CN104449649B - 一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液及其制备方法 - Google Patents

一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液及其制备方法，该压裂液包括质量分数为38.7‑45.18％的水，质量分数为25.30‑28.67％的柴油，质量分数为25‑30％的压裂液稠化剂，质量分数为2.53‑2.88％的乳化剂。本发明的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液在0℃‑40℃下稳定时间＞15d，具有易制备、易溶、易分散等特点，能实现现场快速混配施工压裂。

Description

一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田压裂液技术领域，具体涉及一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液及其制备方法。
背景技术
压裂液是油气井增产，水井增注的一项重要技术措施。人们利用地面高压泵组，将高粘度液体以大大超过地层吸收能量的排量注入井中。随着在井底附近形成高压，此压力超过井底附近的地应力及岩石的扩张强度后，此缝向前延伸，并在裂缝中填充支撑剂，停泵后即可在地层中形成足够长度，一定宽度及高度的填砂裂缝。它具有很高的渗透能力，大大改善了油气层渗透性，使油气畅流入井，起到增产、增注的作用。
目前，疏水缔合聚合物已广泛作为油田井压裂增产技术中压裂液增稠剂，其应用性能已逐渐趋于成熟，其现场施工工艺主要采用“边配边注”即连续配注工艺技术。然而目前这种连续配注工艺技术，仍存在一些缺点，如压裂液的配制都在现场配制，劳动强度大，增稠剂干粉投料和粉尘大，混合不均匀，易形成粉粒和产生局部冻胶结块，影响压裂液性能；液罐底部存在过剩的压裂液，不能回收利用，造成较大的浪费；此外，施工现场配制数十乃至数百立方米的压裂液，所涉及的液体、设备以及仪表大大加大了施工成本和施工难度。解决这些技术问题的关键在于将连续配注工艺技术改为半连续配注工艺技术，也就是在基地配制好高浓度的疏水缔合聚合物稠化剂浆料，即高浓度乳液态浓缩压裂液，并于施工现场通过混配器，使浓缩压裂液与水混合从而制备所需的水基压裂液，该法操作简单，较大程度降低了工艺难度及生产成本，同时减小了环境污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液及其制备方法。本发明克服了配制过程中劳动强度大，稠化剂干粉投料和粉尘大，混合不均匀，易形成粉粒和产生局部冻胶结块等缺点。
本发明采用的技术方案如下：
一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液，包括如下质量百分比的组分：
水38.7-45.18％，柴油25.30-28.67％，压裂液稠化剂25-30％，乳化剂2.53-2.88％；
所述的压裂液稠化剂为疏水改性聚丙烯酰胺，所述的乳化剂为聚氧乙烯(30)二聚羟基硬脂酸酯(P135)。
根据本发明，优选的，所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液，包括如下质量百分比的组分：
水43.27％，柴油28.85％，压裂液稠化剂25％，乳化剂2.88％。
根据本发明，优选的，所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的油水质量比为3.75：6.25到4.25：5.75，更优选4：6。
根据本发明，优选的，所述的压裂液稠化剂可为丙烯酰胺-丙烯酸钠-烷基丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺-丙烯酸钠-N-烷基丙烯酰胺共聚物以及丙烯酰胺-丙烯酸钠-苯氧乙基丙烯酸酯共聚物，但不限于此。
根据本发明，上述高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的制备方法，步骤如下：
于40-60℃温度下，向柴油中加入乳化剂聚氧乙烯(30)二聚羟基硬脂酸酯，混合均匀，加入水搅拌均匀形成稳定的油包水乳液，最后加入压裂液稠化剂，经高速剪切形成均匀稳定的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液。
根据本发明，优选的，高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的制备乳化温度为40-60℃。
根据本发明，优选的，所述的高速剪切速率为800-1200转/分。
本发明利用压裂液稠化剂在水中易溶不易分散，在油中易分散不溶解的特性，以水为分散相，柴油为连续相，加入乳化剂形成稳定的油包水乳液，再向乳液中加入压裂液稠化剂干粉，使其均匀分布在乳液体系中，形成有较好流变性和可泵性的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液悬浮体。本发明不需要加入交联剂，即可达到优良的效果，本发明高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液可与相应的表面活性剂复配使用效果更佳。
本发明所具有的有益效果为：
(1)本发明所制得的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液能快速溶解，且不产生“鱼眼”粉粒等现象，溶解时间≤2min。
(2)本发明所制得的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液在0℃～40℃的储存温度下稳定时间大于15d。
(3)本发明所制得的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液，可根据不同需要配制成不同的低浓度压裂液，在与相应的表面活性剂复配后在不同温度下170s-1连续剪切60-120min表观粘度均大于50mPa·s，表现出良好的耐温抗剪切性能。
(4)在储层温度(储层温度＞100℃时，数据在95℃下测定)下，本发明配制的低浓度压裂液与相应表面活性剂复配后Gˊ在2.0～7.5之间，G〞在0.32～1.8之间，两者都满足SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》中Gˊ≥1.0，G〞≥0.3的要求。
(5)本发明的压裂液是一种清洁压裂液，其残渣含量＜75mg/L。
(6)本发明的压裂液滤失性能远远优于SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》的要求。
(7)本发明的压裂液对岩心伤害较小，低于SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》的要求。
附图说明
图1为本发明实验例2中1#压裂液样品60℃、170s-1的耐温抗剪切测试结果。
图2为本发明实验例2中2#压裂液样品90℃、170s-1的耐温抗剪切测试结果。
图3为本发明实验例2中3#压裂液样品120℃、170s-1的耐温抗剪切测试结果。
图4为本发明实验例2中4#压裂液样品140℃、170s-1的耐温抗剪切测试结果。
具体实施方式
下面对具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例中所用原料均为常规原料，市购产品。
实施例1、
一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液，包括如下质量百分比的组分：
水38.7％，柴油28.67％，压裂液稠化剂30％，乳化剂2.63％；
所述的压裂液稠化剂为丙烯酰胺-丙烯酸钠-烷基丙烯酸酯共聚物，所述的乳化剂为聚氧乙烯(30)二聚羟基硬脂酸酯(P135)。
制备步骤如下：
于40-60℃温度下，向柴油中加入聚氧乙烯(30)二聚羟基硬脂酸酯，混合均匀，加入水搅拌30min形成稳定的油包水乳液，最后加入压裂液稠化剂，经高速剪切(1000转/分)形成均匀稳定的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液。
实施例2、
一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液，包括如下质量百分比的组分：
水45.18％，柴油25.30％，压裂液稠化剂26.8％，乳化剂2.72％；
所述的压裂液稠化剂为丙烯酰胺-丙烯酸钠-N-烷基丙烯酰胺共聚物，所述的乳化剂为聚氧乙烯(30)二聚羟基硬脂酸酯(P135)。
制备步骤如下：
于40-60℃温度下，向柴油中加入聚氧乙烯(30)二聚羟基硬脂酸酯，混合均匀，加入水搅拌30min形成稳定的油包水乳液，最后加入压裂液稠化剂，经高速剪切(1000转/分)形成均匀稳定的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液。
实施例3、
如实施例1所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液，不同的是包括如下质量百分比的组分：
水43.27％，柴油28.85％，压裂液稠化剂25％，乳化剂2.88％。
制备步骤同实施例1。
实验例1、高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液水化性能
水化是指高浓度的乳液态缔合聚合物压裂液产品与自来水按照一定比例稀释的过程，所获得稀释液粘度达到稳定的时间越短，说明其水化性能越好，越能适应现场规模使用。
将实施例3制备得到的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液和相应的疏水缔合聚合物压裂液增稠剂超细粉分别与水稀释为5000mg/L的低浓度压裂液，采用Waring搅拌器搅拌混合均匀，并控制二者转速相同，测定二者的水化性能，结果如下表1所示。
表1乳液缔合聚合物压裂液水化性能
从表1中可以看出，由高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液配制低浓度压裂液的过程中，能快速溶解，水化时间较短；无“鱼眼”粉粒，在2min已达到最大粘度且能完全溶解，继续搅拌，由于高速剪切作用破坏缔合聚合物空间网络结构后体系粘度有所降低，说明高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液能快速溶解，符合现场使用要求。而由相应的疏水缔合聚合物压裂液增稠剂超细粉配制的低浓度压裂液虽然在3min时粘度达到最大，但是容易产生“鱼眼”，溶解时间为7min时才无颗粒，因此在水化性能方面本发明的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液有较大的优势，能够满足现场施工需要。
实验例2、高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液耐温抗剪切性能评价
将实施例3的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液配制成压裂液增稠剂(以下简称主剂)质量分数为0.3％、0.4％、0.5％、0.65％的低浓度压裂液，加入低浓度压裂液总质量2％的防膨剂KCl，再分别与质量分数为0.15％、0.2％、0.3％、0.7％的表面活性剂G-1复配，得到压裂液样品，分别记为1#、2#、3#和4#，具体组成如表2所示。
所获得压裂液样品采用Physica MCR301高级流变仪分别在60℃、90℃、120℃、140℃，170s-1下测试其耐温抗剪切性能，其实验结果如图1～4所示。
从图1～4中可以看出，由高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液所配制的压裂液样品在60℃、90℃、120℃、140℃，170s-1下剪切1～2h后表观粘度均＞50mPa·s，具有较好的耐温耐剪切能力，完全可以满足储层温度在140℃以内的压裂施工。
表2不同温度段压裂液推荐配方
实验例3、高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液携砂性能
将粒度为20～40目的陶粒20mL悬浮在80mL实验例2中所述的1#～4#压裂液样品中，在不同储层温度下(储层温度＞100℃时，在95℃下测定)测试不同压裂液配方的携砂能力，实验结果如表3所示。
表3不同压裂液配方携砂性能
由表3可知，1#压裂液样品主剂浓度较低，其携砂性能相对较差，随着主剂浓度的增加，体系的携砂性能增加，4#压裂液样品携砂时间为480min，说明本发明的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液所配制的低浓度压裂液样品具有较好的携砂能力，完全可以满足现场加砂施工要求。
实验例4、高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液流变参数以及粘弹性
按照SY/T 5107-2005《水基压裂液通用标准》测定了实验例2中所述的1#～4#压裂液样品的流变参数K＇、n＇，以及粘弹性即储能模量G＇、耗能模量G〞。流变参数以及粘弹性测定温度为该配方适用储层温度，当温度＞100℃，则在95℃下测定，结果表4所示。
表4不同压裂液配方流变参数以及粘弹性测试
由表4可知，总的流动指数n＇相差较小，而主剂浓度更大，稠度系数K＇值更大，在两次变剪切过程中，稠度系数K＇逐渐减小，而流动指数n＇逐渐增加，尤其是主剂浓度为0.65％时更明显，说明压裂液具有良好的剪切稀释性，能有效的降低摩阻，同时压裂液1#～4#的粘弹性也符合SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》对乳液态压裂液粘弹性G＇≥1.0Pa，G〞≥0.3Pa要求。
实验例5、高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液破胶性能
为了提高压裂液的返排效果，降低对储层的伤害，要求压裂液在施工结束时能快速彻底破胶，且破胶时间和裂缝闭合时间相匹配，以过硫酸铵为破胶剂，对实验例2中所述的1#～4#压裂液样品进行了破胶实验，实验结果如表5所示。
表5不同压裂液配方破胶性能及残渣测试
从表5中可以看出，在储层温度下(储层温度＞100℃时，在95℃下测试)，加入质量分数为0.1％～0.18％的过硫酸铵，3h后完全破胶，采用品氏毛细管黏度计测定破胶液的黏度均＜3mPa·s，采用JYW-200型自动表/界面张力仪测定其表面张力均＜28mN/m，符合SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》关于水基压裂液破胶液表面张力＜28mN/m要求。对破胶液进行残渣测定，其残渣含量均＜75mg/L，完全符合SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》中清洁压裂液残渣含量≤100mg/L的指标，说明该压裂液是一种清洁压裂液。
实验例6、高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液动态滤失性能及岩心伤害率
按照SY/T5107-2005《水基压裂液通用标准》在85℃，3.5MPa下，以煤油为流动介质，选取天然岩心测定测定了实验例2中所述的2#压裂液样品的动态滤失性及岩心伤害率，实验结果如表7所示。
表72#压裂液样品滤失性能及岩心伤害测试
SY/T6376-2008压裂液通用技术条件中规定：水基压裂液初始滤失量＜5.0×10- 2m3/m2，滤失速度＜1.5×10-3m/min，滤失系数＜1.0×10-3m/min1/2，动态滤失岩心损害率≤60％。由表7可以看出，该高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液动态滤失性及岩心伤害率均能满足该项规定，说明该压裂液是一种滤失性能低，低岩心伤害的压裂液。

Claims (5)

1.一种高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液，其特征在于，该压裂液包括如下质量百分比的组分：
水38.7-45.18%，柴油25.30-28.67%，压裂液稠化剂25-30%，乳化剂2.53-2.88%；
所述的压裂液稠化剂为疏水改性聚丙烯酰胺，所述的乳化剂为聚氧乙烯（30）二聚羟基硬脂酸酯；
所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的油水质量比为3.75:6.25到4.25:5.75；
所述的疏水改性聚丙烯酰胺为丙烯酰胺-丙烯酸钠-烷基丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺-丙烯酸钠-N-烷基丙烯酰胺共聚物或丙烯酰胺-丙烯酸钠-苯氧乙基丙烯酸酯共聚物。
2.根据权利要求1所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液，其特征在于，所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的油水质量比为4:6。
3.一种权利要求1-2任一项所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的制备方法，步骤如下：
于40-60℃温度下，向柴油中加入乳化剂聚氧乙烯（30）二聚羟基硬脂酸酯，混合均匀，加入水搅拌均匀形成稳定的油包水乳液，最后加入压裂液稠化剂，经高速剪切形成均匀稳定的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液。
4.根据权利要求3所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的制备方法，其特征在于，高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的制备乳化温度为40-60℃。
5.根据权利要求3所述的高浓度油包水乳液态缔合聚合物压裂液的制备方法，其特征在于，所述的高速剪切速率为800-1200转/分。
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