CN103254887A - 一种减阻水压裂液配制剂 - Google Patents

Abstract

发明的目的是提供一种减阻水压裂液配制剂，针对减阻水压裂液配制和施工中的诸多不足，提供一种单剂型减阻水压裂液配制剂，该剂可以与水以任意比例复配，溶解性能良好，满足了页岩气现场施工中的连续混配需要，对页岩气开发有重大的应用价值。本发明减阻水压裂液配制剂，由如下的重量百分比的组分组成：减阻剂4~6%、粘土稳定剂8~12%、助排剂1~3%、余量为水；其中减阻剂为丙烯酰胺、聚氧乙烯醚丙烯酸酯的二元共聚物，粘土稳定剂为聚二甲基二烯丙烯氯化铵；助排剂是由如下质量百分比的组分组成：全氟辛酰乙撑胺基甲基二乙基碘化铵9~11%、聚氧乙烯2,5-二甲基十八醇醚20~30%、异丙醇20~30%。

Description

一种减阻水压裂液配制剂

技术领域

本发明属于油气开采技术领域，具体涉及一种减阻水压裂液配制剂。

技术背景

随着常规油气资源的枯竭，页岩气、煤层气等非常规油气资源的勘探开发越来越受到重视。2009年，美国页岩气生产井数增至98590口，产量超过878×10⁸m³，其中，仅Barnett页岩的产量就达到了560×10⁸m³。页岩气快速勘探开发使得美国天然气储量增加了40%，目前全球页岩气资源量约为456×10¹²m³，相当于煤层气和致密气的总和，是常规天然气资源量的2倍。目前美国页岩气开采主要采取水平井和减阻水水力压裂两种技术，我国已经基本掌握了水平井技术，但水力压裂技术还很不成熟，尤其在压裂流体减阻水的研发和性能评价方面，我国还刚刚起步，亟需国外的经验。

Schein等对减阻水压裂定义是为了获得商业价值，使用大量水和少量添加剂作为压裂液以形成一定几何形态和导流能力裂缝的一种压裂方法。减阻水压裂液最初是由Halliburton、Schlumberger和Messina公司针对德克萨斯州东部的Barnett页岩地区共同开发的一种新型压裂液，1997年，Mitchell能源公司在Barnett地区首次实施了减阻水压裂，使用了3029m³水和90t砂，其页岩气最终采收率提高了20%，压裂费用较大型水力压裂减少65%。减阻水压裂液在Barnett页岩地区的成功应用很快扩展到美国Haynesville，Marcellus，Woodruff和Fayetteville等地区。近几年来，减阻水压裂快速发展，包括多级水平井压裂和同步压裂的压裂技术需要的减阻水体积已达13×10⁴m³/井次，泵率达到20～25m³/min，减阻水已经成为目前应用最成熟的页岩气压裂液。我国近两年压裂的页岩气井都使用了减阻水压裂液体系，但是压裂所用的流体仍主要是国外生产的减阻水，我国目前尚缺乏性能优良的减阻水压裂液体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种减阻水压裂液配制剂，针对减阻水压裂液配制和施工中的诸多不足，提供一种单剂型减阻水压裂液配制剂，该剂可以与水以任意比例复配，溶解性能良好，满足了页岩气现场施工中的连续混配需要，对页岩气开发有重大的应用价值。

本发明减阻水压裂液配制剂，由如下的重量百分比的组分组成：

减阻剂       4~6%

粘土稳定剂   8~12%

助排剂       1~3%

余量为水

其中减阻剂为丙烯酰胺、聚氧乙烯醚丙烯酸酯的二元共聚物，其制备方法如下：

将环氧乙烷、对苯二酚，丙烯酸和对苯磺酸加入到水溶液中进行混合，加入的质量体积比浓度分别为75~80%的环氧丙烷、0.5~1.0%的对苯二酚，20~25%丙烯酸和0.5~1.0%对苯磺酸，升温至85~125℃，保持搅拌反应6~12h，冷却，反应产物用稀NaOH溶液除去残余的丙烯酸和对苯二酚，低温真空干燥12~24小时即得聚氧乙烯醚丙烯酸酯单体；

然后将丙烯酰胺，聚氧乙烯醚丙烯酸酯单体和甲苯加入到容器中，通氮气置换出系统内的空气，然后加热至90~140℃，加入0.5~2.0%的引发剂偶氮二异丁腈，持续搅拌6~12h，待反应完成后进行固液分离，负压真空干燥得到淡黄色固体，即为丙烯酰胺、聚氧乙烯醚丙烯酸酯的二元共聚物。

粘土稳定剂为聚二甲基二烯丙烯氯化铵；

助排剂是由如下质量百分比的组分组成：

全氟辛酰乙撑胺基甲基二乙基碘化铵   9~11%

聚氧乙烯2,5-二甲基十八醇醚         20~30%

异丙醇20~30%

余量为水。

本发明的减阻水压裂液配制剂制备时是向水中依次加入粘土稳定剂、助排剂和减阻剂，搅拌至淡黄色透明粘稠液体后制备的。

该配制剂与水按照重量比0.2~0.4:100溶解后即为减阻水压裂液。

本发明的减阻水压裂液配制剂制备的压裂液能大排量形成缝网，其减阻性能突出，减阻率大于65%，能够有效保证页岩气施工大排量泵送需求。体系的返排性能，有利于保障前期所建立的高效导流缝网，液体体系的表面张力小于28mN/m，能够有效避免贾敏效应；同时使得多孔介质润湿改善，压裂后缝面与水相接触角＞90°；使注入流体在生产初期迅速返排，实现最高效返排效率。由于高效能防膨剂的添加，使得液体的防膨率大于75%，能够有效保持裂缝形态，防止因粘土膨胀发生裂缝再次闭合。在施工和配液方面，由于本配制剂的各种添加剂高度集成，并且能够100%溶解，使得该制剂制备的滑溜水配液方便，溶胀迅速，并可实现预配和在线混配，大大提高了压裂设备的使用效率，满足页岩气大规模高效开发的需求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的减阻水压裂液配制剂进行详细的描述。

一、减阻剂的具体制备方法

在装有冷凝管、搅拌器、温度计的250ml三颈烧瓶中加入质量体积比浓度为75~80%的环氧丙烷、0.5~1.0%的对苯二酚，20~25%丙烯酸和0.5~1.0%对苯磺酸，升温至85~125℃，保持搅拌反应6~12h，冷却，反应产物用200ml稀NaOH溶液（0.2mol/L）处理2-3h，除去残余的丙烯酸和对苯二酚，低温真空干燥12~24小时即得聚氧乙烯醚丙烯酸酯单体。

按照质量比将20~30%丙烯酰胺，30~40%聚氧乙烯醚丙烯酸酯单体和30~50%的甲苯加入到带有搅拌器和温度计的三颈烧瓶中，通氮气15~30min置换出系统内的空气，将三颈烧瓶置于恒温水域中，开动搅拌器加热至90~140℃，加入0.5~2.0%的引发剂偶氮二异丁腈，持续搅拌6~12h，待反应完成后进行固液分离，负压真空干燥数小时得到淡黄色固体，即为丙烯酰胺、聚氧乙烯醚丙烯酸酯的二元共聚物。

其一种具体制备方法如下：

在装有冷凝管、搅拌器、温度计的250ml三颈烧瓶中加入75g环氧丙烷、1.0g的对苯二酚，20g丙烯酸和0.5g对苯磺酸，升温至85~125℃，保持搅拌反应6~12h，冷却，反应产物用200ml稀NaOH溶液（0.2mol/L）处理3h，除去残余的丙烯酸和对苯二酚，低温真空干燥24小时即得聚氧乙烯醚丙烯酸酯单体。

取30g丙烯酰胺，40g聚氧乙烯醚丙烯酸酯单体和50g的甲苯加入到带有搅拌器和温度计的三颈烧瓶中，通氮气30min置换出系统内的空气，将三颈烧瓶置于恒温水域中，开动搅拌器加热至120℃，加入2.4g的引发剂偶氮二异丁腈，持续搅拌12h，待反应完成后进行固液分离，负压真空干燥数小时得到淡黄色固体，即为丙烯酰胺、聚氧乙烯醚丙烯酸酯的二元共聚物。

二、助排剂的组成

助排剂为含有质量百分比浓度为10%的全氟辛酰乙撑胺基甲基二乙基碘化铵、25%聚氧乙烯2,5-二甲基十八醇醚，25%异丙醇的水溶液。

三、减阻水压裂液配制剂的制备

粘土稳定剂为聚二甲基二烯丙烯氯化铵，分子量在0.5~0.7×10⁵。制备的时候依次向83ml水中加入2g助排剂（2ml），10g粘土稳定剂和5g减阻剂，搅拌至溶解均匀，补充水到100ml，呈黄色粘稠状液体，即为减阻水压裂液配制剂。

向吴茵混调器中加入500ml水，再加入5.0ml减阻水压裂液配制剂，搅拌5min，制备成减阻水压裂液，制成的减阻水压裂的性质如下表，其降摩阻率≥65%，防膨率≥75%，表面张力≤28mN/m。

以本发明记载的配制剂制备的减阻水压裂液在我国四川页岩气区块成功应用2井次，两口井皆采用水平井多级射孔桥塞联作技术，其中A井射孔8段，注入减阻水压裂液26400m³，加砂2200方，配制剂与配液水配伍良好，无沉淀、絮凝物，施工中监测井筒减阻率在67~75%，压裂施工后30日液体返排量28%，页岩气初期产量18万方/日，后期稳产6.8万方/日。

页岩气B井射孔12段，共使用减阻水压裂液32000m³，配合使用线性胶压裂液2400m³，共加砂3500方，井筒减阻率约72%，压后初期日产气量38万方/日，后期稳产14.3万方/日，减阻水返排液检测总菌浓度低于10CFU/ml，其中硫酸盐还原菌未检出。

Claims (7)

1.一种减阻水压裂液配制剂，其特征在于，所述的减阻水压裂液配制剂由如下的重量百分比的组分组成：

减阻剂       4~6%

粘土稳定剂   8~12%

助排剂       1~3%

余量为水。

2.如权利要求1所述的减阻水压裂液配制剂，其特征在于所述的减阻剂为丙烯酰胺、聚氧乙烯醚丙烯酸酯的二元共聚物，其制备方法如下：

将环氧乙烷、对苯二酚，丙烯酸和对苯磺酸加入到水溶液中进行混合，加入的质量体积比浓度分别为75~80%的环氧丙烷、0.5~1.0%的对苯二酚，20~25%丙烯酸和0.5~1.0%对苯磺酸，升温至85~125℃，保持搅拌反应6~12h，冷却，反应产物用稀NaOH溶液除去残余的丙烯酸和对苯二酚，低温真空干燥12~24小时即得聚氧乙烯醚丙烯酸酯单体；

然后将丙烯酰胺，聚氧乙烯醚丙烯酸酯单体和甲苯加入到容器中，通氮气置换出系统内的空气，然后加热至90~140℃，加入0.5~2.0%的引发剂偶氮二异丁腈，持续搅拌6~12h，待反应完成后进行固液分离，负压真空干燥得到淡黄色固体，即为丙烯酰胺、聚氧乙烯醚丙烯酸酯的二元共聚物。

3.如权利要求1所述的减阻水压裂液配制剂，其特征在于所述的粘土稳定剂为聚二甲基二烯丙烯氯化铵。

4.如权利要求1所述的减阻水压裂液配制剂，其特征在于所述的助排剂由如下质量百分比的组分组成：

全氟辛酰乙撑胺基甲基二乙基碘化铵   9~11%

聚氧乙烯2,5-二甲基十八醇醚         20~30%

异丙醇20~30%

余量为水。

5.权利要求1所述的减阻水压裂液配制剂的制备方法，是向水中依次加入粘土稳定剂、助排剂和减阻剂，搅拌至淡黄色透明粘稠液体后制备的。

6.一种减阻水压裂液，所述的减阻水压裂液包含有权利要求1所述的减阻水压裂液配制剂。

7.如权利要求6所述的减阻水压裂液，是将减阻水压裂液配制剂与水按照重量比0.2~0.4:100溶解后制备的。