液体系 主要有植物胶、生物助剂、交联剂、微生物、水配制而成。上述组分按重量比计，由植物胶聚合物2-4g/L；生物杀菌剂0.02-2g/L；生物助排剂0.25-0.5g/L；粘土稳定剂10-30g/L；pH值调节剂；酶破胶剂10-30mg/L；余量为水。上述组分按常规方法混合搅拌即可。本发明压裂液使用六转速粘度计170S^-1的剪切速率剪切，1h内粘度大于100mPa.s，破胶后残渣量小于200mg/L。本发明压裂液对岩心渗透伤害率小于15％，井下温度在80℃以下均可使用，压裂后可有效返排。

植物胶聚合物作为稠化剂为瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶或羧甲基羟丙基瓜尔胶的一种或多种；

生物杀菌剂为：杆菌肽、多粘菌素或其它具有相同效果的生物杀菌剂中的一种或多种；

生物助排剂为：脂肽类生物表面活性剂(surfactin，Iturin)、鼠李糖脂中的一种或多种；

生物酶破胶剂为：耐酸耐碱、耐温的β-甘露聚糖酶、纤维素酶、漆酶或其它具有相同效果的生物酶中的一种或多种；

粘土稳定剂为KCl。

pH调节剂为柠檬酸或碳酸氢钠，其将压裂液体系最终pH值调为8.5-9.5。

为获得具有一定粘弹性的冻胶状水基压裂液体系，在压裂体系中所使用的交联剂为硼砂或有机硼，其用量为：1-1.5wt％硼砂或有机硼的水溶液，交联比为100:5-100:10。

所述水基压裂液体系的制备方法，首先配制质量浓度为0.20-0.40％的瓜尔胶基液，再将生物助排剂、生物杀菌剂、粘土稳定剂、生物酶、按权利要求1所述的比例加入，最后加入交联剂进行交联，使其成为具有一定粘弹性的冻胶。

本发明新型生物压裂液体系的有益效果，利用其进行破胶实验(条件：压裂温度保温1h，压裂液粘度≥100mPa.s)，其破胶残渣量≤200mg/L，破胶时间为2-3h，破胶液粘度为1-5mPa·s，符合行业标准(SY/T 5107-2005)。利用此压裂液体系进行压裂施工，施工后压裂液返排率高，破胶彻底。

本发明将原有水基压裂液中的化学助排剂用生物助排剂替代，化学杀菌剂用生物杀菌剂替代，化学破胶剂用生物酶破胶剂替代，并加入粘土稳定剂和pH调节剂，然后用硼酸盐进行交联，即可形成复合压裂要求的粘弹性冻胶体，即一种新型应用于非常规气藏的生物压裂液体系；利用此压裂液体系对井温为20-80℃的非常规气井进行压裂施工，可达到残渣量少，破胶液分子量在200-10,000之间(参见图4和图6)，压裂伤害低，入井压裂液返排率高，提高增产效果的目的。

本发明的生物压裂液体系与目前常用的冻胶压裂液体系对比的技术优 势在于：

1)具有传统水基压裂液冻胶交联和流变性的所有特性；

2)所用替代的生物助剂(破胶剂，助排剂，杀菌剂)均为生物可降解低毒或无毒绿色生物制剂；

3)破胶彻底，破胶时间可控；

4)所用生物酶破胶剂的适用温度广(20-80℃)，可大幅度改善传统化学破胶剂在低温下无法破胶或破胶不彻底的缺点，尤其适用于非常规气低温井压裂破胶；

5)该体系对岩心伤害小于15％(化学法30-37％)，比常规压裂液体系降低10-20％，由于酶破胶剂的长效性可持续提高裂缝导流能力；

6)此压裂液体系压裂施工后，可有效返排。

附图说明：

附图1不同浓度生物酶压裂液剪切曲线；

附图2 20ppm生物酶配方流变性曲线；

附图3过硫酸铵破胶液(反应48h)分子量分布图(30℃)；

附图4生物酶破胶液(反应48h)瓜尔胶流变性图(30℃)；

附图5过硫酸铵破胶液(反应48h)瓜尔胶流变性图(60℃)；

附图6生物酶破胶液(反应48h)瓜尔胶流变性图(60℃)。

具体实施方式

实施例1

一种新型应用于非常规气藏的生物压裂液体系的制备是通过以下方式实现的：

1)按重量比称取植物胶聚合物(具体为羟丙基瓜尔胶)0.20g，在高速搅拌的条件下，匀速加入100mL的水中，配制成瓜尔胶基液。

2)加入生物杀菌剂(具体为杆菌肽)0.02g，生物助排剂(具体为surfactin)0.025g，粘土稳定剂(具体为KCl)2g，生物酶破胶剂(具体为β-甘露聚糖酶)30mg/L。

3)加入pH调节剂调节pH值至8.5-9.5。

4)加入交联剂进行交联，交联剂为1.5wt％硼砂水溶液，加入量为5mL，同时轻轻搅拌，即可得到用于压裂的冻胶。

实施例2

一种新型应用于非常规气藏的生物压裂液体系的制备是通过以下方式实现的：

1)按重量比称取植物胶聚合物(具体为羟丙基瓜尔胶)0.20g，在高速搅拌的条件下，匀速加入100mL的水中，配制成瓜尔胶基液。

2)加入生物杀菌剂(具体为多粘菌素)0.02g，生物助排剂(具体为surfactin)0.025g，粘土稳定剂(具体为KCl)2g，生物酶破胶剂(具体为β-甘露聚糖酶)30mg/L。

3)加入pH调节剂调节pH值至8.5-9.5。

4)加入交联剂进行交联，交联剂为1.5wt％硼砂水溶液，加入量为5mL，同时轻轻搅拌，即可得到用于压裂的冻胶。

实施例3

一种新型应用于非常规气藏的生物压裂液体系的制备是通过以下方式实现的：

1)按重量比称取植物胶聚合物(具体为羧甲基羟丙基瓜尔胶)0.20g，在高速搅拌的条件下，匀速加入100mL的水中，配制成瓜尔胶基液。

2)加入生物杀菌剂(具体为多粘菌素)0.02g，生物助排剂(具体为鼠李糖脂)0.003g，粘土稳定剂(具体为KCl)2g，生物酶破胶剂(具体为β-甘露聚糖酶)30mg/L。

3)加入pH调节剂调节pH值至8.5-9.5。

4)加入交联剂进行交联，交联剂为1.5wt％硼砂水溶液，加入量为5mL，同时轻轻搅拌，即可得到用于压裂的冻胶。

应用例1

流变性实验

按照实施例1所示方法配制体系基液，用纯水配制1％的生物酶破胶剂(β-半乳甘露聚糖酶)稀释液，将酶稀释液加入到上述基液中使其终浓度为5、10、20、30ppm；加入交联剂进行交联，形成冻胶；将该冻胶置于流变仪中，持续升温至100℃，在170s^-1剪切力下进行耐温耐剪切实验。试验结果显示，含有5-30ppm酶破胶剂的压裂液在170s^-1剪切力作用下，粘度在1h内可保持在100mPa.s以上，1h后酶破胶剂浓度在10ppm以上的压裂液迅速下降，3h后压裂液彻底破胶，粘度在5mPa.s以下。因此，该生物酶破胶剂可满足压裂液的耐温耐剪切性和流变性要求。

应用例2

破胶液表界面张力及残渣量分析：

按实施例1所示方法配制体系基液，分别加入生物酶或过硫酸铵作为破胶剂并以硼砂交联剂交联，进行破胶实验评估：

表1以过硫酸铵为破胶剂

注：破胶液表面张力：27.35mN/m；界面张力为6.10mN/m，残渣含量 为178.0mg/L。

表2以生物酶为破胶剂

注：破胶液表面张力：24.21mN/m；界面张力为2.18mN/m，残渣含量为122.0mg/L。

同时，对不同温度下的过硫酸铵和生物酶破胶后的破胶液分子量进行分析，结果表明，生物酶为破胶剂较过硫酸铵为破胶剂的压裂液破胶彻底，瓜尔胶更易被降解为小分子糖类(图3-6)，48h时多糖分子量主要集中在250-3800区间。而应用过硫酸铵作为破胶剂的破胶液中，分子量5000以下没有明显的吸收峰。说明生物酶破胶剂破胶效果优于化学破胶剂过硫酸铵。应用例3

降低残渣量，用岩心渗透率测定仪、岩心孔隙度测定仪、岩心真空加压饱和装置等做如下试验。基液配制如实施例1所述，选用三块同一地层的岩心，岩心初始数据如下：

表3.岩心物性参数表

通过1#岩心的破胶液是以过硫酸铵为破胶剂，通过2#岩心的破胶液是以生物酶为破胶剂。用仪器测定岩心伤害。实验流程如下：

1、岩心正向注入煤油，直至饱和。进口压力保持在20MPa左右，出口压力保持在0.2MPa左右。测定渗透率。

2、破胶液过滤后，反向注入岩心，注入量达到2PV。

3、再次正向注入煤油，直至饱和。测定渗透率。

4、通过前后渗透率变化关系计算得岩心伤害。

表4.评价及残渣量结果

由上述实验数据显示，采用本发明生物压裂液体系做岩心伤害实验，伤害率从原来的31.6％下降到了10.7％，残渣量从以前的548mg/L下降到234mg/L，可见此发明对降低岩层伤害效果非常明显。

本发明针对煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规气藏储层的特点，可最大程度的发挥冻胶压裂液的造缝和抗滤失性的优点，并采用生物酶作为破胶剂使冻胶破胶彻底，残渣量极少，不会堵塞储层天然或压裂出的孔隙，从而保证压裂施工效果，有效返排，降低地层伤害，提高非常规气井产能，是较为理想的应用于非常规气藏开采的新型压裂液体系。

Claims (7)

1.一种生物压裂液体系，其为水基压裂液体系，其特征在于：

按重量比计，该压裂液体系的组成为：植物胶聚合物2-4g/L；生物杀菌剂0.02-2g/L；生物助排剂0.25-0.5g/L；粘土稳定剂10-30g/L；酶破胶剂10-30mg/L；1-1.5wt％交联剂的水溶液，水基压裂液体系中的水与交联剂溶液的体积比为100:5-100:10；pH值调节剂将压裂液体系最终pH值调为8.5-9.5；余量为水。

2.根据权利要求1所述的压裂液体系，其特征在于：

植物胶聚合物为瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶或羧甲基羟丙基瓜尔胶的一种；

生物杀菌剂为杆菌肽、短杆菌肽或多粘菌素中的至少一种；

生物助排剂为鼠李糖脂、烷基多苷、伊枯草素的至少一种；

粘土稳定剂为KCl。

3.根据权利要求1所述的压裂液体系，其特征在于：

酶破胶剂为耐酸耐碱、耐温的β-甘露聚糖酶、纤维素酶、漆酶的至少一种；

pH调节剂为柠檬酸、谷氨酸、天冬氨酸或碳酸氢钠，其将压裂液体系最终pH值调为8.5-9.5。

4.根据权利要求1所述的压裂液体系，其特征在于：为获得具有一定粘弹性的冻胶状水基压裂液体系，在压裂体系中所使用的交联剂为硼砂或有机硼，其用量为：1-1.5wt％硼砂或有机硼交联剂的水溶液，水基压裂液体系中的水与交联剂溶液的体积比为100:5-100:10。

5.权利要求1-4所述压裂液体系的制备方法，其特征在于：

首先配制质量浓度为2g/L-40g/L的植物胶聚合物基液，再将生物助排剂、生物杀菌剂、粘土稳定剂、酶破胶剂按需要比例加入，采用pH调节剂调体系pH值为8.5-9.5，最后加入交联剂进行交联，使其成为具有一定粘弹性的冻胶。

6.根据权利要求1所述压裂液体系在煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规气藏压裂开采的应用，其特征在于：利用此压裂液体系进行破胶实验，压裂温度下保温1h，压裂液粘度≥100mPa.s，其破胶残渣量≤200mg/L，破胶时间为2-3h，破胶液粘度为1-5mPa·s。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：利用此压裂液体系进行压裂施工，施工后压裂液返排率高，破胶彻底。