CN104371695A - 应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水及其制备方法，解决现有的滑溜水由于配液时间长、配液要求高而导致压裂施工周期长、成本高的问题。本发明包括：乳液降阻剂0.05%～0.1%、杀菌剂0.1%～0.2%、黏土稳定剂0.1%～0.2%、助排剂0.09%～0.11%、清水：余量。本发明配方设计合理，乳液降阻剂溶解、起粘迅速，且抗盐能力强，因而不仅大幅缩短了压裂施工的周期，而且降低了施工的成本，很好地满足页岩气工厂化压裂开采的要求，本发明工艺简单、配方原料来源广泛，因此，其具有很高的应用价值和推广价值。

Description

应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水及其制备方法

 

技术领域

    本发明涉及一种滑溜水，具体涉及的是一种应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水及其制备方法。

背景技术

2013年10月，国家能源局发布了《页岩气产业政策》，将页岩气纳入战略性新兴行业，并将对页岩气开采出台相关激励政策，大力推进国内的页岩气开发。 

我国可采页岩气资源的潜力，按国土资源部发布的权威报告来看，为25.1万亿立方米，超过美国，可采储量居世界首位。而按照页岩气“十二五”的规划，到2015年时我国页岩气要实现探明地质储量6000亿立方、可采储量2000亿立方、开采量达到65亿立方的目标，到2020年时页岩气开采量要达到1000亿立方。因此，国内页岩气的开发潜力相当巨大。

然而，在现阶段，我国页岩气开采成本比较高，按照目前的勘探开发水平测算，我国页岩气单井开采成本大约在8000万左右，为美国页岩气开采成本的3～4倍。因此，如何高效的进行页岩气开发，降低其开采成本，实现规模化生产，是推进我国页岩气产业发展道路上亟须解决的问题。

目前，国内外对于页岩油气储层的改造，主要采用的是滑溜水体系进行增产作业，但现有的滑溜水体系由于配方的选用及工艺的不合理，导致配液需要的时间较长，要求较高，不仅大大延长了压裂施工的周期，而且也增加了施工的难度和成本。

因此，如何缩短滑溜水的配液时间，并降低配液的要求，对于压裂施工的周期和成本来说，至关重要，而这也成为了本领域技术人员重点研究的内容之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水及其制备方法，主要解决现有的滑溜水由于配液时间长、配液要求高而导致压裂施工周期长、成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水，包括以下配比的组分：

由质量比为1∶1.2∶0.1∶2∶0.15的丙烯酸钠、丙烯酰胺、磺酸盐、液体石蜡和Span-80组成的乳液降阻剂    0.05%～0.1%；

杀菌剂                      0.1%～0.2%；

黏土稳定剂                  0.1%～0.2%；

助排剂                      0.09%～0.11%；

清水                        余量。

作为优选，所述杀菌剂为浓度为10%的季铵盐双子表面活性剂。

具体地说，所述黏土稳定剂由质量比为1∶0.42∶0.52的三乙胺、稀盐酸和环氧氯丙烷组成。

具体地说，所述助排剂由以下配比的组分组成：

氟碳                     0.2%～0.4%；

Gemini表面活性剂         4%～6%；

清水                     余量。

基于上述滑溜水配方，本发明还提供该滑溜水的制备方法，其过程是：将清水、0.05%～0.1%的乳液降阻剂、0.1%～0.2%的杀菌剂、0.1%～0.2%的黏土稳定剂以及0.09%～0.11%的助排剂同时泵入到连续混配设备中混配成型；其中，乳液降阻剂的制备过程如下：

（1a）利用蒸馏水将丙烯酰胺水解，并将丙烯酸钠与丙烯酰胺水解液混合，形成混合液一；

（1b）将液体石蜡与Span-80混合形成混合液二；

（1c）向混合液一中加入磺酸盐，并均匀搅拌，形成混合液三；

（1d）将混合液三加入到混合液二中混合，形成混合液四；

（1e）将混合液四升温至30～35℃，并恒温5～6h，形成乳液；

（1f）利用反相破乳剂将乳液破乳，得到乳液降阻剂；所述丙烯酸钠、丙烯酰胺、磺酸盐、液体石蜡和Span-80的质量比为1∶1.2∶0.1∶2∶0.15。

作为优选，所述杀菌剂为浓度为10%的季铵盐双子表面活性剂。

进一步地，所述黏土稳定剂的制备过程如下：

（2a）向三口烧瓶中加入三乙胺，并在冷水浴条件下滴加稀盐酸；

（2b）在室温下恒温2～2.5h；

（2c）加入环氧氯丙烷，并于常温下搅拌30～40min，使三口烧瓶中的液体呈弱碱性；

（2d）恒温静置，直至三口烧瓶中的液体澄清时将其浓缩干燥，得到黏土稳定剂；所述三乙胺、稀盐酸和环氧氯丙烷的质量比为1∶0.42∶0.52。

再进一步地，所述步骤（2a）中，滴加稀盐酸的时间为90min。

更进一步地，所述助排剂由清水、0.2%～0.4%的氟碳以及4%～6%的Gemini表面活性剂混合而成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明配方简单、配液速度快、性能稳定、且经济可靠。

（2）本发明采用新的配方和工艺来制备乳液降阻剂，其在合成过程中引入了亲水基团与抗盐基团，相比传统的粉末状降阻剂，本发明有效地改善了降阻剂的水溶性，使得其溶解速度和抗盐能力得到了明显的提高，试验表明，本发明乳液降阻剂在清水中的溶解时长约为现有降阻剂溶解时长的1/15左右。

（3）本发明优选采用季铵盐双子表面活性剂作为杀菌剂，相比传统的季铵盐双子表面活性剂，季铵盐双子表面活性剂具有更低的临界胶束浓度、更强的降低表面张力的能力，在达到相同的杀菌效果时，季铵盐双子表面活性剂的用量大约仅为传统季铵盐双子表面活性剂用量的一半，成本更加节约。并且，本发明采用了浓度为10%的季铵盐双子表面活性剂，其在与其他配剂结合形成滑溜水后，经过测试，其杀菌率可达到95%以上。

（4）本发明配制的黏土稳定剂，其较常规的无机盐类黏土稳定剂具有更好的防膨化能力，能够很好地降低滑溜水的滤失量，进而有利于防止地层水化膨胀。

（5）本发明采用了0.2%～0.4%的氟碳以及4%～6%的Gemini表面活性剂配制助排剂，由于氟碳表面活性剂具有非常高的表面活性，能够有效降低液体的表面张力，而Gemini表面活性剂具有低CMC值、低表面张力的优点，并且Gemini表面活性剂的CMC值比传统表面活性剂CMC值低1、2个数量级，C20值（降低水的界面张力20mN／m时所需表面活性剂的浓度）低2、3个数量级，因而Gemini表面活性剂与氟碳表面活性剂复配成的混合体系可以产生协同效应，能够获得比单一表面活性剂更优异的效果。同时，在适当的配制比例下，Gemini表面活性剂与氟碳配合后，体现出了优良的润湿能力，完全能够替代常规起泡助排剂中的润湿剂。因此，在氟碳、Gemini表面活性剂结合后的作用下，可以使助排剂的加量为0.1%～0.2%时，其表面张力低于24mN/m，达到了常规助排剂需要至少加入1%才能确保滑溜水的表面张力降低至相同水平的目的，因而在确保滑溜水性能不受影响的前提下，有效降低了助排剂在滑溜水中的用量和成本。

（6）本发明性价比高、实用性强，大幅缩短了压裂施工的周期，并且降低了施工的成本，很好地满足了大规模生产页岩气的要求，因此，其在页岩气开采领域具有广泛的应用前景，适于大规模推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

本发明提供了一种新的滑溜水及其制备工艺，该种滑溜水包括乳液降阻剂、杀菌剂、黏土稳定剂、助排剂以及清水，其中，各个组分的配比分别为：乳液降阻剂0.05%～0.1%、杀菌剂0.1%～0.2%、黏土稳定剂0.1%～0.2%、助排剂0.09%～0.11%、余量为清水。而关于该种滑溜水的制备过程则如下：

首先，分别配制出乳液降阻剂、黏土稳定剂以及助排剂。乳液降阻剂的制备步骤如下：

（1）利用蒸馏水将丙烯酰胺水解，并将丙烯酸钠与丙烯酰胺水解液混合，形成混合液一；

（2）将液体石蜡与Span-80混合形成混合液二；

（3）向混合液一中加入任意一种磺酸盐，并均匀搅拌，形成混合液三；

（4）将混合液三加入到混合液二中混合，形成混合液四；

（5）将混合液四升温至30～35℃，并恒温5～6h，形成乳液；

（6）利用反相破乳剂将乳液破乳，得到乳液降阻剂；所述的丙烯酸钠、丙烯酰胺、磺酸盐、液体石蜡和Span-80的质量比为1∶1.2∶0.1∶2∶0.15。

黏土稳定剂的制备步骤则如下：

（1）向三口烧瓶中加入三乙胺，并在冷水浴条件下滴加稀盐酸，滴加的时间控制在90min左右，可以很好地确保后续加入环氧氯丙烷搅拌后，使得整个混合液的PH值保持在弱碱性的范围；

（2）在室温下恒温2～2.5h；

（3）加入环氧氯丙烷，并于常温下搅拌30～40min，使三口烧瓶中的液体呈弱碱性；

（4）恒温静置，直至三口烧瓶中的液体澄清时将其浓缩干燥，得到黏土稳定剂；所述三乙胺、稀盐酸和环氧氯丙烷的质量比为1∶0.42∶0.52。

而助排挤则是将0.2%～0.4%的氟碳以及4%～6%的Gemini表面活性剂加入到清水中混合制成。

制得乳液降阻剂、黏土稳定剂以及助排挤后，接着，按照上述比例将乳液降阻剂、杀菌剂（本发明优选采用浓度为10%的季铵盐双子表面活性剂，纯度为99%）、黏土稳定剂、助排剂以及清水同时泵入到快速连续混配设备（例如连续混配车）中混配成型，从混配设备中流出的即为滑溜水。

而后，将配制好的滑溜水输送到混砂车中，并加入砂岩，最后不间断地泵注到施工井中，实施连续施工，即可实现工厂化压裂。

为体现本发明相比现有滑溜水所具有的优势，下面列举两个对比试验来进行说明。

试验一：测试本发明滑溜水的乳液降阻剂的溶解速度及起粘时间

分别称取0.15g常规降阻剂、0.15g乳液降阻剂，并分别加入到300mL清水中，搅拌，测试降阻剂的溶解速度。表1为两种降阻剂的测试数据：

降阻剂	降阻剂完全溶解时长（min）	溶液起粘时间（min）	溶液粘度（mPa·s）
				常规降阻剂	23	5	3
本发明乳液降阻剂	1	2	4

表1

通过表1可以看出，本发明配制的乳液降阻剂，其在清水中只需1min即可溶解，然后于2min内起粘；而常规的降阻剂则溶解时长和起粘时间分别为23min和5min。可见，本发明配制的乳液降阻剂，在清水中溶解非常迅速，其在配液管线输送过程中即可溶解并起粘，因而很好地满足了工厂化压裂施工的要求，并且大幅加快了压裂施工的进度。

试验二：在相同配制比例下，采用不同配方和工艺配制的滑溜水，并测试滑溜水的抗盐能力

常规滑溜水：0.1%的常规降阻剂+0.2%的常规黏土稳定剂+0.2%的常规杀菌剂+0.1%的常规助排剂+矿化度为20000ppm的矿化水；

本发明滑溜水：0.1%的乳液降阻剂+0.2%的黏土稳定剂+0.2%的杀菌剂+0.1%的助排剂+矿化度为20000ppm的矿化水。

分别按照上述配方各自配制300mL的滑溜水，并测试常规滑溜水体系和本发明滑溜水体系的抗盐能力，表2为两种滑溜水的测试数据：

滑溜水体系	滑溜水性状	滑溜水粘度（mPa·s）
			常规滑溜水	出现大量絮状物	未起粘
本发明滑溜水	澄清无絮状物出现	4.5

表2

从表2可以看出，本发明滑溜水体系具有良好的抗盐能力，对配液用水的矿化度要求并不严格，可满足直接使用返排液进行配液的要求，进而降低用水量，并节约施工成本。同时，相比常规的滑溜水来说，本发明配制的滑溜水体系在高矿化度地层中不会发生絮凝，因而也避免了滑溜水对地层的渗透率造成伤害，有效地提高了施工后的产气量。

本发明通过对滑溜水配方体系、配方比例以及制备工艺方面的改进，有效地简化了滑溜水的配液流程，加快了压裂施工的进程，并且节约了施工成本，继而很好地为页岩气规模化生产提供了条件。本发明相比现有技术来说，进步十分明显，具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水，其特征在于，包括以下配比的组分：

由质量比为1∶1.2∶0.1∶2∶0.15的丙烯酸钠、丙烯酰胺、磺酸盐、液体石蜡和Span-80组成的乳液降阻剂    0.05%～0.1%；

杀菌剂                      0.1%～0.2%；

黏土稳定剂                  0.1%～0.2%；

助排剂                      0.09%～0.11%；

清水                        余量。

2.根据权利要求1所述的应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水，其特征在于，所述杀菌剂为浓度为10%的季铵盐双子表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水，其特征在于，所述黏土稳定剂由质量比为1∶0.42∶0.52的三乙胺、稀盐酸和环氧氯丙烷组成。

4.根据权利要求3所述的应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水，其特征在于，所述助排剂由以下配比的组分组成：

氟碳                     0.2%～0.4%；

Gemini表面活性剂         4%～6%；

清水                     余量。

5.应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水的制备方法，其特征在于，将清水、0.05%～0.1%的乳液降阻剂、0.1%～0.2%的杀菌剂、0.1%～0.2%的黏土稳定剂以及0.09%～0.11%的助排剂同时泵入到连续混配设备中混配成型；其中，乳液降阻剂的制备过程如下：

（1a）利用蒸馏水将丙烯酰胺水解，并将丙烯酸钠与丙烯酰胺水解液混合，形成混合液一；

（1b）将液体石蜡与Span-80混合形成混合液二；

（1c）向混合液一中加入磺酸盐，并均匀搅拌，形成混合液三；

（1d）将混合液三加入到混合液二中混合，形成混合液四；

（1e）将混合液四升温至30～35℃，并恒温5～6h，形成乳液；

（1f）利用反相破乳剂将乳液破乳，得到乳液降阻剂；所述丙烯酸钠、丙烯酰胺、磺酸盐、液体石蜡和Span-80的质量比为1∶1.2∶0.1∶2∶0.15。

6.根据权利要求5所述的应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水的制备方法，其特征在于，所述杀菌剂为浓度为10%的季铵盐双子表面活性剂。

7.根据权利要求6所述的应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水的制备方法，其特征在于，所述黏土稳定剂的制备过程如下：

（2a）向三口烧瓶中加入三乙胺，并在冷水浴条件下滴加稀盐酸；

（2b）在室温下恒温2～2.5h；

（2c）加入环氧氯丙烷，并于常温下搅拌30～40min，使三口烧瓶中的液体呈弱碱性；

（2d）恒温静置，直至三口烧瓶中的液体澄清时将其浓缩干燥，得到黏土稳定剂；所述三乙胺、稀盐酸和环氧氯丙烷的质量比为1∶0.42∶0.52。

8.根据权利要求7所述的应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水的制备方法，其特征在于，所述步骤（2a）中，滴加稀盐酸的时间为90min。

9.根据权利要求7或8所述应用于页岩气工厂化压裂开采的滑溜水的制备方法，其特征在于，所述助排剂由清水、0.2%～0.4%的氟碳以及4%～6%的Gemini表面活性剂混合而成。