本發明涉及水力壓裂
技術領域：
，且特別涉及一種清潔泡沫壓裂液及其制備方法。
背景技術：
：水力壓裂是非常規油氣藏重要的增產技術之一。壓裂液作為水力壓裂過程中的工作液，起著傳遞壓力、形成和延伸裂縫、攜帶支撐劑的作用。但對于水敏比較嚴重的非常規低孔低滲儲層，常規的水基壓裂液進入地層會降低地層滲透率，影響裂縫的導流能力。少水的清潔泡沫壓裂液既能避免水敏的傷害，而且制備工藝簡單，在地層條件下自動破膠，擁有良好的應用前景。納米材料作為21世紀最具有市場應用潛力的新興科學技術，已經成為研究的熱點。考慮到納米顆粒獨特的物理化學特性，可替代清潔泡沫壓裂液中大分子的穩泡劑，使壓裂液更具有穩定性，并且納米級的顆粒不會堵塞地層，對地層的傷害更小。現有的微地震裂縫監測技術中，微地震所能監測到的距離最寬，但是監測到的裂縫數據不是很準確，即只能提供與壓裂地層所處位置有關的信息，而不會監測到壓裂液放置支撐劑位置。為此，電磁示蹤監測技術，可以在壓裂液中加入導電磁性粒子，利用電磁感應原理對這些粒子成像，從而定位裂縫的分布與形態。這種方法可以更加精確裂縫的數據信息，具有較好的應用前景。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種清潔泡沫壓裂液，此清潔泡沫壓裂液具有較好的磁性、耐溫抗剪切性以及懸砂性，可以用作水敏非常規儲層的壓裂液。本發明的另一目的在于提供一種清潔泡沫壓裂液制備方法，此制備方法簡單可行，制備時間短。本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。本發明提出一種清潔泡沫壓裂液，按質量百分數計，其包括：0.8％～1.2％的磁性納米顆粒分散液、0.8％～1.2％的起泡劑、3％～5％的表面活性劑以及92.6％～95.4％的第一溶劑。其中，磁性納米顆粒分散液由以下方法制得：將檸檬酸加入到第二溶劑得到檸檬酸溶液，將四水氯化亞鐵以及六水氯化鐵溶于檸檬酸溶液得到第一溶液，再向第一溶液中加入氨水得到第二溶液，加熱、攪拌第二溶液，分離得到第二溶液內生成的固相物質，將所述固相物質溶于水中并分散均勻得到磁性納米顆粒分散液。其中，起泡劑選自十二烷基磺酸鈉、十二烷基二甲基氧化胺以及α-烯基磺酸鈉中的至少一種；第一溶劑和第二溶劑均為水。本發明提出一種清潔泡沫壓裂液制備方法，其包括如下步驟：將磁性納米顆粒分散液、起泡劑以及表面活性劑加入第一溶劑中，攪拌得到清潔泡沫壓裂液。本發明實施例提供的清潔泡沫壓裂液及其制備方法的有益效果是：本發明的清潔泡沫壓裂液適用于水敏非常規儲層的壓裂液，起泡性好，穩定性強，傷害性低，是一種清潔環保型的壓裂液。本發明壓裂液帶有磁性，可通過電磁成像原理，對裂縫進行監測，所監測到的裂縫數據更加準確。本發明的清潔泡沫壓裂液不使用大分子的穩泡劑，采用有獨特物理化學特性納米顆粒來穩定泡沫，使制備出的壓裂液不會堵塞地層，對地層的傷害更小。本發明的原料易得，方法簡單可行，制備時間短，適用于工業化的生產，用于非常規儲層水力壓裂效果好。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。圖1為本發明實施例磁性納米顆粒分散液的粒徑分布圖；圖2為本發明實施例清潔泡沫壓裂液的黏度的曲線圖。具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。下面對本發明實施例的一種清潔泡沫壓裂液及其制作方法進行具體說明。本發明實施例提供的清潔泡沫壓裂液，按質量百分數計，其包括：0.8％～1.2％的磁性納米顆粒分散液、0.8％～1.2％的起泡劑、3％～5％的表面活性劑以及92.6％～95.4％的第一溶劑。其中，第一溶劑為水。具體地，起泡劑選自十二烷基磺酸鈉、十二烷基二甲基氧化胺以及α-烯基磺酸鈉中的至少一種或其任意比例的混合，上述起泡劑均可以直接從市場購得。具體地，表面活性劑優選選用甜菜堿型兩性離子表面活性劑，例如選用芥酸酰胺丙基甜菜堿、芥酸酰胺丙基羥基磺基甜菜堿、十六烷基羥丙基磺基甜菜堿、十八烷基羥丙基磺基甜菜堿以及椰油酰胺丙基甜菜堿的至少一種或其任意比例的混合。上述甜菜堿型兩性離子表面活性劑均可以直接從市場購得。甜菜堿型兩性離子表面活性劑具有較好的黏彈性，使得本發明的清潔泡沫壓裂液具有較好黏性和彈性，從而得到較好的懸砂性效果。上述磁性納米顆粒分散液由以下方法制得，其包括如下步驟：將檸檬酸加入到第二溶劑得到檸檬酸溶液，將四水氯化亞鐵以及六水氯化鐵溶于檸檬酸溶液得到第一溶液，在此過程中持續攪拌，使四水氯化亞鐵以及六水氯化鐵在檸檬酸溶液中充分溶解。在此過程中持續攪拌，保證檸檬酸充分溶解使第一溶液為弱酸性，保證無沉淀析出。加熱、攪拌第一溶液，并向第一溶液中加入氨水得到第二溶液。優選的加熱第二溶液的溫度為85℃～95℃，將氨水緩慢加入第一溶液中得到第二溶液的過程中，持續攪拌，使第二溶液內慢慢沉淀析出顆粒，避免沉淀出的顆粒聚集，導致制備的顆粒較大，不滿足納米級的條件。保持第二溶液溫度為85℃～95℃，持續攪拌2小時，然后冷卻至20℃～25℃，離心分離出第二溶液的上層清液以及固相物質。可選地，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，在本發明較佳的實施例中，無水乙醇和水對固相物質洗滌的次數均為3～5次。使用無水乙醇能夠保證對固相物質上殘留的上層清液洗滌徹底，使用水能夠保證對固相物質上殘留的無水乙醇的洗滌徹底。將洗滌后的固相物質溶于水中得到納米流體，并使用超聲波分散納米流體20min～60min，即可獲得分散均勻的磁性納米顆粒分散液。其中，第二溶劑為水，固相物質為氧化鐵。氧化鐵在性納米顆粒分散液中的質量濃度為8％～16％。上述反應的化學方程式為為：Fe2++2Fe3++8OH-1→Fe3O4+H2O，在一定溫度下，納米級的四氧化三鐵易被氧化成納米級氧化鐵，反應式為：Fe3O4+O2→Fe2O3。具體地，四水氯化鐵與六水氯化鐵在第一溶劑的摩爾濃度比為1∶1.5～2。四水氯化亞鐵與檸檬酸的質量比為1∶17～17.5。氨水與第一溶液的體積比為11～14∶50，氨水優選為質量分數為30％的氨水。磁性納米顆粒能夠吸附在氣-液界面上形成顆粒單層，這種顆粒單層類似于表面活性劑在氣-液界面上的吸附單分子層，有起泡和穩泡的作用。因此，在本清潔泡沫壓裂液中無需再次添加穩泡劑。上述清潔泡沫壓裂液的制備方法，包括如下步驟：按質量百分數計，將0.8％～1.2％的磁性納米顆粒分散液、0.8％～1.2％的起泡劑以及3％～5％的表面活性劑加入92.6％～95.4％的第一溶劑中，并攪拌得到本清潔泡沫壓裂液。具體地，第一溶劑為水。在制備清潔泡沫壓裂液時，只需要將三種物質加入到水中，充分攪拌即可。在本發明較佳的實施例中，攪拌的速度為5000r/min～10000r/min，攪拌時間為1min～3min，保證清潔壓裂液的充分發泡。本清潔泡沫壓裂液的配比影響清潔泡沫壓裂液的泡沫質量。在本實施例中優選地，本發明在井場壓裂施工過程中，優選以氮氣為伴注氣體，將本清潔泡沫壓裂液與氮氣同時注入井底對底層進行壓裂。一方面，避免了使用液氮或液體二氧化碳伴注成本較高的問題，同時有效解決超臨界二氧化碳腐蝕井筒的問題；另一方面，氮氣泡沫相對于空氣泡沫，避免了泡沫體系中含有氧氣，井下作業時井筒內含有的氧氣與烴類接觸存在安全隱患。本發明實施例還提出了本發明清潔壓裂液的對壓裂裂縫監測的用途。由于Fe2O3具有磁性，制得的清潔泡沫壓裂液則具備磁性。在壓裂施工過程中，通過電磁感應原理，由于納米顆粒分散液均勻分散于清潔泡沫壓裂液中，本清潔泡沫壓裂液中的磁性納米顆粒電磁成像從而對裂縫進行監測。以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述。實施例1在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及4.05g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至90℃，再向第一溶液中加入22ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持90℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計，向100ml去離子水中加入0.8g的磁性納米顆粒分散液、0.8g的十二烷基磺酸鈉以及3g的芥酸酰胺丙基羥基磺基甜菜堿以及十六烷基羥丙基磺基甜菜堿。在5000r/min攪拌2min得到清潔泡沫壓裂液。實施例2在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及4.2g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，并加熱至88℃，再向第一溶液中加入0.125g檸檬酸后，再向第一溶液中加入25ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持88℃將第二溶液攪拌2.5h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計，向100ml去離子水中加入0.9g的磁性納米顆粒分散液、0.9g的十二烷基二甲基氧化胺以及3g的芥酸酰胺丙基甜菜堿。在8000r/min攪拌2min得到清潔泡沫壓裂液。實施例3在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及4.56g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至85℃，再向第一溶液中加入24ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持85℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向第一溶劑中加入1g的磁性納米顆粒分散液、1g的α-烯基磺酸鈉以及4g的椰油酰胺丙基甜菜堿。在7000r/min攪拌2min得到清潔泡沫壓裂液。實施例4在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及4.82g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至95℃，再向第一溶液中加入23ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持95℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向第一溶劑中加入1.1g的磁性納米顆粒分散液、1.1g的十二烷基磺酸鈉以及十二烷基二甲基氧化胺以及5g的十六烷基羥丙基磺基甜菜堿以及十八烷基羥丙基磺基甜菜堿。在5000r/min攪拌3min得到清潔泡沫壓裂液。實施例5在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及4.96g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至92℃，再向第一溶液中加入20ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持92℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向第一溶劑中加入0.8g的磁性納米顆粒分散液、1.2g的十二烷基二甲基氧化胺以及α-烯基磺酸鈉以及5g的芥酸酰胺丙基甜菜堿、芥酸酰胺丙基羥基磺基甜菜堿、十六烷基羥丙基磺基甜菜堿、十八烷基羥丙基磺基甜菜堿以及椰油酰胺丙基甜菜堿。在6000r/min攪拌3min得到清潔泡沫壓裂液。實施例6在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及5g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至95℃，再向第一溶液中加入25ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持95℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向第一溶劑中加入1.2g的磁性納米顆粒分散液、0.8g的十二烷基磺酸鈉以及α-烯基磺酸鈉以及4g的芥酸酰胺丙基甜菜堿、芥酸酰胺丙基羥基磺基甜菜堿以及椰油酰胺丙基甜菜堿。在9000r/min攪拌2.5min得到清潔泡沫壓裂液。實施例7在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及5.3g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至89℃，再向第一溶液中加入22ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持89℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向第一溶劑中加入1.1g的磁性納米顆粒分散液、1g的十二烷基磺酸鈉、十二烷基二甲基氧化胺以及烯基磺酸鈉以及4g的芥酸酰胺丙基羥基磺基甜菜堿。在10000r/min攪拌2min得到清潔泡沫壓裂液。實施例8在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及5.5g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至94℃，再向第一溶液中加入21ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持94℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向第一溶劑中加入1g的磁性納米顆粒分散液、1.1g的十二烷基磺酸鈉以及3g的十八烷基羥丙基磺基甜菜堿。在8500r/min攪拌1.5min得到清潔泡沫壓裂液。實施例9在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及5.61g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至90℃，再向第一溶液中加入22ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持90℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向第一溶劑中加入1.2g的磁性納米顆粒分散液、0.8g的十二烷基二甲基氧化胺以及4g的十六烷基羥丙基磺基甜菜堿、十八烷基羥丙基磺基甜菜堿以及椰油酰胺丙基甜菜堿。在7000r/min攪拌2min得到清潔泡沫壓裂液。實施例10在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及5.87g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至93℃，再向第一溶液中加入24ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持93℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為8％溶于第二溶劑中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向第一溶劑中加入0.8g的磁性納米顆粒分散液、1.2g的α-烯基磺酸鈉以及4g的十六烷基羥丙基磺基甜菜堿。在8000r/min攪拌3min得到清潔泡沫壓裂液。應用例本實施例提供的清潔泡沫壓裂液，其制備步驟如下：在機械攪拌條件下，向100ml去離子水中加入0.125g檸檬酸得到檸檬酸溶液，將2.15g四水氯化亞鐵以及5.87g六水氯化鐵加入檸檬酸溶液中得到第一溶液，加熱至90℃，再向第一溶液中加入25ml的質量分數為30％的氨水得到第二溶液。保持90℃將第二溶液攪拌2h，冷卻、離心分離出第二溶液的上層清液與固相物質分離，將分離所得的固相物質用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，洗滌后的固相物質按質量濃度為10％溶于去離子水中得到納米流體，并使用超聲波分散獲得分散穩定的磁性納米顆粒分散液。在機械攪拌條件下，按質量百分數計向100ml去離子水中加入1g的磁性納米顆粒分散液、1g的十二烷基磺酸鈉以及4g的芥酸酰胺丙基甜菜堿。在8000r/min攪拌2min得到清潔泡沫壓裂液。測得起泡后清潔壓裂液的總體積350ml，計算泡沫的體積為：350ml-100ml＝250ml，計算泡沫質量為：250ml/350ml×100％＝71.43％。本清潔泡沫壓裂液具備較好的起泡效果。由于甜菜堿型兩性離子表面活性劑具備黏彈性，再加入甜菜堿型兩性離子表面活性劑后清潔泡沫壓裂液具有黏性和彈性，使得清潔泡沫壓裂液具有較好耐溫抗剪切性，從而提高了清潔泡沫壓裂液的懸砂性能。具體地，通過沉降實驗評價，在30℃，將單粒20/40目陶粒支撐劑加入本清潔泡沫壓裂液中的靜態沉降，測得沉降速度為0.356mm/s。將制備的清潔泡沫壓裂液與原油混合使其破膠，在30℃，100r/min，使用旋轉黏度儀(型號：ZNN-D6型旋轉黏度計，生產廠商：青島泰峰石油儀器有限公司)測得破膠后黏度為1.8mPa·s，結果表明，本清潔泡沫壓裂液在地層能夠自動破膠。測的清潔泡沫壓裂液半衰期結果間表1。表1.清潔泡沫壓裂液的半衰期溫度23℃60℃90℃時間24h4h55min從表1可以看出，本清潔泡沫壓裂液具有較好的半衰期，能夠達到壓裂施工的要求。試驗例采用實施例1～10的方法制得的磁性納米顆粒分散液以及清潔泡沫壓裂液，并測試磁性納米顆粒分散液粒度中值以及電勢電位(Zeta點位)，測試清潔泡沫壓裂液的剪切黏度以及半衰期。1、磁性納米顆粒分散液制備完成，冷卻至25℃，通過粒度分析儀(型號：HYDRO2000(APA2000)，生產廠商：英國馬爾文)測得磁性納米顆粒分散液的粒度中值以及磁性納米顆粒分散液的電勢電位。本實施例中，測得的磁性納米顆粒分散液粒度中值如圖1所示，測得的粒度中值以及電勢電位結果見表2。2、清潔泡沫壓裂液制備完成，在90℃，170s-1下，通過高溫高壓流變儀(型號：HAAKERS600，生產廠商：德國HAAKE公司)測得清潔泡沫壓裂液在1h內黏度(本實施例中均為表觀黏度)；在90℃以及60℃下，測得清潔泡沫壓裂液的半衰期。本實施例中，測得的清潔泡沫壓裂液的黏度如圖2所示。測得的黏度以及半衰期結果見表2。表2.磁性納米顆粒分散液以及清潔泡沫壓裂液各項指標檢測結果表3.分散性評價標準電勢電位(mV)膠體穩定性0到±10快速凝結或凝聚±10到±30開始變得不穩定±30到±40穩定性一般±40到±60較好的穩定性超過±61穩定性極好從表2可以看出，本發明實施例1～10的方法制得的磁性納米顆粒分散液的電勢電位均超過-61mV，通過對比表3提供的膠體穩定性評價標準，磁性納米顆粒分散液均具備較好的穩定性，從而具備較好的分散性。從表2還可以看出，本發明實施例1～10的方法制得的清潔泡沫壓裂液在90℃，170s-1下，1h內測得的表觀黏度均超過60mPa·s，適用于水敏非常規儲層的壓裂液，起泡性好，穩定性強，傷害性低，是一種清潔環保型的壓裂液。以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。屬于本發明保護的范圍。當前第1頁1 2 3