地热系统中的复合化学刺激剂的制作方法

[0001]
本发明涉及高温地热资源开采技术领域，特别涉及一种地热系统中的复合化学刺激剂。


背景技术：

[0002]
在全球气候变暖的背景下，各国政府都非常重视节能减排。地热能作为一种可再生清洁新能源，而且这种能源非常丰富，有很大的开发利用潜力，已成为传统化石能源的有效替代品。研究表明，利用增强型地热系统(egs enhanced geothermal systems)发电，几乎不受外界环境影响，且几乎不对人类环境产生污染和破坏。增强型地热系统是从地下深部低渗透性干热岩体通过人工压裂技术后，经济地采出相当数量地热能的人工地热系统。在egs工程中，经常会遇到生产井/注入井与人工地热储层裂隙网络的水力联系较差，无法满足egs的产能需求。为了拓展裂隙网络，增大热储层渗透性，有研究报道利用egs化学刺激，即以低于地层破裂压力的注入压力向井附近热储层裂隙注入化学刺激液，依靠其化学溶蚀作用使岩石矿物溶解来增加地层的渗透性。
[0003]
目前，常用的化学刺激剂是盐酸和氢氟酸混合而成的土酸，石油天然气领域常用12％hcl+3％hf的常规土酸(酸含量以质量分数计)开展储层增产工艺，但有前人研究表明高浓度的土酸对岩体矿物溶蚀剧烈，极容易在储层中形成二次沉淀，因此，有学者选用10％hcl+0.5％hf的低浓度土酸进行研究，但是，低浓度土酸又不利于渗透率的提高。因此，一方面需避免化学刺激剂对岩体矿物溶蚀程度剧烈造成储层二次沉淀，同时，另一方面需提高化学刺激剂在岩体中的渗透率，则需优化化学刺激剂的配方。


技术实现要素：

[0004]
本发明为了克服上述技术问题，提供了一种地热系统中的复合化学刺激剂，找到适宜的土酸配方，即15％hcl+1％hf的土酸，使得岩心中的钾长石、钠长石和石英发生溶蚀作用。加入了颗粒稳定剂，避免了化学刺激过程中加剧岩体颗粒脱落并堵塞流动通道，保持低浓度土酸优异的化学刺激效果，并且可显著提高热储层岩体的渗透率，同时，消泡剂使hcl与碳酸盐反应后生成物的大量泡沫实时消除，进一步提高热储层岩体渗透率。
[0005]
解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006]
地热系统中的复合化学刺激剂，包括15％hcl+1％hf的土酸、颗粒稳定剂和强酸体系消泡剂，所述的强酸体系消泡剂包括聚醚类消泡剂、聚醚酯类消泡剂和/或无硅消泡剂，所述的颗粒稳定剂加入量为土酸质量的1.5-2％；所述的强酸体系消泡剂的加入量为土酸质量的15-20％。
[0007]
进一步地说，所述的颗粒稳定剂通过环氧氯丙烷和聚季铵盐反应制得的粘土稳定剂。
[0008]
进一步地说，所述的颗粒稳定剂的制备方法是将环氧氯丙烷和短链多电荷阳离子聚季铵盐按摩尔比为1～2:1溶于溶剂中置于反应釜内，添加引发剂，升温至30～100℃，反
应2～5小时，即得颗粒稳定剂。
[0009]
进一步地说，所述的溶剂的添加量为环氧氯丙烷和短链多电荷阳离子聚季铵盐总量的10-20倍，所述的引发剂添加量为混合溶液总质量的1-2％。
[0010]
进一步地说，所述的短链多电荷阳离子聚季铵盐是分子量为2-10万的白色粉末或颗粒，阳离子度为10-20％。
[0011]
进一步地说，所述的聚醚类消泡剂中含有不低于96％质量含量的聚氧丙烯氧乙烯甘油醚。
[0012]
进一步地说，所述的聚醚酯类消泡剂中含有不低于20％质量含量的有机硅改性聚醚酯类化合物。
[0013]
本发明的有益效果是：
[0014]
该发明提供了一种复合化学刺激剂，采用适宜的土酸配方，即15％hcl+1％hf，使得岩心中的钾长石、钠长石和石英发生溶蚀作用。加入了颗粒稳定剂，避免了化学刺激过程中加剧岩体颗粒脱落并堵塞流动通道，保持低浓度土酸优异的化学刺激效果，并且可显著提高热储层岩体的渗透率，同时，消泡剂使hcl与碳酸盐反应后生成物的大量泡沫实时消除，进一步提高热储层岩体的渗透率。
具体实施方式
[0015]
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0016]
实施例1：
[0017]
地热系统中的复合化学刺激剂，包括15％hcl+1％hf的土酸、颗粒稳定剂和强酸体系消泡剂，颗粒稳定剂加入量为土酸质量的1.5％；强酸体系消泡剂的加入量为土酸质量的15％，强酸体系消泡剂包括质量比为3:2:1的聚醚类消泡剂、聚醚酯类消泡剂和无硅消泡剂。聚醚类消泡剂中含有98％质量含量的聚氧丙烯氧乙烯甘油醚。聚醚酯类消泡剂中含有35％质量含量的有机硅改性聚醚酯类化合物。颗粒稳定剂通过环氧氯丙烷和聚季铵盐反应制得的粘土稳定剂。颗粒稳定剂的制备方法是将环氧氯丙烷和短链多电荷阳离子聚季铵盐按摩尔比为1:1溶于溶剂中置于反应釜内，添加引发剂，升温至30～100℃，反应5小时，即得颗粒稳定剂。溶剂的添加量为环氧氯丙烷和短链多电荷阳离子聚季铵盐总量的10-20倍，引发剂添加量为混合溶液总质量的1-2％。短链多电荷阳离子聚季铵盐是分子量为2-10万的白色粉末或颗粒，阳离子度为10-20％。
[0018]
实施例2：
[0019]
地热系统中的复合化学刺激剂，包括15％hcl+1％hf的土酸、颗粒稳定剂和强酸体系消泡剂，颗粒稳定剂加入量为土酸质量的2％；所述的强酸体系消泡剂的加入量为土酸质量的20％，强酸体系消泡剂包括质量比为2:1的聚醚类消泡剂和无硅消泡剂。聚醚类消泡剂中含有96％质量含量的聚氧丙烯氧乙烯甘油醚。颗粒稳定剂通过环氧氯丙烷和聚季铵盐反应制得的粘土稳定剂。颗粒稳定剂的制备方法是将环氧氯丙烷和短链多电荷阳离子聚季铵盐按摩尔比为2:1溶于溶剂中置于反应釜内，添加引发剂，升温至30～100℃，反应2～5小时，即得颗粒稳定剂。溶剂的添加量为环氧氯丙烷和短链多电荷阳离子聚季铵盐总量的10-20倍，引发剂添加量为混合溶液总质量的1-2％。短链多电荷阳离子聚季铵盐是分子量为2-10万的白色粉末或颗粒，阳离子度为10-20％。
[0020]
实施例3：
[0021]
地热系统中的复合化学刺激剂，包括15％hcl+1％hf的土酸、颗粒稳定剂和强酸体系消泡剂，颗粒稳定剂加入量为土酸质量的1.75％；强酸体系消泡剂的加入量为土酸质量的18％，强酸体系消泡剂包括质量比为2:1的聚醚酯类消泡剂和无硅消泡剂。聚醚酯类消泡剂中含有不低于20％质量含量的有机硅改性聚醚酯类化合物。颗粒稳定剂通过环氧氯丙烷和聚季铵盐反应制得的粘土稳定剂。颗粒稳定剂的制备方法是将环氧氯丙烷和短链多电荷阳离子聚季铵盐按摩尔比为1.5:1溶于溶剂中置于反应釜内，添加引发剂，升温至30～100℃，反应2～5小时，即得颗粒稳定剂。溶剂的添加量为环氧氯丙烷和短链多电荷阳离子聚季铵盐总量的10-20倍，引发剂添加量为混合溶液总质量的1-2％。短链多电荷阳离子聚季铵盐是分子量为2-10万的白色粉末或颗粒，阳离子度为10-20％。
[0022]
对比例1：
[0023]
采用常规土酸配方(12％hcl+3％hf)。
[0024]
对比例2：
[0025]
采用10％hcl+0.5％hf土酸配方，为了抑制细小颗粒运移堵塞仪器管线，在土酸中加入了2％的nh
4
cl粘土稳定剂，为削弱化学刺激剂对仪器的腐蚀作用，加入了4％的cbs-ta型金属缓蚀剂。
[0026]
参照庄亚芹老师的硕士毕业论文中记载的实验方法对上述实施例1-3和对比例1-2的化学刺激剂进行岩体矿物溶蚀实验和化学刺激剂在岩体的渗透率实验，结果如下：
[0027]
[0028][0029]
由上表可知，本发明提供的复合化学刺激剂，岩石渗透率均有提高，反应前后岩石渗透率的比值数据较大，说明本发明提供的复合化学刺激剂对岩石渗透率的提高效果明显。采用适宜的土酸配方，即15％hcl+1％hf，使得岩心中的钾长石、钠长石和石英发生溶蚀作用，加入了颗粒稳定剂，避免了化学刺激过程中加剧岩体颗粒脱落并堵塞流动通道，保持低浓度土酸优异的化学刺激效果，并且可显著提高热储层岩体的渗透率，同时，消泡剂使hcl与碳酸盐反应后生成物的大量泡沫实时消除，进一步提高热储层岩体的渗透率。
[0030]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

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