本发明属于油气井增产技术领域，具体涉及一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液及其制备方法。
背景技术：
目前页岩气、致密砂岩气、页岩油、致密油等非常规油气资源已经在全球能源结构中扮演着重要角色，然而该类储层物性一般较差，具有低孔隙度、低渗透率、低孔喉半径等物性特征，油气的流动阻力较常规油气藏大的多。水力压裂技术应用于页岩气和致密气等非常规油气藏的开采会产生水敏、储层污染等一系列问题，而且水资源匮乏也是制约水力压裂的重要因素。
二氧化碳泡沫压裂具有滤失系数低、滤失量小的特点。另外，由于体系中的泡沫所具有的独特结构，会使得在砂比较高的情况下体系依然能依靠自身的能力使砂子的沉降速度非常小，具有很好的悬砂及携砂性能。由于压裂液本身的液相含量较少，滤失量小，因此渗入地层的液体也相对较少。加之压裂液自身具有返排迅速等特点，使得液体与产层的接触时间短，从而最大限度地避免黏土矿物的水化和运移。目前已在国内多个油田的油气井中成功应用，在页岩气、致密砂岩气、页岩油、致密油获得了良好的应用效果。
目前，二氧化碳泡沫压裂液有很多种，如公开号cn105567213a的发明公开了一种适用于非常规油气藏开发的抗高温清洁co2泡沫压裂液，该泡沫压裂液气相为二氧化碳，液相为抗高温清洁压裂液，泡沫质量为52～75％；抗高温清洁压裂液由0.3～0.65wt％的稠化剂、0.2～0.5wt％的粘度增效剂、0.2～0.3wt％的ph值调节剂、0～0.2wt％的高温稳定剂、0.01～0.1wt％的破胶剂和水制备而成；稠化剂由丙烯酰胺、乙烯吡咯烷酮、顺丁烯二酸、阴离子功能性单体、引发剂、无机盐等制备而成；粘度增效剂主要是一种阴离子表面活性剂；ph值调节剂主要是一种有机酸。该泡沫压裂液体系未对泡沫的稳定性进行针对性措施，造成泡沫寿命短、稳定性差，压裂液体系携砂性能较差，难以达到工艺设计要求。
本发明公开的“高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液”通过在原有胍胶压裂液体系的基础上，加入“聚电解质复合纳米材料”，使泡沫寿命、稳定性均显著提升，从而大幅降低了液体滤失速度、改善了压裂液造缝能力、提升了压裂液悬砂及携砂性能，大幅提高了压裂增产效果。
技术实现要素：
针对现有二氧化碳泡沫压裂液体系未对泡沫的稳定性进行针对性措施，造成泡沫寿命短、稳定性差，压裂液体系携砂性能较差等不足，本发明了提供了一种泡沫寿命长、稳定性好的高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，并公开了其制备方法，大幅降低液体滤失速度、改善压裂液造缝能力、改善压裂液悬砂及携砂性能，提升压裂增产效果。
本发明所采用的技术方案如下：
一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，由以下质量百分比的组分组成：稠化剂0.3~0.5%、聚电解质复合纳米材料0.25~0.4%，交联剂0.1~0.5%，起泡剂0.03~0.05%，盐水10~30%，和余量的液态二氧化碳。
进一步地，所述的聚电解质复合纳米材料由以下质量百分比的原料制备而成：25-35%聚乙烯亚胺、20-30%聚苯乙烯磺酸钠、15-20%二氧化硅纳米粒子、0.1-0.2%的引发剂和余量的去离子水。
优选地，所述引发剂由叔丁基过氧化氢和焦亚硫酸钠按1:（1.5~3.0）的重量百分比混合而成。
优选地，所述二氧化硅纳米粒子的粒径为100-180nm。
进一步地，所述聚电解质复合纳米材料的制备方法包括以下步骤：
a，在反应釜中加入配方量的聚乙烯亚胺和去离子水得到聚乙烯亚胺水溶液；
b，向所述聚乙烯亚胺水溶液中加入配方量的聚苯乙烯磺酸钠和二氧化硅纳米粒子，搅拌3-5分钟，得混合溶液；
c，向所述混合溶液中分别加入配方量的叔丁基过氧化氢和焦亚硫酸钠，搅拌10-15分钟，然后在氮气保护气氛下，加热至40-60℃，静置5-8小时，得到胶体状产物；
d，对所述胶体状产物进行造粒、干燥、粉碎，即得聚电解质复合纳米材料。
进一步地，所述稠化剂为羟丙基胍胶、羟甲基胍胶或羧甲基羟丙基胍胶中的一种或几种。
进一步地，所述交联剂为氧氯化锆、四氯化钛、硫酸铬钾、重铬酸钾、四氯化钛中的一种或几种。
进一步地，所述起泡剂为非离子醇类起泡剂。
优选地，所述盐水中nacl的质量浓度为1%~4%。
一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液的制备方法，包括以下步骤：
s1，在搅拌条件下向配方量的盐水中缓慢加入配方量的稠化剂，搅拌15-30min，使稠化剂完全溶解；
s2，向溶解后的稠化剂中加入配方量的聚电解质复合纳米材料搅拌均匀，并注入二氧化碳储罐；
s3，向二氧化碳储罐加入配方量的起泡剂，并采用二氧化碳充注机注入配方量液态二氧化碳，制成二氧化碳泡沫基夜；
s4，根据施工砂比向步骤s3所得二氧化碳泡沫基夜中加入配方量的交联剂，即制得所述高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液。
本发明通过创新性的加入聚电解质复合纳米材料，优化压裂液配置工艺，使压裂液携砂效果大幅提高，具体有益效果如下：
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液的表观粘度随稠化剂的使用浓度（0.3~0.5%）的增大而增大，并且在稠化剂用量较少的情况下，亦能达到较高的表观粘度，经剪切实验后粘度不低于200mpa.s（见附图1）；
2.本发明所制得的压裂液易降解，易破胶、残渣含量低于0.5%，岩心综合伤害率低于4%；
3.本发明所述的高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液通过在原有胍胶压裂液体系的基础上，加入“聚电解质复合纳米材料”，使泡沫的稳定性大幅提高，寿命增加1倍以上，压裂液瞬时瞬时最高砂比可达55%，压裂平均砂比高于30%。
4.该二氧化碳泡沫压裂液具有泡沫性能稳定、携砂性能强、耐温耐剪切性能强、适用温度范围广、残渣含量低、返排性能好等诸多优点，对储层伤害小，对水锁水敏储层和致密储层改造效果提升明显。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为二氧化碳泡沫压裂液粘度温度测试曲线。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。
本发明涉及一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，由以下质量百分比的组分组成：稠化剂0.3~0.5%、聚电解质复合纳米材料0.25~0.4%，交联剂0.1~0.5%，起泡剂0.03~0.05%，盐水10~30%，和余量的液态二氧化碳。
进一步地，所述的聚电解质复合纳米材料由以下质量百分比的原料制备而成：25-35%聚乙烯亚胺、20-30%聚苯乙烯磺酸钠、15-20%二氧化硅纳米粒子、0.1-0.2%的引发剂和余量的去离子水。
优选地，所述引发剂由叔丁基过氧化氢和焦亚硫酸钠按1:（1.5~3.0）的重量百分比混合而成。
进一步地，所述聚电解质复合纳米材料的制备方法包括以下步骤：
a，在反应釜中加入配方量的聚乙烯亚胺和去离子水得到聚乙烯亚胺水溶液；
b，向所述聚乙烯亚胺水溶液中加入配方量的聚苯乙烯磺酸钠和二氧化硅纳米粒子，搅拌3-5分钟，得混合溶液；
c，向所述混合溶液中分别加入配方量的叔丁基过氧化氢和焦亚硫酸钠，搅拌10-15分钟，然后在氮气保护气氛下，加热至40-60℃，静置5-8小时，得到胶体状产物；
d，对所述胶体状产物进行造粒、干燥、粉碎，即得聚电解质复合纳米材料。
优选地，所述二氧化硅纳米粒子的粒径为100-180nm。
进一步地，所述稠化剂为羟丙基胍胶、羟甲基胍胶或羧甲基羟丙基胍胶中的一种或几种。
进一步地，所述交联剂为氧氯化锆、四氯化钛、硫酸铬钾、重铬酸钾、四氯化钛中的一种或几种。
进一步地，所述起泡剂为非离子醇类起泡剂，如万华化学集团公司生产的乙醇起泡剂、丙醇起泡剂等。
优选地，所述盐水中nacl的质量浓度为1%~4%。
一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液的制备方法，包括以下步骤：
s1，在搅拌条件下向配方量的盐水中缓慢加入配方量的稠化剂，搅拌15-30min，使稠化剂完全溶解；
s2，向溶解后的稠化剂中加入配方量的聚电解质复合纳米材料搅拌均匀，并注入二氧化碳储罐；
s3，向二氧化碳储罐加入配方量的起泡剂，并采用二氧化碳充注机注入配方量液态二氧化碳（充注过程中通过调整储罐内的压力保证二氧化碳呈液态），制成二氧化碳泡沫基夜；
s4，根据施工砂比向步骤s3所得二氧化碳泡沫基夜中加入配方量的交联剂（砂比与交联剂加量成正相关），即制得所述高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液。
表1不同压裂液体系性能参数对比表
实施例1
本实施例涉及一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，由以下质量百分比的组分组成：羟丙基胍胶0.4%、聚电解质复合纳米材料0.3%，氧氯化锆0.3%，非离子醇类起泡剂0.04%，质量浓度为2%的盐水20%，和余量的液态二氧化碳。
进一步地，所述的聚电解质复合纳米材料由以下质量百分比的原料制备而成：聚乙烯亚胺30.0%、聚聚苯乙烯磺酸钠25.0%、聚二氧化硅纳米粒子18.0%、引发剂0.2%，余量为去离子水。进一步地，所述引发剂由叔丁基过氧化氢和焦亚硫酸钠组成，所述叔丁基过氧化氢和焦亚硫酸钠的重量百分比为1:1.5。
进一步地，所述的聚电解质复合纳米材料的制备方法包括以下步骤：
a，在反应釜中加入配方量的聚乙烯亚胺（pei）和去离子水得到聚乙烯亚胺水溶液；
b，向所述聚乙烯亚胺水溶液中加入配方量的聚苯乙烯磺酸钠（pss）和二氧化硅纳米粒子（二氧化硅纳米粒子的粒径为140纳米），搅拌5分钟，得混合溶液；
c，向所述混合溶液中分别加入配方量的叔丁基过氧化氢和焦亚硫酸钠，搅拌15分钟，然后在氮气保护气氛下，加热至55℃，静置6小时，得到胶体状产物；
d，对所述胶体状产物进行造粒、干燥、粉碎，即得聚电解质复合纳米材料粉末。
本实施例所述高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液的制备方法，包括以下步骤：
s1，在搅拌条件下向配方量的盐水中缓慢加入配方量的羟丙基胍胶，搅拌15-30min，使羟丙基胍胶完全溶解；
s2，继续加入配方量的聚电解质复合纳米材料搅拌均匀，之后注入二氧化碳储罐；
s3，向二氧化碳储罐加入配方量的起泡剂，采用二氧化碳充注机注入配方量液态二氧化碳（充注过程中通过调整储罐内的压力保证二氧化碳呈液态），制成二氧化碳泡沫基夜；
s4，根据施工砂比向步骤s3所得二氧化碳泡沫基夜中加入配方量的氧氯化锆，即制得所述高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液。
实施例2
本实施例涉及一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，由以下质量百分比的组分组成：羟甲基胍胶0.35%、聚电解质复合纳米材料0.35%，氧氯化锆0.4%，非离子醇类起泡剂0.03%，质量浓度为2%的盐水25%，和余量的液态二氧化碳。
进一步地，所述的聚电解质复合纳米材料由以下质量百分比的原料制备而成：聚乙烯亚胺30.0%、聚聚苯乙烯磺酸钠25.0%、聚二氧化硅纳米粒子20.0%、引发剂0.2%，余量为水。
进一步地，所述的聚电解质复合纳米材料的制备方法包括以下步骤：
a，在反应釜中加入在反应釜中加入200毫升去离子水，之后加入配方量的聚乙烯亚胺，搅拌得聚乙烯亚胺水溶液；
b，向所述聚乙烯亚胺水溶液中加入配方量的聚苯乙烯磺酸钠pss和二氧化硅纳米粒子（二氧化硅纳米粒子的粒径为180纳米），搅拌5分钟，得混合溶液；
c，向所述混合溶液中分别加入配方量的叔丁基过氧化氢（即加入0.15克叔丁基过氧化氢）和焦亚硫酸钠（即加入0.35克焦亚硫酸钠），搅拌20分钟，然后在氮气保护气氛下，加热至50℃，静置7小时，得到胶体状产物；
d，对所述胶体状产物进行造粒、干燥、粉碎，即得聚电解质复合纳米材料粉末。
一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液的制备方法，包括以下步骤：
s1，配置质量浓度为2%的盐水200毫升；
s2，在搅拌条件下向配方量的盐水中缓慢加入配方量的羟甲基胍胶（即加入4克羟丙基胍胶），搅拌15-30min，使羟甲基胍胶完全溶解；
s3，配制聚电解质复合纳米材料，然后向已完全溶解的羟甲基胍胶中加入配方量的聚电解质复合纳米材料搅拌均匀，之后注入二氧化碳储罐；
s3，向二氧化碳储罐加入配方量的起泡剂，采用二氧化碳充注机注入配方量液态二氧化碳（充注过程中通过调整储罐内的压力保证二氧化碳呈液态），制成二氧化碳泡沫基夜；
s4，根据施工砂比向步骤s3所得二氧化碳泡沫基夜中加入配方量的氧氯化锆，即制得高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液。
实施例3
（1）现场压裂施工，使用水罐配置质量浓度为2%的盐水100方；
（2）使用吸料漏斗将2000千克羟丙基胍胶吸入水罐，通过水泥车循环30min，使胍胶完全溶解；
（3）使用吸料漏斗将1800千克聚电解质复合纳米材吸入水罐，通过水泥车循环20min，使其完全溶解；
（4）使用水泥车把配方量的起泡剂吸入水罐，循环5分钟，制得二氧化碳泡沫基夜；
（5）通过方罐配置氧氯化锆溶液2方，有效浓度20%，制得交联剂；
（6）准备二氧化碳槽车20具，充入液态二氧化碳400方；
（7）使用混砂车将水罐、方罐和二氧化碳槽车并联，将基夜、交联剂和液体二氧化碳注入地层。
性能测试实验：
根据sy/t5107-2005《水基压裂液性能试验方法》标准，在60℃下，使用rs6000流变仪，进行前述高携砂性能二氧化碳泡沫压裂液的耐温耐剪切性能实验，实验结果如图1所示，当本发明的二氧化碳泡沫压裂液在60℃、170s-1条件下，剪切120min后，该粘度依然能保持在200mpa·s以上，表明该压裂液具有较好的抗温抗剪切性能，可完全满足施工要求。
需要特别说明的是，该二氧化碳泡沫压裂液在使用过程中可选择性地添加破胶剂，破胶剂的种类和数量依油藏类型而定。
综上所述，本发明适用于水锁水敏储层和页岩气、致密砂岩气、页岩油、致密油等非常规油气资源储层。
该二氧化碳泡沫压裂液通过在原有胍胶压裂液体系的基础上，加入“聚电解质复合纳米材料”，使泡沫寿命、稳定性均显著提升，从而大幅降低了液体滤失速度、改善了压裂液造缝能力、提升了压裂液悬砂及携砂性能，大幅提高了压裂增产效果。
以上各实施例没有详细叙述的方法和结构属本行业的公知常识，这里不一一叙述。所涉及的相关材料或成品，市面均有售。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
1.一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：稠化剂0.3~0.5%、聚电解质复合纳米材料0.25~0.4%，交联剂0.1~0.5%，起泡剂0.03~0.05%，盐水10~30%，和余量的液态二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，所述的聚电解质复合纳米材料由以下质量百分比的原料制备而成：25-35%聚乙烯亚胺、20-30%聚苯乙烯磺酸钠、15-20%二氧化硅纳米粒子、0.1-0.2%的引发剂和余量的去离子水。
3.根据权利要求2所述的一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于：所述引发剂由叔丁基过氧化氢和焦亚硫酸钠按1:（1.5~3.0）的重量百分比混合而成。
4.根据权利要求2所述的一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于：所述二氧化硅纳米粒子的粒径为100-180nm。
5.根据权利要求2所述的一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于，所述聚电解质复合纳米材料的制备方法包括以下步骤：
a，在反应釜中加入配方量的聚乙烯亚胺和去离子水得到聚乙烯亚胺水溶液；
b，向所述聚乙烯亚胺水溶液中加入配方量的聚苯乙烯磺酸钠和二氧化硅纳米粒子，搅拌3-5分钟，得混合溶液；
c，向所述混合溶液中分别加入配方量的引发剂，搅拌10-15分钟，然后在氮气保护气氛下，加热至40-60℃，静置5-8小时，得到胶体状产物；
d，对所述胶体状产物进行造粒、干燥、粉碎，即得聚电解质复合纳米材料。
6.根据权利要求1所述的一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于：所述稠化剂为羟丙基胍胶、羟甲基胍胶或羧甲基羟丙基胍胶中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于：所述交联剂为氧氯化锆、四氯化钛、硫酸铬钾、重铬酸钾、四氯化钛中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于：所述起泡剂为非离子醇类起泡剂。
9.根据权利要求1所述的一种高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液，其特征在于：所述盐水中nacl的质量浓度为1%~4%。
10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1，在搅拌条件下向配方量的盐水中缓慢加入配方量的稠化剂，搅拌15-30min，使稠化剂完全溶解；
s2，向溶解后的稠化剂中加入配方量的聚电解质复合纳米材料搅拌均匀，并注入二氧化碳储罐；
s3，向二氧化碳储罐加入配方量的起泡剂，并采用二氧化碳充注机注入配方量液态二氧化碳，制成二氧化碳泡沫基夜；
s4，根据施工砂比向步骤s3所得二氧化碳泡沫基夜中加入配方量的交联剂，即制得所述高携砂性能的二氧化碳泡沫压裂液。
技术总结