CN105860951A - 一种酸性聚合物压裂液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酸性聚合物压裂液及其制备方法，属于油气田开发用压裂液技术领域。该酸性聚合物压裂液包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.25％～0.60％、防膨剂1.0％～2.0％、助排剂0.2％～0.5％、交联剂0.3％～0.7％、余量为水；所述交联剂为酸性聚合物延迟交联剂和酸性聚合物交联剂的混合物，酸性聚合物延迟交联剂与酸性聚合物交联剂的质量比为1:2～1:3。该酸性聚合物压裂液交联时间在30s～120s之间可调，防膨率较高，携砂性能较好，岩心伤害率小，破胶性能好，制备方法流程简便，可满足油气田增产改造的要求。

Description

一种酸性聚合物压裂液及其制备方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种酸性聚合物压裂液及其制备方法。

背景技术

压裂技术是油气田开采中重要增产措施，压裂的目的在于使地层中形成具有一定尺寸和导流能力的裂缝。压裂液的选择很关键，目前常用的压裂液是水基压裂液。

瓜胶压裂体系压裂液较好的满足了低渗透油田压裂工艺的需要，但是该体系存在瓜胶残渣含量较高、对储层伤害率较高等问题。聚合物压裂液体系具有更好的粘温特性且增稠能力强、无残渣、对地层伤害小、冻胶稳定性好、携砂能力强。公告号为CN102071004B的“一种低聚物酸性压裂液”公开的技术方案记载了一种低聚物酸性压裂液，包括下列各组分，按质量百分比配比：0.35％～0.40％低聚物、0.5％～0.6％酸性交联剂、0.06％～0.08％过硫酸钾及余量的水；所述低聚物为CRY-11型低聚物，所述酸性交联剂为JRY-11型酸性交联剂。该低聚物酸性压裂液适用于碱敏性储层的压裂改造，体系依靠冻胶携砂，可充分保证高砂比施工，但没有对交联时间进行调节和控制，没有提及如何稳定地层岩石中的粘土矿物，而且压裂体系适用较窄。公告号为CN102634329B的“低分子聚合物压裂液”公开的技术方案记载了一种低分子聚合物压裂液，各组分质量百分比为：XT-3低分子聚合物稠化剂0.25～0.6％、交联剂0.2～0.6％、醋酸0.02～0.08％、非离子型助排剂0.2～0.5％、氯化钾0.5～2％、过硫酸铵0.0001～0.15％、亚硫酸氢钠0.15％，余量为水；该技术方案解决了压裂液的残渣与储层的碱敏伤害，压裂液摩阻低、耐温耐剪切性能好，能够满足低渗、碱敏储层压裂改造的需要，但是该低分子聚合物压裂液对粘土防膨率低，防膨率≥80％；其压裂液对储层存在伤害，平均岩心伤害率≤15％，未提及该种压裂液现场施工压裂液携砂能力以及施工最高砂液比，该低分子聚合物压裂液在配液时，需要先将醋酸倒入配液大罐内，调节水的pH值至弱酸性，配液工艺繁琐，交联时间在现场施工时不易控制，该低分子聚合物压裂液体系在温度≤55℃时，需添加破胶活化剂和破胶剂，方能彻底破胶。公布号为CN103436245A的“压裂用合成聚合物压裂液”公开的技术方案记载了一种压裂用合成聚合物压裂液，包括基液和交联剂，基液以制备形成的压裂液总质量计，组分和配比为：0.1％～0.5％的增稠剂、0.1％～0.5％的粘土稳定剂、0.1％～0.5％的助排剂、0.1％～0.5％的起泡剂、0.1％～0.5％的pH调节剂，余量为水；以交联剂相对于基液的质量分数计，交联剂占0.1％～0.5％；该技术方案的聚合物压裂液能够有效降低压裂液对储层的伤害，残渣含量低，使用温度范围大，提高了压裂改造效果，满足了油气田增产改造要求，该聚合物压裂液体系交联时间短，交联时间仅10～60s交联，该聚合物压裂液体系使用的部分水解改性聚丙烯酰胺分子量为150～250万，分子量较大。公布号为CN104371699A的“一种有机铝锆交联剂、制备方法及低分子聚合物压裂液”公开的技术方案记载的有机铝锆交联剂由以下重量份数的原料反应制得：锆盐15～25份、铝盐15～25份、多元醇150～250份、有机酸75～85份、葡萄糖酸盐15～25份、水55～65份；该有机铝锆交联剂具有优良的耐高温性能，在高温、高矿化度下具有良好的交联效果；该交联剂与聚合物复配的压裂液，在高温条件下，凝胶稳定，具有优良的携砂能力、破胶性能和耐剪切性能；但是技术方案中未提及该有机铝锆交联剂如何控制交联时间及交联时间控制范围。

现有技术中公布号为CN104109219A的“一种耐高温酸性聚合物稠化剂及其制备方法和应用”公开了一种技术方案，该技术方案记载的压裂液体系，由以下质量百分比计的组分组成：耐高温酸性交联聚合物稠化剂与交联剂的混合物1％、助排剂0.5％、KCl 1～3％、余量为水，该压裂液没有对交联时间进行调节，如果交联进行的很快，瞬间形成冻胶，使压裂液的摩阻增高，而且冻胶在压裂管中受到高速剪切而变稀，造缝与携砂能力变差，如果交联进行太慢，进入底层仍未交联，会出现脱砂现象，造成施工失败。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种酸性聚合物压裂液，该酸性聚合物压裂液交联时间可调。

本发明的第二个目的在于提供一种酸性聚合物压裂液的制备方法。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.25％～0.60％、防膨剂1.0％～2.0％、助排剂0.2％～0.5％、交联剂0.3％～0.7％、余量为水；所述交联剂为酸性聚合物延迟交联剂和酸性聚合物交联剂的混合物，酸性聚合物延迟交联剂与酸性聚合物交联剂的质量比为1:2～1:3。

所述聚合物稠化剂由丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对烯基苯磺酸盐四种单体在pH为6～8的水溶液中共聚而成，其中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对烯基苯磺酸盐的质量比为(4～8):1，丙烯酸、丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对烯基苯磺酸盐混合物的质量比为(1～2)：(10～15)：(2～4)。

所述聚合物稠化剂为公布号为CN104109219A的专利文件中所述的耐高温酸性交联聚合物稠化剂。

所述聚合物稠化剂由包括以下步骤的方法制备：

1)溶液的配制：按照质量比准确取各单体，加入水中配制成浓度为30～40％的单体溶液，搅拌溶解后调节溶液pH值为中性，继续搅拌熟化25～35分钟；

2)溶液的调整：调节熟化后溶液的pH值为6～8，调节温度为15±1℃；

3)溶液的聚合：在氮气保护下加入占单体总质量的0.2～0.4％的引发剂，在温度为45～55℃下密闭反应8～10小时即得。

所述防膨剂为氯化钾。

所述助排剂为压裂用破乳助排剂。

所述酸性聚合物延迟交联剂为有机铝锆延迟交联剂。

所述有机铝锆延迟交联剂为酸冻胶交联剂。

所述酸冻胶交联剂购自新乡玄泰实业有限公司。

所述酸性聚合物交联剂为有机铝锆交联剂。

所述有机铝锆交联剂为购自新乡玄泰实业有限公司的交联剂。

所述酸性聚合物压裂液中还包括破胶剂，破胶剂占酸性聚合物压裂液的质量百分比为0.001％～0.05％。

所述破胶剂为过硫酸铵。

一种酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的防膨剂和助排剂，后搅拌30～50min，混合均匀即得基液；

2)在基液中加入配方量的交联剂，即得。

优选的，所述酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的防膨剂和助排剂，后搅拌30～50min，混合均匀即得基液；

2)压裂施工时，在注入压裂液时，在基液中加入交联剂，同时加入0.001～0.05％的破胶剂。

本发明的有益效果：

本发明的酸性聚合物压裂液，由聚合物稠化剂、助排剂、防膨剂和交联剂组成，交联剂为酸性聚合物延迟交联剂和酸性聚合物交联剂组成的混合物。交联时间在30s～120s之间可调，解决了压裂施工中要求压裂液高粘度与低摩阻之间的矛盾，提高携砂与造缝能力；防膨剂的加入使得该酸性聚合物压裂液具有较高的防膨率，防膨率≥90％，有利于造缝顺利进行与大量携砂；破胶剂使该压裂液具有良好的低温(≥40℃)破胶性能，可在低温储层压裂结束后完全破胶，破胶后粘度较低，有利于提高支撑裂缝的导流能力，并减少砂流出量，改善压裂效果。酸性聚合物压裂液各组分之间相互协同，使得该酸性聚合物压裂液具有良好的携砂与造缝性能，且对岩心伤害较小，平均岩心伤害率≤11.6％。

本发明酸性聚合物压裂液，在50～120℃、170s^-1下剪切60min后粘度在50mPa·s以上，不同温度下性能均较好。酸性聚合物压裂液在施工过程中，携砂性能好，砂液比达到50％，能满足现场高砂液比施工要求。

本发明的酸性聚合物压裂液制备方法，加入聚合物稠化剂即可将压裂液pH值调至5～6，不需加入pH调节剂，不需要添加破胶活化剂，仅通过添加破胶剂可实现完全破胶，破胶液粘度≤5mPa·s，配制流程简单，适用于油田压裂施工。

附图说明

图1是实施例1酸性聚合物压裂液在50℃的流变性能检测图；

图2是实施例2酸性聚合物压裂液在60℃的流变性能检测图；

图3是实施例3酸性聚合物压裂液在70℃的流变性能检测图；

图4是实施例4酸性聚合物压裂液在80℃的流变性能检测图；

图5是实施例5酸性聚合物压裂液在90℃的流变性能检测图；

图6是实施例6酸性聚合物压裂液在100℃的流变性能检测图；

图7是实施例7酸性聚合物压裂液在110℃的流变性能检测图；

图8是实施例8酸性聚合物压裂液在120℃的流变性能检测图；

图9是实施例1在安4009井应用的施工曲线图；

图10是实施例1在楼829井应用的施工曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1-8和试验例1-2中所使用的各物质为：

聚合物稠化剂为公布号为CN104109219A的专利文件中实施例1所述的耐高温酸性交联聚合物稠化剂，具体配方及制备方法如下：

聚合物稠化剂由丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对烯基苯磺酸盐四种单体在pH为6的水溶液中共聚而成，其中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对烯基苯磺酸盐的质量比为4:1，丙烯酸、丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对烯基苯磺酸盐混合物的质量比为1：8：2。

聚合物稠化剂由包括以下步骤的方法制备：

1)溶液的配制：按照质量比准确取各单体，加入水中配制成浓度为30％的单体溶液，搅拌溶解30分钟，在搅拌条件下调节溶液pH值为6.5，继续搅拌熟化30分钟；

2)溶液的调整：调节熟化后溶液的pH值为6，调节温度为15℃；

3)溶液的聚合：在搅拌状态下通入氮气30分钟后加入占单体总质量的0.2％的质量比为甲醛合次亚硫酸氢钠：过硫酸铵＝1:1的引发剂，在温度为45℃下密闭反应10小时即得分子量小于100万的稠化剂，剪切造粒，在50℃下烘干，粉碎即得。

压裂用破乳助排剂购自北京宝丰春石油技术有限公司。

酸性聚合物延迟交联剂为有机铝锆延迟交联剂。

有机铝锆延迟交联剂为酸冻胶交联剂。

所述酸冻胶交联剂购自新乡市玄泰实业有限公司。

酸性聚合物交联剂为有机铝锆交联剂。

有机铝锆交联剂为购自新乡市玄泰实业有限公司的交联剂。

实施例1

本实施例的酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.25％、氯化钾1.0％、压裂用破乳助排剂0.2％、交联剂0.4％、过硫酸铵0.05％、余量为水；交联剂为酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的混合物，酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的质量比为1:2。

本实施例酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的氯化钾和压裂用破乳助排剂，后搅拌30min，混合均匀即得基液；

2)压裂施工时，在注入压裂液时，在基液中加入交联剂，同时加配方量的过硫酸铵。

图1为本实施例的酸性聚合物压裂液在50℃条件下的温耐剪切性能检测图，可以看出，该压裂液在50℃，170s^-1，剪切60min条件下的尾粘是52mPa·s，这说明本发明的酸性聚合物压裂液具有较好的耐温耐剪切性能。

实施例2

本实施例的酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.3％、氯化钾1.0％、压裂用破乳助排剂0.2％、交联剂0.4％、过硫酸铵0.01％、余量为水；交联剂为酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的混合物，酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的质量比为1:2。

本实施例酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的氯化钾和压裂用破乳助排剂，后搅拌40min，混合均匀即得基液；

2)压裂施工时，在注入压裂液时，在基液中加入交联剂，同时加配方量的过硫酸铵。

图2为本实施例的酸性聚合物压裂液在60℃条件下的温耐剪切性能检测图，可以看出，该压裂液在60℃，170s^-1，剪切60min条件下的尾粘是87mPa·s，这说明本发明的酸性聚合物压裂液具有较好的耐温耐剪切性能。

实施例3

本实施例的酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.3％、氯化钾1.0％、压裂用破乳助排剂0.2％、交联剂0.5％、过硫酸铵0.01％、余量为水；交联剂为酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的混合物，酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的质量比为1:2。

本实施例酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的氯化钾和压裂用破乳助排剂，后搅拌50min，混合均匀即得基液；

2)压裂施工时，在注入压裂液时，在基液中加入交联剂，同时加配方量的过硫酸铵。

图3为本实施例的酸性聚合物压裂液在70℃条件下的温耐剪切性能检测图，可以看出，该压裂液在70℃，170s^-1，剪切60min条件下的尾粘是82mPa·s，这说明本发明的酸性聚合物压裂液具有较好的耐温耐剪切性能。

实施例4

本实施例的酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.35％、氯化钾1.0％、压裂用破乳助排剂0.2％、交联剂0.5％、过硫酸铵0.01％、余量为水；交联剂为酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的混合物，酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的质量比为1:2。

本实施例酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的氯化钾和压裂用破乳助排剂，后搅拌30min，混合均匀即得基液；

2)压裂施工时，在注入压裂液时，在基液中加入交联剂，同时加配方量的过硫酸铵。

图4为本实施例的酸性聚合物压裂液在80℃条件下的温耐剪切性能检测图，可以看出，该压裂液在80℃，170s^-1，剪切60min条件下的尾粘50.6mPa·s，这说明本发明的酸性聚合物压裂液具有较好的耐温耐剪切性能。

实施例5

本实施例的酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.45％、氯化钾1.0％、压裂用破乳助排剂0.2％、交联剂0.5％、过硫酸铵0.008％、余量为水；交联剂为酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的混合物，酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的质量比为1:2。

本实施例酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的氯化钾和压裂用破乳助排剂，后搅拌50min，混合均匀即得基液；

2)压裂施工时，在注入压裂液时，在基液中加入交联剂，同时加配方量的过硫酸铵。

图5为本实施例的酸性聚合物压裂液在100℃条件下的温耐剪切性能检测图，可以看出，该压裂液在90℃，170s^-1，剪切60min条件下的尾粘是100.5mPa·s，这说明本发明的酸性聚合物压裂液具有较好的耐温耐剪切性能。

实施例6

本实施例的酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.5％、氯化钾2.0％、压裂用破乳助排剂0.5％、交联剂0.7％、过硫酸铵0.008％、余量为水；交联剂为酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的混合物，酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的质量比为1:3。

本实施例酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的氯化钾和压裂用破乳助排剂，后搅拌30min，混合均匀即得基液；

2)压裂施工时，在注入压裂液时，在基液中加入交联剂，同时加配方量的过硫酸铵。

图6为本实施例的酸性聚合物压裂液在100℃条件下的温耐剪切性能检测图，可以看出，该压裂液在100℃，170s^-1，剪切80min条件下的尾粘是102.7mPa·s，这说明本发明的酸性聚合物压裂液具有较好的耐温耐剪切性能。

实施例7

本实施例的酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.55％、氯化钾1.5％、压裂用破乳助排剂0.35％、交联剂0.55％、过硫酸铵0.004％、余量为水；交联剂为酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的混合物，酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的质量比为1:2.5。

本实施例酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的氯化钾和压裂用破乳助排剂，后搅拌40min，混合均匀即得基液；

2)在基液中加入配方量的交联剂，即得。

压裂施工注入压裂液时，在所制备的酸性聚合物压裂液中加入配方量的过硫酸铵。

图7为本实施例的酸性聚合物压裂液在110℃条件下的温耐剪切性能检测图，可以看出，该压裂液在110℃，170s^-1，剪切80min条件下的尾粘是122.7mPa·s，这说明本发明的酸性聚合物压裂液具有较好的耐温耐剪切性能。

实施例8

本实施例的酸性聚合物压裂液，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.6％、氯化钾1.0％、压裂用破乳助排剂0.2％、交联剂0.4％、过硫酸铵0.001％、余量为水；交联剂为酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的混合物，酸冻胶交联剂与有机铝锆交联剂的质量比为1:3。

本实施例酸性聚合物压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的氯化钾和压裂用破乳助排剂，后搅拌40min，混合均匀即得基液；

2)压裂施工时，在注入压裂液时，在基液中加入交联剂，同时加配方量的过硫酸铵。

图8为本实施例的酸性聚合物压裂液在120℃条件下的温耐剪切性能检测图，可以看出，该压裂液在120℃，170s^-1，剪切80min条件下的尾粘是158.6mPa·s，这说明本发明的酸性聚合物压裂液具有较好的耐温耐剪切性能。

试验例1

本试验例为实施例1的酸性聚合物压裂液在安4009井压裂井段的使用效果。

安4009井压裂井段：975.2～983.4m，储层温度45℃。

安4009井施工曲线图如图9所示，可以看出，本试验例的酸性聚合物压裂液具有较好的携砂性，现场施工砂液比达到50％。

使用效果：压裂前日产油0m³/天，水0.5m³/天；压裂后产油2.8m³/天，水4.3m³/天。

试验例2

本试验例为实施例1的酸性聚合物压裂液在楼829井压裂井段的使用效果。

楼829井压裂井段：772.8～775.0m，储层温度47℃。

楼829井施工曲线图，如图10所示，可以看出，本试验例的酸性聚合物压裂液具有较好的携砂性，现场施工砂液比达到48％。

使用效果：压裂前日产油0.6m³/天，水1.8m³/天，压裂后产油1.8m³/天，水12.3m³/天。

表1 实施例1～8制备酸性聚合物压裂液体系性能

由表1可以看出，本发明实施例1～8制备的酸性聚合物压裂液体系防膨率≥90％，对岩心伤害率≤11.6％，携砂性好，交联时间在30s～120s内可调，破胶后破胶液粘度≤5mPa·s，破胶液粘度较低，具有广泛应用的前景。

Claims (7)

1.一种酸性聚合物压裂液，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：聚合物稠化剂0.25％～0.60％、防膨剂1.0％～2.0％、助排剂0.2％～0.5％、交联剂0.3％～0.7％、余量为水；所述交联剂为酸性聚合物延迟交联剂和酸性聚合物交联剂的混合物，酸性聚合物延迟交联剂与酸性聚合物交联剂的质量比为1:2～1:3。

2.根据权利要求1所述的酸性聚合物压裂液，其特征在于，所述聚合物稠化剂由丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对烯基苯磺酸盐四种单体在pH为6～8的水溶液中共聚而成，其中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对烯基苯磺酸盐的质量比为(4～8):1，丙烯酸、丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对烯基苯磺酸盐混合物的质量比为(1～2)：(10～15)：(2～4)。

3.根据权利要求1所述的酸性聚合物压裂液，其特征在于，所述防膨剂为氯化钾。

4.根据权利要求1所述的酸性聚合物压裂液，其特征在于，所述酸性聚合物延迟交联剂为有机铝锆延迟交联剂；所述酸性聚合物交联剂为有机铝锆交联剂。

5.根据权利要求1所述的酸性聚合物压裂液，其特征在于，所述酸性聚合物压裂液还包括破胶剂，破胶剂占酸性聚合物压裂液的质量百分比为0.001％～0.05％。

6.根据权利要求5所述的酸性聚合物压裂液，其特征在于，所述破胶剂为过硫酸铵。

7.一种如权利要求1所述的酸性聚合物压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)取配方量的水，边搅拌边加入配方量的聚合物稠化剂，搅拌均匀后再加入配方量的防膨剂和助排剂，后搅拌30～50min，混合均匀即得基液；

2)在基液中加入配方量的交联剂，即得。