[发明专利]FeCl3

说明书

本发明属于非常规天然气开采技术领域，公开了FeCl₃在页岩气开采中的应用以及一种用于页岩气开采的水力压裂液以及一种提高页岩气采收率的方法。利用FeCl₃良好的水溶性，将其溶于水力压裂液中，并伴随水力压裂液充分进入所述高温页岩储层内部。由于所述高温页岩储层的温度较高，FeCl₃极易发生水解反应，形成HCl和Fe(OH)₃。一方面，水解产物HCl与页岩中无机矿物反应，提高页岩基质孔隙率及页岩储层渗透率，进而强化CH₄的解吸、扩散和流动。另一方面，水解产物Fe(OH)₃易于70‑95℃条件下发生分解，并生成Fe₂O₃。Fe₂O₃硬度较高(莫氏硬度范围：5.5‑6.5)，可以作为支撑剂，支撑水力压裂形成的新鲜裂缝，以促进CH₄的解吸、扩散和流动。上述两方面协同作用，并最终提高页岩气采收率。

技术领域

本发明属于非常规天然气开采技术领域，更具体地，涉及FeCl₃在页岩气开采中的应用，一种用于页岩气开采的水力压裂液以及一种提高页岩气采收率的方法。

背景技术

页岩气(主要组分为CH₄)属于新兴非常规天然气资源。推广使用页岩气对于优化全球能源消费结构和保护生态环境具有重要意义。因此，研发清洁、高效的页岩气开采技术具有重要意义。大量研究表明页岩气在页岩储层中的主要存在形式包括：孔隙和裂缝中的自由压缩气体；有机质和无机矿物表面的吸附气体；沥青质、干酪根、液态烃和残留水中的溶解气体。其中，以吸附态形式赋存于有机质颗粒、粘土矿物颗粒以及孔隙表面的吸附气体占总体积的20％-85％。

截至目前，页岩气开采技术主要包括水平井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、页岩气开发重复压裂技术及最新的同步压裂技术。大量研究证实支撑剂的选择是水力压裂技术是否成功实施的关键因素之一。支撑剂性能的优劣及成本的高低直接影响水力压裂技术的有效实施。实践证明：支撑剂伴随压裂液进入含气页岩储层并填充于水力压裂形成的新鲜裂缝中，以避免裂缝受应力释放而重新闭合，进而提高页岩气采收率，延长页岩气井服务年限。使用支撑剂压裂的页岩气井的页岩气产量可提高30％-50％。成本核算数据显示：水力压裂总成本中，支撑剂约占25％。因此，研制低成本支撑剂对于降低页岩气开采成本具有重要现实意义。

现有水力压裂支撑剂主要为石英砂和陶瓷颗粒。对于陶瓷颗粒支撑剂，其以生铝矾土或轻烧铝矾土为主要原料，并添加部分稀土精矿制成。CN101691486A公开了一种超高强度的陶粒支撑剂及其制造方法，但其密度达到3.50g/cm³，必须使用压裂液进行压注和导出，且所用的压裂液会引发较严重的环境污染问题，对工艺及设备要求高，施工难度大。CN107151554A提出一种应用于清水压裂的超轻陶粒支撑剂及其制备方法。使用该方法虽然可以减少压裂液对生态环境的污染，但支撑剂制备温度条件高达1500℃，增加了支撑剂的制备能耗。此外，上述两种支撑剂的制备原料价格较昂贵，且储量已近枯竭，不易购得，无法批量生产。RU2235703C1公开了一种镁硅酸盐陶粒支撑剂的生产方法。虽然制备该支撑剂的原料廉价易得，但是部分镁硅酸盐在页岩储层条件下会发生水合反应，并减弱了支撑剂颗粒的机械耐久性。

由于现有支撑剂存在的上述不足，以及由于页岩气存在埋藏深度深、孔隙率低和渗透率低的问题，导致页岩气开采成本较大。因此，亟需研发新的水力压裂支撑剂，以弥补现有页岩气开采技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出FeCl₃在页岩气开采中的应用，一种用于页岩气开采的水力压裂液以及一种提高页岩气采收率的方法。所述提高页岩气采收率的方法能够清洁、高效、廉价地开采页岩气。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了FeCl₃在页岩气开采中的应用。

本发明的第二方面提供了一种用于页岩气开采的水力压裂液。