CN103265941A - 一种加重水基压裂减阻液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加重水基压裂减阻液，包括基液和加重剂，所述基液由以下组分按其重量百分比组成：0.02-0.1%的减阻剂和0.5-1%的调理剂，其余为水；所述加重剂是ZnCl₂、Zn(NO₃)₂、CuCl₂、Cu(NO₃)₂中的一种或几种任意比例的混合物，加重剂的加量为基液重量的10-120%。所述减阻剂是一种反相乳液，所述调理剂是重量百分比为3%的乙氧基非离子型氟碳表面活性剂的甲醇溶液。本发明在减阻液中加入新型的加重材料，以增加减阻液的密度，增加在管路中的液柱重量，有效降低施工压力，降低施工风险，确保施工成功。

Description

一种加重水基压裂减阻液

技术领域

本发明涉及油气田开发过程中增产改造领域的一种水基压裂减阻液。

技术背景

深层高温储层的埋深很大，除了储层温度高外，还常常出现地层压力系数高、闭合应力梯度大的情况，在对其进行改造时施工压力通常很高，甚至超过现有设备的施工限压。如塔里木油田的乌参1井，井深超过6000m，地层压力系数大于2.0，计算后发现若采用常规压裂液体系进行压裂施工，施工压力将达到103MPa，超过现有压裂设备的工作上限。对于这类储层，必须从减小压裂液的摩擦阻力和增大压裂液的静液柱压力两方面同时入手。由理论计算得出增加压裂液的密度可以提高压裂液的静液柱压力，压裂液的密度每提高0.1g/cm³，井筒中压裂液的静液柱压力每千米即可提高近1MPa，井口压力也将相应减小1MPa，由此可见对于6000m以上的深井，采用加重的办法降低井口压力是很有效的。

目前油田现场使用过程中，采用多种加重压裂液的方法，一般是加入可溶性的钠盐和钾盐，之所以选择钠盐和钾盐是由于目前常规的压裂液体系是碱性，其他非钠、钾盐在体系中会发生沉淀，影响到液体的性能，但是使用钠、钾盐加重能力有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加重水基压裂减阻液，该减阻液中加入新型的加重材料，以增加减阻液的密度，增加在管路中的液柱重量，有效降低施工压力，降低施工风险，确保施工成功。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种加重水基压裂减阻液，包括基液和加重剂，所述基液由以下组分按其重量百分比组成：0.02-0.1%的减阻剂和0.5-1%的调理剂，其余为水；所述加重剂是ZnCl₂、Zn(NO₃)₂、CuCl₂、Cu(NO₃)₂中的一种或几种任意比例的混合物，加重剂的加量为基液重量的10-120%。

所述减阻剂是一种反相乳液，通过如下方法制备：将25份甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯代烷季铵盐和12份丙烯酰胺单体溶于25份水后，缓慢滴加到34.9份白油和3份span80的混合溶液中，在0.1份偶氮二异丁腈引发下，50℃下搅拌10h，上述物质均为重量份。

所述调理剂是重量百分比为3%的乙氧基非离子型氟碳表面活性剂的甲醇溶液，其中乙氧基非离子型氟碳表面活性剂商业代号为FS-300或Intechem-06。

针对深井进行的水力压裂施工时，施工压力高，单靠降阻不能满足高排量的要求，本发明在减阻液中加入了新型的加重材料，以增加减阻液的密度，增加在管路中的液柱重量，有效降低施工压力。

本发明利用减阻剂长链分子在水中高速运动，使链伸展的模式分布在管路中，带动水分子在减阻剂链周围向前运动，减小运动过程的紊流，使其尽可能完全以层流的方式运动，减小水分子与管壁的碰撞，从而降低管流摩阻。

通常认为，压裂施工时的井口压力可以用下面的式子求出：

P_S=P_B+P_f-P_H        (1)

式中：P_s—井口压力，MPa；

      P_B—井底压力，MPa；

      P_f—压裂液摩擦阻力，MPa；

      P_H—压裂液静液柱压力，MPa。

      压裂液静液柱压力P_H可以用下式求出：

$P_H=\frac{9.81\mathrm{\ρH}}{1000}---\left(2\right)$

式中：P_H—压裂液静液柱压力，MPa；

      ρ—压裂液密度，g/cm³；

      H—井深，m。

从上式可以发现，增加压裂液的密度可以提高压裂液的静液柱压力。照此公式计算，压裂液的密度每提高0.1g/cm³，井筒中压裂液的静液柱压力每千米即可提高近1MPa，由式（2）计算可知，井口压力也将相应减小1MPa。所以可以利用增加液体密度的方法来降低施工压力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：目前使用的减阻材料为长链分子的合成聚合物和植物胶类，合成聚合物需要与多种添加剂混合才能起到减阻作用；使用植物胶类的添加量较大，大分子的植物胶分子链会团聚堵塞地层油气的孔吼，对地层造成伤害。本发明的减阻剂采用一种阳离子共聚物的乳液，这种乳液合成的共聚物分子链完全为线性，且分子量较大，在水中分散速度快；调理剂能吸附在乳液分子链上，避免分子链的团聚，从而乳液在水中完全以线性结构存在，能有效的使管路中的液体以层流的形式流动，减阻的效率较高。由于加入量很小，只有万分之几，对地层的伤害几乎为零，同时该减阻水基压裂液于常规压裂相比成本低廉，只有其十分之一。

由于常规压裂液都是碱性液体，所以在加重剂的选择只能是钠盐和钾盐，常用的是NaCl，NaNO₃，KCl，NaBr，这些钠、钾盐溶解度（20℃）都较低，没有超过100g/100ml水（几种加重材料的密度和溶解度数据见表1），所以增加的密度有限，最大只能到1.5g/cm³。而本发明水基压裂减阻液体系可以是中性或酸性，加重剂能选用密度和溶解度更大的锌、铜盐，最大密度可以达到2.00g/cm³或更高，这样降低的井口施工压力可以达到9MPa/Km，效果相当显著。

表1 几种加重材料的密度和溶解度

名称	密度	溶解度（20℃）
			NaCl	2.13	36
NaNO3	2.26	87.4
			KCl	1.987	34.4
NaBr	3.2	73.3
			ZnCl2	2.907	395
CuCl2	3.386	73
			Zn(NO3)2	2.065	184.3
Cu(NO3)2	2.07	138

具体实施方式

下面根据实施例进一步说明本发明。

一、加重水基压裂减阻液的制备

实施例1

制备减阻剂（以下物质均为重量份）：将25份甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯代烷季铵盐和12份丙烯酰胺单体溶于25份水后，缓慢滴加到34.9份白油和3份span80混合溶液中，在0.1份偶氮二异丁腈引发下，50℃下搅拌10h。

缓慢将上步制备的减阻剂乳液0.02g滴加到99.48g水中，剧烈搅拌，使乳液完全分散，再加入3重量%的Intechem-06甲醇溶液0.5g，最后加入10gCuCl₂，剧烈搅拌30min，即得本发明加重减阻液，密度为1.12g/cm³。

实施例2

缓慢将实施例1制备的减阻剂乳液0.05g滴加到99.25g水中，剧烈搅拌，使乳液完全分散，再加入3重量%的FS-300甲醇溶液0.7g，最后加入50gZnCl₂，剧烈搅拌30min，即得本发明加重减阻液，密度为1.46g/cm³。

实施例3

缓慢将实施例1制备的减阻剂乳液0.1g滴加到98.9g水中，剧烈搅拌，使乳液完全分散，再加入3重量%的Intechem-06甲醇溶液1g，最后加入80gCu(NO₃)₂，剧烈搅拌30min，即得本发明加重减阻液，密度为1.73g/cm³。

实施例4

缓慢将实施例1制备的减阻剂乳液0.1g滴加到98.9g水中，剧烈搅拌，使乳液完全分散，再加入3重量%的FS-300甲醇溶液1g，最后缓慢加入100gZn(NO₃)₂，剧烈搅拌30min，即得本发明加重减阻液，密度为1.87g/cm³。

实施例5

缓慢将实施例1制备的减阻剂乳液0.1g滴加到98.9g水中，剧烈搅拌，使乳液完全分散，再加入3重量%的FS-300甲醇溶液1g，最后缓慢加入120gZnCl₂，剧烈搅拌30min，即得本发明加重减阻液，密度为2.03g/cm³。

二、加重水基压裂减阻液的性能测试

对实施例1-5样品按照标准SY/T5107-1995测试实施例样品相对于清水的减阻性能，结果如表2。

表2 本发明加重水基压裂减阻液的减阻性能测试结果

从表2可以看出，本发明加重水基压裂减阻液相对于清水具有很好的减阻性能，其减阻率都在30%以上，实施例3样品最高达到76%以上。

Claims (3)

1.一种加重水基压裂减阻液，包括基液和加重剂，其特征在于，所述基液由以下组分按其重量百分比组成：0.02-0.1%的减阻剂和0.5-1%的调理剂，其余为水；所述加重剂是ZnCl₂、Zn(NO₃)₂、CuCl₂、Cu(NO₃)₂中的一种或几种任意比例的混合物，加重剂的加量为基液重量的10-120%。

2.如权利要求1所述的加重水基压裂减阻液，其特征在于，所述减阻剂是一种反相乳液，通过如下方法制备：将25份甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯代烷季铵盐和12份丙烯酰胺单体溶于25份水后，缓慢滴加到34.9份白油和3份span80的混合溶液中，在0.1份偶氮二异丁腈引发下，50℃下搅拌10h，上述物质均为重量份。

3.如权利要求1所述的加重水基压裂减阻液，其特征在于，所述调理剂是重量百分比为3%的乙氧基非离子型氟碳表面活性剂的甲醇溶液。