一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液的制作方法

本发明涉及油气田勘探和开发，尤其涉及一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液。

背景技术：

1、煤层气又称煤矿瓦斯或煤田沼气，是煤系地层中以腐植质为主的有机质在成煤过程中形成，并以吸附和游离状态赋存于生气源岩(煤层、炭质页岩、泥岩等)中的自储式天然可燃气体。中国煤层气资源丰富，与陆上常规天然气资源量相当。作为一种清洁能源，煤层气的有效勘探与开发具有重要意义，不仅能够弥补天然气资源短缺的不足，还能降低煤矿开采过程中瓦斯灾害，成为中国能源发展的现实选择，煤层气开发利用具有“经济、安全、环保”的多重属性。

2、与常规储层相比，煤岩储层具有吸附性强、渗透性差、弹性模量小、泊松比大、平均内聚力小、煤岩本身物性易破碎、易坍塌等特征，且煤岩气藏均不同程度地含水，煤层气主要通过排水降压开采，水对煤层气的赋存和运移都有明显的控制作用。因此，相比常规储层，工程作业中工作液密度大、固相含量高、聚合物不能有效地降解、流体不配伍等都会造成储层损害，影响后期煤层气的采收率。煤层气储层由于其特殊的地质构造及赋存状态，往往需要采用压裂增产的方式来获得工业气流。在压裂过程中，会对煤层造成一定的伤害，煤储层的伤害主要有水敏伤害、水锁伤害、堵塞伤害、吸附伤害、压力敏感，还有压裂液和地层流体的不配伍造成的伤害。油气层中的粘土矿物在原始的地层条件下处于一定矿化度的环境中，当淡水进入地层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小或堵塞地层孔隙和喉道，造成渗透率的降低。油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象称为水敏。水锁是指在钻井、完井、压裂、修井等作业过程中侵入的外来水，在开井后不能被有效地排出，使储层束缚水饱和度增加，导致油气渗透率降低的现象，其形成机理大体分为热力学水锁效应和动力学水锁效应。控制水锁的方法主要有物理法、化学法和物理-化学耦合法。

3、低渗的煤层气储层对外来液体的反映更为敏感，水锁和水敏在压裂阶段就应该加以预防和控制。煤层气开发过程中，只要采用水力压裂对储层进行改造，有两种伤害是不可避免的：一是压裂过程中压裂液和地层流体的不配伍使储层中的粘土矿物发生水化膨胀进而堵塞孔喉引起的水敏伤害；二是水基压裂液进入储层孔隙后毛管压力增加造成的水锁伤害。二者的控制长期以来一直是人们关注的焦点，也可能是影响某些地质条件下煤层气商业化开发的关键。向压裂液中加入表面活性剂是消除或减缓水敏和水锁伤害的最有效、最廉价的方法，但是目前存在两种观点。一种观点是在压裂液中加入憎水剂，增加压裂液与煤的接触角，使得压裂液不易进入基质孔隙、且不易附着在储层孔隙表面形成水锁。但是，压裂过程中，压裂液是被高压压入储层的基质孔隙，而不是自吸进去的，毛管压力必定增加，排采过程中流体压力必须大于这一毛管压力才能产出，否则将被水锁；其次，悬浮在压裂液中的储层微粒极易发生水化膨胀，堵塞孔喉空间，发生严重的水敏伤害。因此，产生了第二种观点，即在压裂液中加入增加其亲水性的表面活性剂，减小压裂液与储层的接触角，降低毛管压力，使得压裂液极容易进入基质孔隙，也容易排出；同时抑制煤粉的水化膨胀。

4、目前用于煤层气储层的常用压裂液体系主要包括活性水压裂液、交联冻胶压裂液、泡沫压裂液以及清洁压裂液等，其中活性水压裂液的应用最为广泛。但常规活性水压裂液一般采用kcl作为防膨剂，其有效作用距离短，不耐水冲洗。且采用表面活性剂进行润湿性改善和降低界面张力，但未考虑表面活性剂的吸附损耗问题。因而，在煤层气储层压裂施工中，仍然存在较为严重的水敏膨胀及水锁伤害的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决背景技术中存在的缺点，而提出的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，包括以下成份：

3、一体化纳米防膨解水锁剂nib：0.1wt.％～0.5wt.％；

4、无机防膨剂：1wt.％～8wt.％；

5、减阻剂：0.05wt.％～0.2wt.％；

6、杀菌剂：0.02wt.％～0.1wt.％；

7、余量为清水。

8、优选的，一体化纳米防膨解水锁剂nib包括以下成份：

9、1wt.％～10wt.％的烷烃和/或烯烃作为溶胀胶束的油核；

10、20wt.％-30wt.％的非离子表面活性剂作为解水锁剂，并同时用来稳定胶束；

11、20wt.％-30wt.％的阳离子表面活性剂作为有机防膨剂；

12、20wt.％-30wt.％的醇作为助溶剂；

13、余量为水。

14、优选的，油核包括辛烷、甲苯、环己烷。

15、优选的，非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇聚氧乙烯醚或其组合。

16、优选的，阳离子表面活性剂为烷基三甲基季铵盐、烷基苄基二甲基季铵盐或其组合。

17、优选的，无机防膨剂为kcl、nh4cl或其组合。

18、优选的，减阻剂为聚丙烯酰胺类减阻剂，分子量500～1500万。

19、优选的，杀菌剂为十二烷基苄基二甲基氯化铵、二硫氰基甲烷、戊二醛中的一种或者组合。

20、优选的，其制备方法包括以下步骤：

21、按比例在清水中加入nib，利用≥100转搅拌器使其混合均匀；再依次加入一定比例的无机防膨剂、减阻剂和杀菌剂，待溶液混合均匀后，即可制备形成低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液。

22、优选的，粒径范围为100～160nm，对煤心和泥岩的防膨率≥90％，与煤层的润湿角≥60°，自发吸水量较清水或者盐水降低≥50％，岩心伤害率较清水或者盐水降低≥30％。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明通过纳米技术，将有机防膨剂与防水锁剂进行超分子组装，形成纳米结构的组装体，达到可控释放有机防膨剂和解水锁剂的效果，通过与常规无机防膨剂和聚合物减阻剂进行复合。

技术特征：

1.一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：包括以下成份：

2.根据权利要求1所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：一体化纳米防膨解水锁剂nib包括以下成份：

3.根据权利要求2所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：油核包括辛烷、甲苯、环己烷。

4.根据权利要求2所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇聚氧乙烯醚或其组合。

5.根据权利要求2所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：阳离子表面活性剂为烷基三甲基季铵盐、烷基苄基二甲基季铵盐或其组合。

6.根据权利要求1所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：无机防膨剂为kcl、nh4cl或其组合。

7.根据权利要求1所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：减阻剂为聚丙烯酰胺类减阻剂，分子量500～1500万。

8.根据权利要求1所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：杀菌剂为十二烷基苄基二甲基氯化铵、二硫氰基甲烷、戊二醛中的一种或者组合。

9.根据权利要求1所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：

10.根据权利要求1所述的一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，其特征在于：粒径范围为100～160nm，对煤心和泥岩的防膨率≥90％，与煤层的润湿角≥60°，自发吸水量较清水或者盐水降低≥50％，岩心伤害率较清水或者盐水降低≥30％。

技术总结本发明涉及油气田勘探和开发技术领域，尤其涉及一种低吸附、防水敏和防水锁的纳米增效煤层压裂液，包括以下成份：一体化纳米防膨解水锁剂NIB：0.1wt.％～0.5wt.％；无机防膨剂：1wt.％～8wt.％；减阻剂：0.05wt.％～0.2wt.％；杀菌剂：0.02wt.％～0.1wt.％；余量为清水，本发明通过纳米技术，将有机防膨剂与防水锁剂进行超分子组装，形成纳米结构的组装体，达到可控释放有机防膨剂和解水锁剂的效果，通过与常规无机防膨剂和聚合物减阻剂进行复合。技术研发人员：邵林杰,汪剑涛,安朝斌受保护的技术使用者：贵州盘江煤层气开发利用有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19