CN105647505A - 一种可使用高矿化度水配制压裂液的溶液及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田化学技术领域,涉及一种可使用高矿化度水配制压裂液的溶液及其配置的压裂液,在高分子聚合物结构中引入特殊的疏水基团,通过长时间低温反应,使合成的聚合物耐温、耐盐、耐细菌腐蚀提高,并配套与之配伍的添加剂,形成具有良好的减阻性能和携砂能力的压裂液体系,可有效满足压裂施工要求,配制而成的压裂液可使用高矿化度水(如油田地下苦咸水、压裂返排液、油气井采出水等)配制压裂液,耐温、耐盐、低伤害、摩阻低,能有效满足压裂施工要求。
Description
技术领域
本发明属于油田化学技术领域,涉及到用于油田增产的压裂液,具体涉及一种可使用高矿化度水配制压裂液的溶液及其应用。
背景技术
压裂作为油气藏的主要增产、增注措施已得到迅速发展和广泛应用。压裂就是利用压力将地层压开形成裂缝,并用支撑剂将它支撑起来,以减小流体流动阻力的增产、增注措施。
压裂的目的就是在地层中形成具有导流能力的裂缝,采用的压裂液在很大程度上决定了压裂效果,同时对压裂液的粘度有一定要求,使其在压裂后能称为低粘度的流体容易返排,以避免对地层中的油气层造成损坏。
水力压裂技术是低渗储层改造的关键技术,水力压裂需要消耗大量淡水,对当地水资源造成影响,而在水资源匮乏地区,这种影响尤为严重。如果能使用高矿化度水配制压裂液,就能缓解水力压裂对水资源的需求。
目前使用的压裂液体系种类很多,其中胍胶及其衍生物压裂液体系的应用最广。但其应用缺陷是使用胍胶及其衍生物作为增稠剂的压裂液破胶不完全,对地层伤害较大,并且胍胶压裂液对配液用水的pH值、矿化度、细菌、杂质含量等都有严格的要求。而高矿化度水往往都会导致植物胶压裂液分层,难以满足压裂施工的要求。需要形成一种新的压裂液体系,以满足高矿化度水配制压裂液的需要。
发明内容
本发明的目的是开发一种新型的压裂液体系,能够适应更多的丰富压裂用水来源,解决缺水地区部分水源无法进行压裂液配制的问题,缓解水力压裂对水资源的需求。
为此,本发明提供了一种可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,该溶液按重量百分比计成分构成如下:
抗高矿化度增稠剂0.15~0.45%;
温度稳定剂0.1%;
助排剂0.2%;
高矿化度水99.15~99.54%;
破胶剂0.01~0.1%。
所述的抗高矿化度增稠剂的按如下步骤合成:
(1)材料准备:准备亲水性丙烯基单体、氢氧化钠溶液、疏水单体、乳化剂、引发剂和水,使得亲水性丙烯基单体、疏水单体、乳化剂、引发剂分别占总体系质量的12%、4%~5%、1%~5%和0.2%~0.5%,所述的氢氧化钠溶液为质量分数为20%~40%的氢氧化钠水溶液,其质量满足与亲水性丙烯基单体反应恰成中性;
(2)按步骤(1)中的配比量将亲水性丙烯基单体充分溶解于水中,然后添加氢氧化钠溶液,将体系的pH值调至中性;
(3)按步骤(1)中的配比量在上述溶液中加入疏水单体,然后加入乳化剂,搅拌加热,再按2L/min速率通入氮气30min~80min,加热至30℃~50℃;然后加入总引发剂质量65%的引发剂引发聚合,反应10~15h,继续加入剩余量的引发剂;10h后,体系粘度变大,继续反应4~8h后冷却至室温,出料;
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入无水乙醇反复冲洗沉淀,真空干燥3~5天,造粒,得到纯净的抗高矿化度增稠剂。
所述的步骤(1)和步骤(3)中的疏水单体为甲基丙烯酸酯、乙烯基三甲基硅烷、丙烯酸十三氟辛酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的任意两种。
所述的步骤(1)和步骤(3)中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种,所述的乳化剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵。
所述的破胶剂为胶囊包裹的过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、次氯酸镁的一种。
所述的温度稳定剂为NaOH溶液、KOH溶液、三乙醇胺、磷酸中的一种或几种。
所述的助排剂为非离子表面活性剂,其具体配方为壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇、鲸蜡醇中的一种与乙醇、清水按质量比1:0.5:3复配制得。
一种如上述可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的冻胶压裂液,将该溶液与交联剂以容积比为100:0.5~3.0的比例混合,制成冻胶压裂液。
上述可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的冻胶压裂液,所述的交联剂为复合三乙醇钛与NaHCO3在有机溶剂叔丁醇中按照1:1:50质量比搅拌即生成交联剂成品。
一种如上述可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的滑溜水压裂液,将该溶液与清水按照容积比1:2比例混合制成滑溜水压裂液。
本发明的有益效果:
本发明通过合成一种多支链高分子聚合物,引入耐盐单体,控制分子结构获得体系的耐盐及减阻性能,配套开发了与之配伍的助排剂、交联剂、破胶剂使其达到稳定的施工携砂性能及储层保护性能。本发明涉及的压裂液体系能够使用高矿化度水源配制,既能扩大水力压裂配液用水的来源又能缓解油田各类外排处理问题,环保和节水效益显著。能够适应更多的丰富压裂用水来源,解决缺水地区部分水源无法进行压裂液配制的问题,缓解水力压裂对水资源的需求。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是可使用高矿化度水配制压裂液的溶液的粘温曲线图。
具体实施方式
实施例1:
本实施例提供一种可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,该溶液按重量百分比计成分构成如下:
抗高矿化度增稠剂0.15~0.45%;
温度稳定剂0.1%(温度稳定剂为NaOH溶液、KOH溶液、三乙醇胺、磷酸中的一种或几种);
助排剂0.2%(助排剂为非离子表面活性剂,其具体配方为壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇、鲸蜡醇中的一种与乙醇、清水按质量比1:0.5:3复配制得);
高矿化度水99.15~99.54%(如油田地下苦咸水、压裂返排液、油气井采出水等);
破胶剂0.01~0.1%(破胶剂为胶囊包裹的过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、次氯酸镁的一种)。
上述抗高矿化度增稠剂的按如下步骤合成:
(1)材料准备:准备亲水性丙烯基单体、氢氧化钠溶液、疏水单体(疏水单体为甲基丙烯酸酯、乙烯基三甲基硅烷、丙烯酸十三氟辛酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的任意两种)、乳化剂(乳化剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵)、引发剂(引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种)和水,使得亲水性丙烯基单体、疏水单体、乳化剂、引发剂分别占总体系质量的12%、4%~5%、1%~5%和0.2%~0.5%,所述的氢氧化钠溶液为质量分数为20%~40%的氢氧化钠水溶液,其质量满足与亲水性丙烯基单体反应恰成中性。在本实施例中准备的材料为亲水性丙烯基单体120g、氢氧化钠溶液290g、甲基丙烯酸酯25g、乙烯基三甲基硅烷20g、十二烷基二甲基苄基氯化铵30g、过硫酸钾5g和水510g,其中氢氧化钠溶液为质量分数为38%的氢氧化钠水溶液。
(2)按步骤(1)中的配比量,取亲水性丙烯基单体60g充分溶解于水250g中,然后添加氢氧化钠溶液,直至将体系的pH值调至中性,此处缓慢添加并随时测试PH值,所用的氢氧化钠溶液约为150g;
(3)按步骤(1)中的配比量,在上述溶液中加入13g甲基丙烯酸酯、10g乙烯基三甲基硅烷,然后加入15g十二烷基二甲基苄基氯化铵,搅拌加热,再按2L/min速率通入氮气30min~80min,加热至30℃~50℃;然后加入1.5g过硫酸钾(配方量引发剂质量65%)引发聚合,反应10~15h,继续加入1g(配方量的引发剂质量的35%)的引发剂;10h后,体系粘度变大,继续反应4~8h后冷却至室温,出料;
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入无水乙醇反复冲洗沉淀,真空干燥3~5天,造粒,得到纯净的抗高矿化度增稠剂。
本实施例中合成高矿化度增稠剂的各个材料的量,均按配方量进行配比加入,即亲水性丙烯基单体、疏水单体、乳化剂、引发剂要分别占总体系质量的12%、4%~5%、1%~5%和0.2%~0.5%,氢氧化钠溶液的量恰为亲水性丙烯基单体中和量,其余为水,在复配之前,要先进行计算,得到相应的材料的使用量,按照配比进行过程中的添加。
高矿化度水是无机盐总含量大于1000mg/L的矿井水,包括油田地下苦咸水、压裂返排液、油气井采出水等,采用本发明的压裂液的体系可用1000mg/L~10000mg/L的矿化水配制压裂液,图1为利用本发明的增稠剂采用10000mg/L的矿化水配制的压裂液在不同温度、170s-1下剪切30min,其粘度的变化曲线图,由图1中的粘度温度曲线值可以看出,利用本发明的压裂液的体系可满足现场压裂施工要求。
实施例2:
本实施例提供一种如实施例1所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的冻胶压裂液,将该溶液与交联剂以容积比为100:0.5~3.0的比例混合,制成冻胶压裂液。
上述可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的冻胶压裂液,所述的交联剂为复合三乙醇钛与NaHCO3在有机溶剂叔丁醇中按照1:1:50质量比搅拌即生成交联剂成品。
在现场30m3容器中加入28m3高矿化度水,再用泵循环的情况下缓慢加入稠化剂,然后依次按配方比例加入助排剂(壬基酚聚氧乙烯醚、乙醇、清水按质量比1:0.5:3复配制得)、稳定剂(三乙醇胺),继续循环10分钟。继续循环并将液体补满,持续20分钟以确保液体充分混匀,其中加入破胶剂(胶囊包裹的过硫酸铵),以上比例均以实施例1的比例为准,形成溶液A,在即将施工前将交联剂倒入2m3容器,作为溶液B。
压裂施工时,在泵注溶液A的同时,将溶液B按A:B=100:2的体积比进行混合,形成冻胶压裂液,形成冻胶压裂液可以作为压裂液直接使用,进行井下压裂。
将形成的冻胶压裂液用于井下压裂,经试验,其结果性能如下表:
时间/min | 10 | 100 | 250 | 500 | 1000 | 1500 | 1800 |
温度/℃ | 20 | 30 | 40 | 55 | 80 | 96 | 113 |
粘度/mpa·s | 180 | 176 | 165 | 140 | 80 | 60 | 40 |
由上表可以看出,本实施例制备的冻胶压裂液能够实现现场压裂,满足现场压裂需求,具备压裂能力,因此,实现了对高矿化度水的高度再利用。
实施例3:
本实施例提供一种如实施例1所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的滑溜水压裂液,将该溶液与清水按照容积比1:2比例混合制成滑溜水压裂液。
在现场30m3容器中加入10m3清水,再用泵循环的情况下缓慢加入稠化剂,然后按配方比例加入助排剂壬基酚聚氧乙烯醚、乙醇、清水按质量比1:0.5:3复配制得)、稳定剂(三乙醇胺),继续循环10分钟,继续循环并将液体补满,持续20分钟以确保液体充分混匀,形成滑溜水压裂液,形成滑溜水压裂液可以作为压裂液直接使用,进行井下压裂。
将形成的滑溜水压裂液用于井下压裂,经试验,整个施工工程总液量350.7m3,砂比8.76%,破裂压力24.3MPa,施工压力31.6MPa,停泵压力20.8MPa,压裂施工顺利,施工摩阻低,取得了良好增产效果。
综上所述,本发明的这种可使用高矿化度水配制压裂液的溶液极其配制而成的压裂液,通过合成一种多支链高分子聚合物,引入耐盐单体,控制分子结构获得体系的耐盐及减阻性能,配套开发了与之配伍的助排剂、交联剂、破胶剂使其达到稳定的施工携砂性能及储层保护性能;能够使用高矿化度水源配制,既能扩大水力压裂配液用水的来源又能缓解油田各类外排处理问题,环保和节水效益显著;能够适应更多的丰富压裂用水来源,解决缺水地区部分水源无法进行压裂液配制的问题,缓解水力压裂对水资源的需求。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,其特征在于:该溶液按重量百分比计成分构成如下:
抗高矿化度增稠剂0.15~0.45%;
温度稳定剂0.1%;
助排剂0.2%;
高矿化度水99.15~99.54%;
破胶剂0.01~0.1%。
2.如权利要求1所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,其特征在于:所述的抗高矿化度增稠剂的按如下步骤合成:
(1)材料准备:准备亲水性丙烯基单体、氢氧化钠溶液、疏水单体、乳化剂、引发剂和水,使得亲水性丙烯基单体、疏水单体、乳化剂、引发剂分别占总体系质量的12%、4%~5%、1%~5%和0.2%~0.5%,所述的氢氧化钠溶液为质量分数为20%~40%的氢氧化钠水溶液,其质量满足与亲水性丙烯基单体反应恰成中性;
(2)按步骤(1)中的配比量将亲水性丙烯基单体充分溶解于水中,然后添加氢氧化钠溶液,将体系的pH值调至中性;
(3)按步骤(1)中的配比量在上述溶液中加入疏水单体,然后加入乳化剂,搅拌加热,再按2L/min速率通入氮气30min~80min,加热至30℃~50℃;然后加入总引发剂质量65%的引发剂引发聚合,反应10~15h,继续加入剩余量的引发剂;10h后,体系粘度变大,继续反应4~8h后冷却至室温,出料;
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入无水乙醇反复冲洗沉淀,真空干燥3~5天,造粒,得到纯净的抗高矿化度增稠剂。
3.如权利要求2所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,其特征在于:所述的步骤(1)和步骤(3)中的疏水单体为甲基丙烯酸酯、乙烯基三甲基硅烷、丙烯酸十三氟辛酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的任意两种。
4.如权利要求1所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,其特征在于:所述的步骤(1)和步骤(3)中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种,所述的乳化剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵。
5.如权利要求1所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,其特征在于:所述的破胶剂为胶囊包裹的过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、次氯酸镁的一种。
6.如权利要求1所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,其特征在于:所述的温度稳定剂为NaOH溶液、KOH溶液、三乙醇胺、磷酸中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液,其特征在于:所述的助排剂为非离子表面活性剂,其具体配方为壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇、鲸蜡醇中的一种与乙醇、清水按质量比1:0.5:3复配制得。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的冻胶压裂液,其特征在于:将该溶液与交联剂以容积比为100:0.5~3.0的比例混合,制成冻胶压裂液。
9.如权利要求8所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的冻胶压裂液,其特征在于:所述的交联剂为复合三乙醇钛与NaHCO3在有机溶剂叔丁醇中按照1:1:50质量比搅拌即生成交联剂成品。
10.一种如权利要求1-7任意一项所述的可使用高矿化度水配制压裂液的溶液配置而成的滑溜水压裂液,其特征在于:将该溶液与清水按照容积比1:2比例混合制成滑溜水压裂液。
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