本發(fā)明涉及水力壓裂油氣藏改造技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于非常規(guī)氣藏開(kāi)采的新型生物壓裂液體系及其制備。

背景技術(shù)：

水力壓裂改造技術(shù)是開(kāi)采低滲透油氣層的一種有效的增產(chǎn)方法。它應(yīng)用于煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣等非常規(guī)氣藏壓裂增產(chǎn)的主要機(jī)理為：通過(guò)高壓驅(qū)動(dòng)水流擠入儲(chǔ)層中原有的和壓裂后出現(xiàn)的裂縫內(nèi)，擴(kuò)寬并伸展這些裂縫，進(jìn)而在儲(chǔ)層中產(chǎn)生更多的次生裂縫與裂隙，增加儲(chǔ)層的透氣性。壓裂后產(chǎn)量較壓裂前可增加5-20倍，增采效果非常顯著。

目前，水力壓裂改造措施是國(guó)內(nèi)外煤層氣井增產(chǎn)的主要手段，國(guó)內(nèi)幾乎所有產(chǎn)氣量在1000m³以上的煤層氣井都經(jīng)過(guò)壓裂改造。而頁(yè)巖氣和致密砂巖氣層因其儲(chǔ)層超低滲透、自然產(chǎn)能低等的特點(diǎn)也均需要壓裂改造才能進(jìn)行商業(yè)化開(kāi)采。

最常用的胍膠壓裂液具有較高的造縫效率、攜砂能力，且抗濾失能力強(qiáng)，在油氣田的儲(chǔ)層改造中已得到最普遍的應(yīng)用。但面對(duì)煤層、頁(yè)巖及致密砂巖等典型的高濾失、低溫或高溫、裂縫復(fù)雜和儲(chǔ)層的高吸附、低滲透、地層壓力高等特點(diǎn)，使得壓裂改造的同時(shí)往往伴隨眾多的傷害因素，而壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害性是第一位的。用常規(guī)氧化破膠劑(如過(guò)硫酸銨APS)破膠不徹底，導(dǎo)致交聯(lián)凍膠壓裂液在裂縫壁表面形成濾餅及縫內(nèi)殘膠，壓裂液對(duì)儲(chǔ)層滲透率傷害達(dá)50％～90％，這大大降低了胍膠壓裂液在非常規(guī)氣藏開(kāi)采中的優(yōu)勢(shì)。而其它壓裂液也存在著濾失大、價(jià)格高等各種不足。另外，常規(guī)的壓裂液體系由于采用的均是化學(xué)助劑，其破膠液對(duì)儲(chǔ)層及環(huán)境均造成了很大的傷害。因此，急需結(jié)合煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣等非常規(guī)氣藏儲(chǔ)層的特點(diǎn)及其壓裂規(guī)律來(lái)開(kāi)發(fā)一種新型的壓裂液體系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有凍膠型水基壓裂液體系破膠不徹底，易產(chǎn)生殘膠堵塞孔隙等不足，本發(fā)明提供了一種適用于非常規(guī)油氣藏的新型生物壓裂液體系。

采用生物酶破膠劑替代常規(guī)化學(xué)破膠劑，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化創(chuàng)制生物壓裂液體系。它將物理造縫技術(shù)同生物酶破膠技術(shù)完美地結(jié)合在一起，充分發(fā)揮生物酶破膠徹底且殘?jiān)可?、長(zhǎng)效性等的特點(diǎn)，徹底清除殘膠和殘?jiān)鼈?，改善單井壓裂效果，最大程度地提高煤層氣的開(kāi)采。此外，該體系具有對(duì)環(huán)境無(wú)污染，針對(duì)性強(qiáng)、工藝簡(jiǎn)單、可行高等優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種新型應(yīng)用于非常規(guī)氣藏的生物壓裂液體系，其為水基壓裂液體系 主要有植物膠、生物助劑、交聯(lián)劑、微生物、水配制而成。上述組分按重量比計(jì)，由植物膠聚合物2-4g/L；生物殺菌劑0.02-2g/L；生物助排劑0.25-0.5g/L；粘土穩(wěn)定劑10-30g/L；pH值調(diào)節(jié)劑；酶破膠劑10-30mg/L；余量為水。上述組分按常規(guī)方法混合攪拌即可。本發(fā)明壓裂液使用六轉(zhuǎn)速粘度計(jì)170S^-1的剪切速率剪切，1h內(nèi)粘度大于100mPa.s，破膠后殘?jiān)啃∮?00mg/L。本發(fā)明壓裂液對(duì)巖心滲透?jìng)β市∮?5％，井下溫度在80℃以下均可使用，壓裂后可有效返排。

植物膠聚合物作為稠化劑為瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠或羧甲基羥丙基瓜爾膠的一種或多種；

生物殺菌劑為：桿菌肽、多粘菌素或其它具有相同效果的生物殺菌劑中的一種或多種；

生物助排劑為：脂肽類(lèi)生物表面活性劑(surfactin，Iturin)、鼠李糖脂中的一種或多種；

生物酶破膠劑為：耐酸耐堿、耐溫的β-甘露聚糖酶、纖維素酶、漆酶或其它具有相同效果的生物酶中的一種或多種；

粘土穩(wěn)定劑為KCl。

pH調(diào)節(jié)劑為檸檬酸或碳酸氫鈉，其將壓裂液體系最終pH值調(diào)為8.5-9.5。

為獲得具有一定粘彈性的凍膠狀水基壓裂液體系，在壓裂體系中所使用的交聯(lián)劑為硼砂或有機(jī)硼，其用量為：1-1.5wt％硼砂或有機(jī)硼的水溶液，交聯(lián)比為100:5-100:10。

所述水基壓裂液體系的制備方法，首先配制質(zhì)量濃度為0.20-0.40％的瓜爾膠基液，再將生物助排劑、生物殺菌劑、粘土穩(wěn)定劑、生物酶、按權(quán)利要求1所述的比例加入，最后加入交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，使其成為具有一定粘彈性的凍膠。

本發(fā)明新型生物壓裂液體系的有益效果，利用其進(jìn)行破膠實(shí)驗(yàn)(條件：壓裂溫度保溫1h，壓裂液粘度≥100mPa.s)，其破膠殘?jiān)俊?00mg/L，破膠時(shí)間為2-3h，破膠液粘度為1-5mPa·s，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 5107-2005)。利用此壓裂液體系進(jìn)行壓裂施工，施工后壓裂液返排率高，破膠徹底。

本發(fā)明將原有水基壓裂液中的化學(xué)助排劑用生物助排劑替代，化學(xué)殺菌劑用生物殺菌劑替代，化學(xué)破膠劑用生物酶破膠劑替代，并加入粘土穩(wěn)定劑和pH調(diào)節(jié)劑，然后用硼酸鹽進(jìn)行交聯(lián)，即可形成復(fù)合壓裂要求的粘彈性?xún)瞿z體，即一種新型應(yīng)用于非常規(guī)氣藏的生物壓裂液體系；利用此壓裂液體系對(duì)井溫為20-80℃的非常規(guī)氣井進(jìn)行壓裂施工，可達(dá)到殘?jiān)可?，破膠液分子量在200-10,000之間(參見(jiàn)圖4和圖6)，壓裂傷害低，入井壓裂液返排率高，提高增產(chǎn)效果的目的。

本發(fā)明的生物壓裂液體系與目前常用的凍膠壓裂液體系對(duì)比的技術(shù)優(yōu) 勢(shì)在于：

1)具有傳統(tǒng)水基壓裂液凍膠交聯(lián)和流變性的所有特性；

2)所用替代的生物助劑(破膠劑，助排劑，殺菌劑)均為生物可降解低毒或無(wú)毒綠色生物制劑；

3)破膠徹底，破膠時(shí)間可控；

4)所用生物酶破膠劑的適用溫度廣(20-80℃)，可大幅度改善傳統(tǒng)化學(xué)破膠劑在低溫下無(wú)法破膠或破膠不徹底的缺點(diǎn)，尤其適用于非常規(guī)氣低溫井壓裂破膠；

5)該體系對(duì)巖心傷害小于15％(化學(xué)法30-37％)，比常規(guī)壓裂液體系降低10-20％，由于酶破膠劑的長(zhǎng)效性可持續(xù)提高裂縫導(dǎo)流能力；

6)此壓裂液體系壓裂施工后，可有效返排。

附圖說(shuō)明：

附圖1不同濃度生物酶壓裂液剪切曲線(xiàn)；

附圖2 20ppm生物酶配方流變性曲線(xiàn)；

附圖3過(guò)硫酸銨破膠液(反應(yīng)48h)分子量分布圖(30℃)；

附圖4生物酶破膠液(反應(yīng)48h)瓜爾膠流變性圖(30℃)；

附圖5過(guò)硫酸銨破膠液(反應(yīng)48h)瓜爾膠流變性圖(60℃)；

附圖6生物酶破膠液(反應(yīng)48h)瓜爾膠流變性圖(60℃)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種新型應(yīng)用于非常規(guī)氣藏的生物壓裂液體系的制備是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：

1)按重量比稱(chēng)取植物膠聚合物(具體為羥丙基瓜爾膠)0.20g，在高速攪拌的條件下，勻速加入100mL的水中，配制成瓜爾膠基液。

2)加入生物殺菌劑(具體為桿菌肽)0.02g，生物助排劑(具體為surfactin)0.025g，粘土穩(wěn)定劑(具體為KCl)2g，生物酶破膠劑(具體為β-甘露聚糖酶)30mg/L。

3)加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值至8.5-9.5。

4)加入交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，交聯(lián)劑為1.5wt％硼砂水溶液，加入量為5mL，同時(shí)輕輕攪拌，即可得到用于壓裂的凍膠。

實(shí)施例2

一種新型應(yīng)用于非常規(guī)氣藏的生物壓裂液體系的制備是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：

1)按重量比稱(chēng)取植物膠聚合物(具體為羥丙基瓜爾膠)0.20g，在高速攪拌的條件下，勻速加入100mL的水中，配制成瓜爾膠基液。

2)加入生物殺菌劑(具體為多粘菌素)0.02g，生物助排劑(具體為surfactin)0.025g，粘土穩(wěn)定劑(具體為KCl)2g，生物酶破膠劑(具體為β-甘露聚糖酶)30mg/L。

3)加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值至8.5-9.5。

4)加入交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，交聯(lián)劑為1.5wt％硼砂水溶液，加入量為5mL，同時(shí)輕輕攪拌，即可得到用于壓裂的凍膠。

實(shí)施例3

一種新型應(yīng)用于非常規(guī)氣藏的生物壓裂液體系的制備是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：

1)按重量比稱(chēng)取植物膠聚合物(具體為羧甲基羥丙基瓜爾膠)0.20g，在高速攪拌的條件下，勻速加入100mL的水中，配制成瓜爾膠基液。

2)加入生物殺菌劑(具體為多粘菌素)0.02g，生物助排劑(具體為鼠李糖脂)0.003g，粘土穩(wěn)定劑(具體為KCl)2g，生物酶破膠劑(具體為β-甘露聚糖酶)30mg/L。

3)加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值至8.5-9.5。

4)加入交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，交聯(lián)劑為1.5wt％硼砂水溶液，加入量為5mL，同時(shí)輕輕攪拌，即可得到用于壓裂的凍膠。

應(yīng)用例1

流變性實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)施例1所示方法配制體系基液，用純水配制1％的生物酶破膠劑(β-半乳甘露聚糖酶)稀釋液，將酶稀釋液加入到上述基液中使其終濃度為5、10、20、30ppm；加入交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，形成凍膠；將該凍膠置于流變儀中，持續(xù)升溫至100℃，在170s^-1剪切力下進(jìn)行耐溫耐剪切實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，含有5-30ppm酶破膠劑的壓裂液在170s^-1剪切力作用下，粘度在1h內(nèi)可保持在100mPa.s以上，1h后酶破膠劑濃度在10ppm以上的壓裂液迅速下降，3h后壓裂液徹底破膠，粘度在5mPa.s以下。因此，該生物酶破膠劑可滿(mǎn)足壓裂液的耐溫耐剪切性和流變性要求。

應(yīng)用例2

破膠液表界面張力及殘?jiān)糠治觯?/p>

按實(shí)施例1所示方法配制體系基液，分別加入生物酶或過(guò)硫酸銨作為破膠劑并以硼砂交聯(lián)劑交聯(lián)，進(jìn)行破膠實(shí)驗(yàn)評(píng)估：

表1以過(guò)硫酸銨為破膠劑

注：破膠液表面張力：27.35mN/m；界面張力為6.10mN/m，殘?jiān)?為178.0mg/L。

表2以生物酶為破膠劑

注：破膠液表面張力：24.21mN/m；界面張力為2.18mN/m，殘?jiān)繛?22.0mg/L。

同時(shí)，對(duì)不同溫度下的過(guò)硫酸銨和生物酶破膠后的破膠液分子量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，生物酶為破膠劑較過(guò)硫酸銨為破膠劑的壓裂液破膠徹底，瓜爾膠更易被降解為小分子糖類(lèi)(圖3-6)，48h時(shí)多糖分子量主要集中在250-3800區(qū)間。而應(yīng)用過(guò)硫酸銨作為破膠劑的破膠液中，分子量5000以下沒(méi)有明顯的吸收峰。說(shuō)明生物酶破膠劑破膠效果優(yōu)于化學(xué)破膠劑過(guò)硫酸銨。應(yīng)用例3

降低殘?jiān)?，用巖心滲透率測(cè)定儀、巖心孔隙度測(cè)定儀、巖心真空加壓飽和裝置等做如下試驗(yàn)。基液配制如實(shí)施例1所述，選用三塊同一地層的巖心，巖心初始數(shù)據(jù)如下：

表3.巖心物性參數(shù)表

通過(guò)1#巖心的破膠液是以過(guò)硫酸銨為破膠劑，通過(guò)2#巖心的破膠液是以生物酶為破膠劑。用儀器測(cè)定巖心傷害。實(shí)驗(yàn)流程如下：

1、巖心正向注入煤油，直至飽和。進(jìn)口壓力保持在20MPa左右，出口壓力保持在0.2MPa左右。測(cè)定滲透率。

2、破膠液過(guò)濾后，反向注入巖心，注入量達(dá)到2PV。

3、再次正向注入煤油，直至飽和。測(cè)定滲透率。

4、通過(guò)前后滲透率變化關(guān)系計(jì)算得巖心傷害。

表4.評(píng)價(jià)及殘?jiān)拷Y(jié)果

由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用本發(fā)明生物壓裂液體系做巖心傷害實(shí)驗(yàn)，傷害率從原來(lái)的31.6％下降到了10.7％，殘?jiān)繌囊郧暗?48mg/L下降到234mg/L，可見(jiàn)此發(fā)明對(duì)降低巖層傷害效果非常明顯。

本發(fā)明針對(duì)煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣等非常規(guī)氣藏儲(chǔ)層的特點(diǎn)，可最大程度的發(fā)揮凍膠壓裂液的造縫和抗濾失性的優(yōu)點(diǎn)，并采用生物酶作為破膠劑使凍膠破膠徹底，殘?jiān)繕O少，不會(huì)堵塞儲(chǔ)層天然或壓裂出的孔隙，從而保證壓裂施工效果，有效返排，降低地層傷害，提高非常規(guī)氣井產(chǎn)能，是較為理想的應(yīng)用于非常規(guī)氣藏開(kāi)采的新型壓裂液體系。