CN105733547A

CN105733547A - 一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液及其制备方法

Info

Publication number: CN105733547A
Application number: CN201610067325.0A
Authority: CN
Inventors: 胡永全; 刘通义; 陈光杰; 谭坤; 林波
Original assignee: CHENGDU BAICHUN PETROLEUM TECHNOLOGY Co Ltd; Southwest Petroleum University
Current assignee: CHENGDU BAICHUN PETROLEUM TECHNOLOGY Co Ltd; Southwest Petroleum University
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: CN105733547B

Abstract

本发明公开了一种适用于170℃以下高温、高压储层改造的抗高温低摩阻加重清洁压裂液及其制备方法，该压裂液的组分及重量百分比含量为：抗高温稠化剂0.2%～0.8%、体系增效剂0.1%～0.8%、高温稳定剂0.1%～0.3%、加重剂0%～42%、其余组分为淡水。本发明具有以下多种功能及优点：（1）可采用加重剂加重，密度从0～1.32 g/cm³可调；（2）良好的耐温抗剪切性能，通过配方调整可以满足170℃以下的高温深井压裂施工要求；（3）优良的降阻性能，能有效降低管路摩阻，降阻率可达70%（4）压裂液是具有可逆结构的流体，经过高剪切后结构破坏小；（5）压裂液残渣含量低至10mg/L以下，减少了对储层及支撑裂缝伤害，从而提高压裂效果，增加储层产能。

Description

一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液及其制备方法

技术领域

本发明涉及油气藏增产技术领域，具体涉及一种可应用于高温深井储层改造的抗高温低摩阻加重清洁压裂液。

背景技术

压裂液是低渗透储层改造的关键之一，随着压裂改造不断向深井、超深井发展，高温、高压、破裂压力异常等特点也成为了压裂液技术必须要面对的挑战，从而对压裂液技术也提出了新的要求。

对于高温、深井、高压储层，由于油气储层发育致密、构造应力作用强、地层孔隙压力高及储层伤害严重、地层的破裂压力和裂缝延伸压力较高等均会造成地面施工压力过高，有的甚至超过地面设备的承载能力而不得不终止施工。

加重压裂液技术是被公认的减小施工压力，降低施工风险的有效手段之一。通过加重剂提高压裂液密度的方式使液柱压力增加，从而减小井口施工压力，达到压开储层、使裂缝延伸的目的。但目前为止，常用的加重压裂液也存在诸多问题，首先，普通胍胶加重压裂液虽然具有良好的抗温性能，但其残渣含量高、交联时间很难控制、管路摩阻大、不抗剪切等缺点不容忽视；其次，被认为是清洁无残渣的VES类粘弹性表面活性剂压裂液显著降低了伤害，但其耐温性能差，使用温度受限，并且与加重剂配伍性较差，也无法满足高温、高压、深井储层的压裂施工要求。

目前国内外相关企业也对压裂液进行了一些研究并取得一定成果，如申请号为200910013666.X的《清洁压裂液及其应用》、申请号为201210077974.0的《清洁压裂液》、申请号为201310189229.X的《加重压裂液》等，但这些压裂液在实现降低摩阻、加重密度和清洁回收的功能上仍然存在一定问题，尤其是无法做到无残渣分解回收，对井下依然有一定的污染。

因此，针对现有压裂液体系存在的问题，研制一种抗高温、低摩阻、无残渣、可加重密度高的新型加重清洁压裂液体系将对高温、深井、高压储层的压裂改造具有指导意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于170℃以下储层的抗高温低摩阻加重清洁压裂液及其配制方法，该压裂液具有摩阻低，耐温抗剪切性能强，可采用多种加重剂加重且密度可调等特点，适用于高温、深井、高压储层的压裂改造。

本发明的目的可通过如下技术方案来实现：

本发明提供的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其组分及重量百分比含量如下：

抗高温稠化剂，0.2％～0.8％；

高温稳定剂，0.1％～0.3％；

体系增效剂，0.1％～0.8％；

加重剂，0％～42％；

其余组分为淡水。

进一步的，所述抗高温稠化剂产品代号BCG-JZ，该稠化剂采用可聚合单体组成，在可聚合单体的基础上引入特殊官能团，经过聚合、造粒、烘干、粉碎工艺而制得的一种超分子聚合物，聚合物为白色粉末状，其水溶液是一种超分子聚集体结构，具有耐温抗剪切、耐盐、低摩阻、清洁无残渣的特征，适用温度为20℃～170℃。

进一步的，所述可聚单体包括丙烯酸、双丙烯酰胺、十八烷基二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸。

进一步的，所述特殊官能团包括磺酸基、羧基、羟基。

进一步的，所述高温稳定剂为硫代硫酸钠。

进一步的，所述体系增效剂产品由十二烷基苯磺酸钠、椰油基磺酸钠、油酸钾、油酸钠中的至少一种与水混配而成的，该体系增效剂为阴离子表面活性剂，可使稠化剂溶液中的分子链之间缔合作用、协同效应增强，加固加密溶液的超分子结构，从而显著增强体系表观黏度和结构强度；并且在高温条件下，体系增效剂的水解作用增大，增加了与高温稠化剂溶液分子链之间的缔合点，能显著增强体系的抗温性能。

进一步的，所述加重剂为氯化钾，甲酸钾、氯化钠、硝酸钠以及溴化钠中的任意一种。

本发明还提供的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液的制备方法，步骤如下：

1)清洗大罐，确保罐内无杂物、无残液，预先在罐中准备配液水；

2)加入高温稳定剂，启动搅拌器对液体进行搅拌，在搅拌条件下，采用射流技术，利用流体高速射流，造成喉管处空气被吸入流体形成真空，带动附近抗高温稠化剂被吸入液体，并均匀分布到液体中，在高速流体的运动中进一步均匀融合并将液体缓慢变为粘稠状态；

3)液体搅拌15min后，开始向循环罐中加入加重剂，对大罐持续匀速搅拌，确保加重剂溶解；

4)液体密度达到所需密度后，停止加入加重剂，用射流枪向大罐中吸入剩余的抗高温稠化剂，搅拌均匀后停止；

5)液体放置2～4h后，检查液体粘度，达标后储存备用；

6)在混砂车上，由比例泵按配方设计的比例注入体系增效剂，使其与加重压裂液基液在混砂罐中充分混合，得到最终的加重清洁压裂液。

进一步的，压裂液在施工时，破胶剂在混砂车上由干粉添加剂泵追加至压裂液体系中，压裂施工前期使用过硫酸铵胶囊破胶剂，过硫酸铵胶囊破胶剂为胶囊状药品，将过硫酸铵放置于胶囊中，送入井下后在一定压力和温度状况下胶囊破裂，药品再产生作用，压裂施工后期使用过硫酸铵，加入后即产生作用，添加量为0.01％～0.1％，加入方式为楔形追加，即在不同阶段逐渐增加加入破胶剂的配比，楔形追加程序为：

1)压裂施工过程中，在前置液阶段，按0.01％的添加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂；

2)在携砂液阶段，砂比为0～7％时，按0.03％的加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂，砂比为7～14％时，按0.04％的添加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂，并追加0.02％的过硫酸铵；砂比为14～28％时，按0.05％的添加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂，并追加0.03％的过硫酸铵；砂比为28％以上时，按0.07％的添加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂，并追加0.05％的过硫酸铵；

3)在顶替液阶段，按0.07％的加量追加过硫酸铵，并在快结束时加量变为0.1％。

与现有加重压裂液技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)发明中的抗高温稠化剂，通过采用几种可聚合单体、引入抗温、抗盐、疏水基团等特殊官能团，大大提高了其溶胀、抗温、抗盐性能；

(2)发明中采用体系增效剂，增强了稠化剂溶液中的分子链之间缔合作用、协同效应，提高体系表观黏度和结构强度，从而显著增强体系的抗温性能；

(3)抗高温低摩阻加重清洁压裂液可采用加重剂进行加重，密度在0～1.32g/cm³范围内可根据需要调整；

(4)抗高温低摩阻加重清洁压裂液具有良好的耐温抗剪切性能，通过配方调整，可以满足170℃以下的高温深井压裂施工要求。

(5)抗高温低摩阻加重清洁压裂液具有优良的降阻性能，在增加密度降低井口施工压力的同时，液体能有效降低管路摩阻；

(6)抗高温低摩阻加重清洁压裂液是具有可逆结构的流体，经过管路的高速剪切后结构可恢复，适合深井压裂；

(7)抗高温低摩阻加重清洁压裂液残渣含量很低，压裂后对储层的二次伤害小，减少了对储层及支撑裂缝伤害，从而提高压裂效果，增加储层产能。

附图说明

图1为本发明的压裂液(ρ＝1.12g/cm³)在150℃条件下的耐温耐剪切测试曲线；

图2为本发明的压裂液(ρ＝1.32g/cm³)在170℃条件下的耐温耐剪切测试曲线；

图3为本发明的抗高温低摩阻加重清洁压裂液的现场施工摩阻测试曲线；

图4为本发明的抗高温低摩阻加重清洁压裂液的剪切前情况；

图5为本发明的抗高温低摩阻加重清洁压裂液的剪切后情况。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

若未特别指出，实施例中涉及到的抗高温低摩阻加重清洁压裂液性能评价实验条件和实验方法均参照《SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法》。

若未特别指出，实施例中涉及到的百分号“％”均为质量百分比。

抗高温稠化剂，0.2％～0.8％；高温稳定剂，0.1％～0.3％；体系增效剂，0.1％～0.8％；加重剂，0％～42％；其余组分为淡水。

所述抗高温稠化剂产品代号BCG-JZ，该稠化剂采用可聚合单体组成，所述可聚单体包括丙烯酸、双丙烯酰胺、十八烷基二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸中的至少一种，在可聚合单体的基础上引入特殊官能团，所述特殊官能团包括磺酸基、羧基、羟基，特殊官能团和可聚合单体经过聚合、造粒、烘干、粉碎工艺而制得的一种超分子聚合物，聚合物为白色粉末状，其水溶液是一种超分子聚集体结构，具有耐温抗剪切、耐盐、低摩阻、清洁无残渣的特征，适用温度为20℃～170℃。所述高温稳定剂为硫代硫酸钠。所述体系增效剂产品由十二烷基苯磺酸钠、椰油基磺酸钠、油酸钾、油酸钠中的至少一种与水混配而成的，该体系增效剂为阴离子表面活性剂，可使稠化剂溶液中的分子链之间缔合作用、协同效应增强，加固加密溶液的超分子结构，从而显著增强体系表观黏度和结构强度；并且在高温条件下，体系增效剂的水解作用增大，增加了与高温稠化剂溶液分子链之间的缔合点，能显著增强体系的抗温性能。所述加重剂为氯化钾，甲酸钾、氯化钠、硝酸钠以及溴化钠中的任意一种。

本发明所提供的抗高温低摩阻加重清洁压裂液，具有良好的清洁性能，在压裂过程中的前置液、携砂液、顶替液施工阶段，分别通过加注过硫酸铵胶囊破胶剂和过硫酸铵的楔形添加，使压裂液在需要的时候逐渐进行分解且分解后压裂液残渣含量低至10mg/L以下，确保压裂液清洁，不污染地层。

实施例1、

KCl加重的清洁压裂液配方及150℃耐温耐剪切性能评价：

加重清洁压裂液组分按重量百分比分别为：抗高温稠化剂0.6％、高温稳定剂0.2％、加重剂为17％，余量为清水。加重剂采用KCl作为原料，配制加重清洁压裂液基液；在加重清洁压裂液基液中加入重量百分比为0.5％的体系增效剂，充分混合均匀后，得到低粘度高粘弹性的加重清洁压裂液，其密度为1.12g/cm³。

使用高温流变仪在170s^-1，150℃条件下对KCl加重的清洁压裂液进行耐温耐剪切性能测试120min，测试曲线如图1所示。

从150℃流变测试曲线可以看出，在170s^-1持续剪切的情况下，加重清洁压裂液粘度始终大于30mPa·s，并在温度稳定后存在一个动态平衡，表明实施例1的KCl加重清洁压裂液配方在150℃具有良好的耐温、耐剪切性能。

实施例2、

NaNO₃加重的清洁压裂液配方及170℃耐温耐剪切性能评价：

加重清洁压裂液组分按重量百分比分别为：抗高温稠化剂0.7％、高温稳定剂0.3％、加重剂NaNO₃为42％，余量为清水，配制加重清洁压裂液基液；在加重清洁压裂液基液中加入重量百分比为0.7％的体系增效剂，充分混合均匀后，得到低粘度高粘弹性的加重清洁压裂液，其密度为1.32g/cm³。

使用高温流变仪在170s^-1，170℃条件下对NaNO₃加重的清洁压裂液进行耐温耐剪切性能测试120min，测试曲线如图2所示。

从170℃流变曲线可以看出，在170s^-1持续剪切的情况下，加重清洁压裂液的粘度在中间阶段呈现一个抛物线的过程，这是由于在高盐度的作用下，体系结构存在一个束缚→增强→减弱→平衡的过程，最终压裂液粘度保持在一个较高的值，表明实施例2的NaNO₃加重清洁压裂液配方抗盐性能、耐温温抗剪切性能良好，并且经高密度加重后体系性能影响不大。

实施例3、

加重的清洁压裂液的现场施工摩阻性能测试：

采用实施例1和实施例2中的加重清洁压裂液和清水进行了现场施工摩阻测试，几种液体摩阻随排量的变化曲线如图3所示。

其中：测试管柱采用3-1/2″(内径为76mm)×2000m的光油管，并带两个压力计入井以测试井底压力。

通过对三组液体的摩阻曲线进行多项式拟合，得到液体摩阻随排量变化的多项式，计算指定排量下的液体摩阻，随即计算压裂液的降阻率，实施例1和例2加重压裂液在不同排量下的降阻率计算结果如表1。

表1指定排量下几种液体降阻率计算数据

从实验数据可以看出，当排量达到5m³/min时，实施例1的加重压裂液密度为1.12g/cm³其降阻率可达72％；而密度增加到1.32g/cm³后，实施例2的降阻率稍微有所降低，说明本发明提供的加重清洁压裂液具有优良的降阻性能。

如图4、图5所示，实施例2中的NaNO₃加重清洁压裂液经过管路剪切前后的状态变化显著，从图4和图5的剪切前后对比情况可以看出，剪切对压裂液的影响较小，剪切后压裂液粘弹性很好，其结构基本未被破坏，说明这种抗高温低摩阻加重清洁压裂液是真正的可逆结构流体。

实施例4、

抗高温低摩阻加重清洁压裂液的清洁性能评价：

采用实施例1和实施例2中的加重清洁压裂液进行了清洁性能评价，测试了两组液体的破胶液表面张力和残渣含量，测试结果见表2。

表2压裂液破胶液基础数据测试

实验结果表明，本发明提供的压裂液具有破胶液粘度低，表界面张力低，利于压裂后返排，并且残渣含量低至10mg/L以下，说明压裂液具有优良的清洁性能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明并不局限于上述方式，在不脱离本发明原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其特征在于，其组分及重量百分比含量如下：

抗高温稠化剂，0.2%～0.8%；

高温稳定剂，0.1%～0.3%；

体系增效剂，0.1%～0.8%；

加重剂，0%～42%；

其余组分为淡水。

2.根据权利要求1所述的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其特征在于，所述抗高温稠化剂，该稠化剂采用可聚合单体组成，在可聚合单体的基础上引入特殊官能团，经过聚合、造粒、烘干、粉碎工艺而制得的一种超分子聚合物，聚合物为白色粉末状，其水溶液是一种超分子聚集体结构，具有耐温抗剪切、耐盐、低摩阻、清洁无残渣的特征，适用温度为20℃～170℃。

3.根据权利要求2所述的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其特征在于，所述可聚单体包括丙烯酸、双丙烯酰胺、十八烷基二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸。

4.根据权利要求2所述的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其特征在于，所述特殊官能团包括磺酸基、羧基、羟基。

5.根据权利要求1所述的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其特征在于，所述高温稳定剂为硫代硫酸钠。

6.根据权利要求1所述的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其特征在于，所述体系增效剂产品由十二烷基苯磺酸钠、椰油基磺酸钠、油酸钾、油酸钠中的至少一种与水混配而成的，该体系增效剂为阴离子表面活性剂，可使稠化剂溶液中的分子链之间缔合作用、协同效应增强，加固加密溶液的超分子结构，从而显著增强体系表观黏度和结构强度；并且在高温条件下，体系增效剂的水解作用增大，增加了与高温稠化剂溶液分子链之间的缔合点，能显著增强体系的抗温性能。

7.根据权利要求1所述的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其特征在于，所述加重剂为氯化钾，甲酸钾、氯化钠、硝酸钠以及溴化钠中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液，其特征在于，本发明还提供一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液的配制方法，步骤如下：

1）清洗大罐，确保罐内无杂物、无残液，预先在罐中准备配液水；

2）加入高温稳定剂，启动搅拌器对液体进行搅拌，在搅拌条件下，采用射流技术，向大罐中吸入抗高温稠化剂并使其均匀融合到液体中，液体缓慢变为粘稠状态；

3）液体搅拌15min后，开始向循环罐中加入加重剂，对大罐持续匀速搅拌，确保加重剂溶解；

4）液体密度达到所需密度后，停止加入加重剂，用射流枪向大罐中吸入剩余的抗高温稠化剂，搅拌均匀后停止；

5）液体放置2～4h后，检查液体粘度，达标后储存备用；

6）在混砂车上，由比例泵按配方设计的比例注入体系增效剂，使其与加重压裂液基液在混砂罐中充分混合，得到最终的加重清洁压裂液。

9.根据权利要求8所述的一种抗高温低摩阻加重清洁压裂液的制备方法，其特征在于，压裂液在施工时，破胶剂在混砂车上由干粉添加剂泵追加至压裂液体系中，压裂施工前期使用过硫酸铵胶囊破胶剂，过硫酸铵胶囊破胶剂为胶囊状药品，将过硫酸铵放置于胶囊中，送入井下后在一定压力和温度状况下胶囊破裂，药品再产生作用，压裂施工后期使用过硫酸铵，加入后即产生作用，添加量为0.01%～0.1%，加入方式为楔形追加，即在不同阶段逐渐增加加入破胶剂的配比，楔形追加程序为：

1）压裂施工时，在前置液阶段，按0.01%的添加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂；

2）在携砂液阶段，砂比为0～7%时，按0.03%的加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂，砂比为7～14%时，按0.04%的添加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂，并追加0.02%的过硫酸铵；砂比为14～28%时，按0.05%的添加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂，并追加0.03%的过硫酸铵；砂比为28%以上时，按0.07%的添加量追加过硫酸铵胶囊破胶剂，并追加0.05%的过硫酸铵；

3）在顶替液阶段，按0.07%的加量追加过硫酸铵，并在快结束时加量变为0.1%。