修复循环利用的“绿色”清洁压裂液

压裂技术是开采非常规油气藏所必备的一项技术,由于非常规油气藏的井深、水平段长,对压裂液和水资源需求量大,且压裂施工后产生的返排液处理成本高,外排严重污染环境。高效利用返排液是目前非常规油气藏高效压裂开发普遍面临的一个难题和未来发展趋势。

目前油气压裂施工使用最广泛的主要是水基压裂液中的滑溜水压裂液和胍胶压裂液,其破胶后分子结构均发生改变或被破坏。清洁压裂液主要是通过小分子表面活性剂构成,其破胶后表面活性剂分子结构没有被破坏,存在可重复利用的可能。课题组研发的CO2敏感清洁压裂液体系,属于原料环保、易得且反应温和的一类体系,其增粘和失粘控制简单、易操作,且不需要向体系中加入其它药品,不会改变体系原有的化学成份,实现体系成胶-破胶可控具有极大应用前景。

CO2敏感清洁压裂液的增稠剂主要是表面活性剂,具有极性亲水基团和非极性疏水基团,通过分子间的静电作用和氢键等非共价键作用实现自组装,形成有序的聚集体再相互缠绕形成三维网络状的蠕虫状胶束结构,实现体系黏度增加,并具有良好的黏弹性和悬砂效果;当蠕虫状胶束遇到烃类等有机物时,亲油性有机物将被增溶进胶束的疏水基核心,蠕状胶束将膨胀,最终将崩解成较小的球形胶束,网状凝胶破解,黏度降低。目前研究最多的是阳离子型黏弹性清洁压裂液,主要包括季铵盐和两性甜菜碱等型。压裂液在注入过程中产生湍流,损耗大量本应到达储层的动能,致使压裂液到达储层后无力进行有效压裂。为了实现体系的工程应用,课题组从配方优化减阻消泡、配液工艺完善两方面进行研究,开展了体系的中试试验,根据中试结果对配方和配液工艺进行优化,使其满足修复循环利用的目的。

1 CO2敏感表面活性剂分子随着分子模拟时间的聚集形态变化图

2 CO2敏感清洁压裂液体系增粘前后对比图