CN109536152A

CN109536152A - 冻胶压裂液体系

Info

Publication number: CN109536152A
Application number: CN201811216923.5A
Authority: CN
Inventors: 吕振虎; 董景锋; 怡宝安; 邬国栋; 潘竟军; 张凤娟; 汪志臣; 翟怀建; 周培尧; 袁丹丹
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2019-03-29

Abstract

本发明提供了一种冻胶压裂液体系。该冻胶压裂液体系包括压裂液基液与交联液，压裂液基液包括重量比为2～5:5～50的聚合物稠化剂和小分子醇类助溶剂，且聚合物稠化剂为人工合成聚合物。本发明解决了常规人工合成聚合物分散程度差，溶胀时间久的问题，实现了人工合成聚合物冻胶压裂液即配即用。现场可根据实际入井工作液量配制人工合成聚合物冻胶压裂液，避免了固定站点式配液模式中余液、残液带来的环保压力，减少了环境污染，提高了工作效率。

Description

冻胶压裂液体系

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体而言，涉及一种冻胶压裂液体系。

背景技术

目前，随着非常规油气开发为代表的大规模压裂技术的发展，使得压裂液的配制工艺由固定站点配液模式向移动式现场即配即用模式转变，这在一定程度上对压裂液配液技术提出了更高的要求。常规站点式配液模式受稠化剂溶胀速率、人工及机械搅拌等影响，配液速率一般为100m³/h。丛式井与水平井“工厂化”、“千方砂万方液”的大型水力压裂开发模式需要提高配液速率满足施工要求，传统固定站点配液模式影响了大型水力压裂效率。移动式现场即配即用模式主要通过即配即用车实现压裂液在作业井厂的即配即用，该配液模式在缩减运输成本的同时，提高了配液效率，为高效、经济、环保的实施压裂作业提供了技术保障。但移动式即配即用配液模式要求稠化剂在短时间内能够迅速溶胀、快速起粘，从而达到现场作业要求。因此，稠化剂溶胀性能是制约压裂液即配即用作业施工的重要因素。

近年来，随着压裂液稠化剂的发展与完善，以胍胶为代表的天然植物胶、人工合成聚合物以及表面活性剂等各种压裂液技术已趋于成熟并在特定储层或工艺需求的情况下得到了应用。其中人工合成聚合物冻胶压裂液，由于残渣含量低、储层伤害小、对敏感性矿物储层适用范围广等特点，逐渐成为压裂液研究的热点。人工合成聚合物是由一种或几种结构单元重复并最终串联起来的分子量较高的化合物，通过使分子链发生聚集形成分子内或者分子间缔合，从而使水溶液粘度增加。但人工合成聚合物在水中易出现分散不均匀，溶胀速度慢等问题，且形成的水包粉混合物在非牛顿流体的包裹中更加难以分散和溶解，严重制约了人工合成聚合物冻胶压裂液即配即用技术的发展。

现有技术中有人提供了一种用于油田压裂及提高采收率的速溶型人工合成聚合物水分散体系，该人工合成聚合物以20％～30％的硫酸铵溶液为聚合介质加入丙烯酞胺N，N-二甲基十六烷基烯丙基氯化铵两种单体，然后加入分散剂，通氮气30分钟，升温至40～60℃，加入引发剂，反应24～30h，得到人工合成聚合物水分散体。然而，该技术使用水分散聚合法相对反向乳液聚合法，不需要使用大量的有机溶剂和表面活性剂，但该方法形成的聚合物由于单体浓度被溶剂稀释，聚合速度较慢，且聚合所得分子量较低，转化率不高，形成的干粉容易降解。

现有技术中还有人使聚合物与清水经过三级强制拉伸水渗速溶模块组成的速溶装置，并通过对模块间距组合、配液温度、目标浓度等对溶解时间的影响研究，确定出了聚合物溶液的最佳配制工艺。然而，该技术主要采用机械方式提高聚合物在清水中的分散程度，从而达到快速起粘的目的，该方式虽然对聚合物的快速溶解具有显著效果，但其溶解时间仍需要25min，溶胀时间较长，不满足现场即配即用的施工要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种冻胶压裂液体系，以解决现有技术中人工合成聚合物分散程度差、溶胀时间久而导致无法即配即用的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种冻胶压裂液体系，包括压裂液基液与交联液，压裂液基液包括重量比为2～5:5～50的聚合物稠化剂和小分子醇类助溶剂，且聚合物稠化剂为人工合成聚合物。

进一步地，压裂液基液与交联液的体积比为100：0.6～1.2。

进一步地，聚合物稠化剂包括丙烯酰胺类稠化剂和/或聚乙烯醇类稠化剂。

进一步地，小分子醇类助溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和丙三醇中的任一种或多种，优选为丙三醇。

进一步地，按重量百分比计，交联液的组分包括：20～40％的交联剂以及0.2％～0.5％的pH调节剂，余量为水。

进一步地，交联剂包括有机锆交联剂和有机铝交联剂中的任一种或多种。

进一步地，pH调节剂包括乳酸、盐酸、醋酸、草酸和柠檬酸中的任一种或多种。

进一步地，压裂液体系还包括破胶剂，优选破胶剂包括过硫酸钠和/或过硫酸铵。

进一步地，按重量百分比计，压裂液体系的组分包括：0.2～0.5％的聚合物稠化剂、0.5～5％的小分子醇类助溶剂、0.001～0.02％的pH调节剂、0.2～0.4％的交联剂以及0.08～0.5％的破胶剂，余量为水。

进一步地，压裂液体系还包括添加剂，添加剂包括助排剂和/或破乳剂。

本发明的压裂液体系能够实现人工合成聚合物迅速溶胀、快速起粘。将人工合成聚合物稠化剂与清水混合后，连续搅拌2min，溶胀4min后，人工合成聚合物稠化剂溶胀率高达92％。采用浓度为0.45％的人工合成聚合物配制的即配即用压裂液基液最终粘度为41.7mPa·s，较常规人工合成聚合物基液最终粘度值高出10.5％。压裂液耐温能力最高可达100℃，在100℃、170s^-1的条件下剪切60min冻胶压裂液粘度保持在120mPa·s以上。本发明解决了常规人工合成聚合物分散程度差，溶胀时间久的问题，实现了人工合成聚合物冻胶压裂液即配即用。现场可根据实际入井工作液量配制人工合成聚合物冻胶压裂液，避免了固定站点式配液模式中余液、残液带来的环保压力，减少了环境污染，提高了工作效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明所提供的一种上述压裂液体系的即配即用工艺的流程示意图；

图2示出了根据本发明的实施例1中稠化剂的溶胀结果示意图；

图3示出了根据本发明的实施例1中冻胶压裂液的剪切曲线示意图；

图4示出了根据本发明的实施例1中冻胶压裂液的施工曲线示意图；

图5示出了根据本发明的实施例2中冻胶压裂液的剪切曲线示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、连续混配车；20、清水罐；30、输水管线；40、缓冲罐；50、混砂车；60、压裂车。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术所介绍的，现有技术中由于人工合成物的聚合物稠化剂在水中易出现分散不均匀，溶胀速度慢等问题，且形成的水包粉混合物在非牛顿流体的包裹中更加难以分散和溶解，严重制约了敏感性矿物储层中人工合成聚合物冻胶压裂液即配即用技术的发展。为了解决如上技术问题，本发明提出了一种冻胶压裂液体系，包括压裂液基液与交联液，压裂液基液包括重量比为2～5:5～50的聚合物稠化剂和小分子醇类助溶剂，且聚合物稠化剂为人工合成聚合物。

本发明的上述压裂液体系能够实现人工合成聚合物迅速溶胀、快速起粘。将人工合成聚合物稠化剂与清水混合后，连续搅拌2min，溶胀4min后，人工合成聚合物稠化剂溶胀率高达92％。采用浓度为0.45％的人工合成聚合物配制的即配即用压裂液基液最终粘度为41.7mPa·s，较常规人工合成聚合物基液最终粘度值高出10.5％。压裂液耐温能力最高可达100℃，在100℃、170s^-1的条件下剪切60min冻胶压裂液粘度保持在120mPa·s以上。本发明解决了常规人工合成聚合物分散程度差，溶胀时间久的问题，实现了人工合成聚合物冻胶压裂液即配即用。现场可根据实际入井工作液量配制人工合成聚合物冻胶压裂液，避免了固定站点式配液模式中余液、残液带来的环保压力，减少了环境污染，提高了工作效率。

上述压裂液基液中的聚合物稠化剂可以包括丙烯酰胺类稠化剂和/或聚乙烯醇类稠化剂，上述小分子醇类助溶剂可以包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和丙三醇中的任一种或多种，优选为丙三醇。本领域技术人员可以根据现有技术对上述聚合物稠化剂与上述小分子醇类助溶剂进行合理选取。

为了保障冻胶强度，满足现场携砂性能，优选地，按重量百分比计，交联液的组分包括：20～40％的交联剂以及0.2％～0.5％的pH调节剂，余量为水。上述pH调节剂可以包括乳酸、盐酸、醋酸、草酸和柠檬酸中的任一种或多种。本领域技术人员可以根据现有技术对上述pH调节剂的种类进行合理选取。

均匀混合上述压裂液基液与交联液即可得到一种适用于即配即用的人工合成聚合物冻胶压裂液。在本发明的上述压裂液体系中，为了有效避免余液、残液带来的环保压力，减少环境污染，提高工作效率，优选地，压裂液基液与交联液的体积比为100：0.6～1.2。

本发明的上述压裂液体系还可以包括破胶剂，上述破胶剂用于将压裂液基液与交联液混合后形成的冻胶压裂液分解成小分子，降低粘度，利于返排和降低伤害。优选地，上述破胶剂包括过硫酸钠和/或过硫酸铵。本领域技术人员还可以根据实际需求在压裂液体系中增加其它的添加剂，如助排剂、破乳剂等。当上述添加剂包括助排剂和/或破乳剂，为了避免添加剂过多造成的浪费，优选地，上述添加剂的添加量与压裂液基液以及交联液的浓度有关，本领域技术人员可以根据实际需求进行合理设定。

在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，上述压裂液体系的组分包括：0.2～0.5％的聚合物稠化剂、0.5～5％的小分子醇类助溶剂、0.001～0.02％的pH调节剂、0.2～0.4％的交联剂以及0.08～0.5％的破胶剂，余量为水。

本发明还提供了一种上述压裂液体系的即配即用工艺可以包括以下流程，如图1所示：即配即用施工之前，将人工合成聚合物稠化剂装入连续混配车10中，清水罐20、助溶剂罐车与连续混配车连接，清水罐20通过输水管线20与水源连接，施工时向连续混配车10装入水和助溶剂，连续混配车10与混砂车50之间通过缓冲罐40连接完毕，以使压裂液基液缓冲进入混砂车50中，将液体添加剂、砂粒、破胶剂和交联液装入和混砂车50；各种加量在连续混配车10和混砂车50上通过程序设定，全过程进行自动配制；混砂车50与压裂车60连接，向井口输送增压后的冻胶压裂液体系。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

实施例1

本实施例提供的压裂液体系由压裂液基液与交联液组成，且基液与交联液的体积比为100∶1。均匀混合基液与交联液即可得到一种适用于即配即用的冻胶压裂液。

上述压裂液基液的组分及配制过程为：在水中加入质量分数2～4％的助溶剂丙三醇搅拌混合均匀，然后加入质量分数为0.45％的人工合成聚合物稠化剂(厂家为北京希涛化工有限公司，型号为WF924)，充分搅拌2min后静止溶胀，得到压裂液基液。4min后，测试稠化剂的溶胀率为92％，溶胀结果见图2。

上述交联液的组分及配制过程为：有机锆交联剂CL-2 30％，pH调节剂乳酸0.3～0.4％，其余为水；混合均匀得到交联液。将上述压裂液基液与上述交联液混合后测试冻胶压裂液的剪切曲线，结果见图3，在100℃、170s^-1的条件下剪切60min冻胶粘度仍然保持在120mPa·s以上。

冻胶压裂液现场即配即用工艺为：在即配即用车粉罐内装满人工合成聚合物，将水罐车、助溶剂罐车连接到即配即用车上，助溶剂罐车内配有浓度为40～80％助溶剂丙三醇；其中水罐车排水量与助溶剂罐车排量之比为10:0.5，人工合成聚合物在上述两种液体的混合物中充分搅拌溶胀后配制出人工合成聚合物冻胶压裂液基液，所配制的基液进入混砂车与交联剂、液体添加剂按照100:1:1的体积比混合后，通过管汇车经过压裂车增压后注入井口，交联液为32％有机锆交联剂溶液、0.4％乳酸，其余为水，液体添加剂为50％助排剂、30％破乳剂，其余为清水。

采用上述配液工艺在新疆油田现场试验，试验井施工井段3534.0～3548m，施工排量4.5m³/min,平均砂比19.4％，施工过程中加砂顺利，压力平稳，施工曲线见图4。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

压裂液基液的组分中，助溶剂为2～4％的乙二醇。交联液的组分中，有机锆交联剂CL-2质量分数为32％，pH调节剂乳酸的质量分数为0.4％，其余为水。通过测试可知，所形成的压裂液基液在4min粘度达到39.8mPa﹒s，溶胀率高达88.4％；该配方所形成的适用于即配即用的冻胶压裂液，在60℃、170S^-1的条件下剪切60min后冻胶粘度为110mPa·s。实验结果见图5。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：

压裂液基液的组分中，助溶剂为0.5～1％的乙二醇，稠化剂的质量分数为0.2％，交联液的组分中，有机锆交联剂CL-2质量分数为20％，pH调节剂乳酸的质量分数为0.2％，其余为水。通过测试可知，形成的压裂液基液在4min粘度达到29.5mPa﹒s，溶胀率高达81.6％；该配方所形成的适用于即配即用的冻胶压裂液，在60℃、170S^-1的条件下剪切60min后冻胶粘度为86mPa·s。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：

压裂液基液的组分中，助溶剂为4～5％的乙二醇，稠化剂的质量分数为0.5％，交联液的组分中，有机锆交联剂CL-2质量分数为40％，pH调节剂乳酸的质量分数为0.5％，其余为水。通过测试可知，形成的压裂液基液在4min粘度达到62.3mPa﹒s，溶胀率高达87.5％；该配方所形成的适用于即配即用的冻胶压裂液，在60℃、170S^-1的条件下剪切60min后冻胶粘度为428.6mPa·s。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、解决了常规人工合成聚合物稠化剂分散程度差，溶胀时间久的问题，实现了人工合成聚合物冻胶压裂液的即配即用，现场可根据实际入井工作液量配制人工合成聚合物冻胶压裂液，避免了固定站点式配液模式中余液、残液带来的环保压力，减少了环境污染，提高了工作效率。

2、使用的助溶剂环保无污染、货源充足、价格低廉且应用方便，该助溶剂可使人工合成聚合物4min内溶胀率高达92％，采用浓度为0.45％的人工合成聚合物配制的即配即用压裂液基液最终粘度为41.7mPa·s，较常规人工合成聚合物基液最终粘度值高出近10.5％。

3、提供了一种适用于即配即用的压裂液体系，该体系现场操作方便，管线连接工艺简单，所配制的冻胶压裂液能够满足现场大排量施工作业的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种冻胶压裂液体系，其特征在于，包括压裂液基液与交联液，所述压裂液基液包括重量比为2～5:5～50的聚合物稠化剂和小分子醇类助溶剂，且所述聚合物稠化剂为人工合成聚合物。

2.根据权利要求1所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，所述压裂液基液与所述交联液的体积比为100：0.6～1.2。

3.根据权利要求1或2所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，所述聚合物稠化剂包括丙烯酰胺类稠化剂和/或聚乙烯醇类稠化剂。

4.根据权利要求1或2所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，所述小分子醇类助溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和丙三醇中的任一种或多种，优选为丙三醇。

5.根据权利要求1或2所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，按重量百分比计，所述交联液的组分包括：20～40％的交联剂以及0.2％～0.5％的pH调节剂，余量为水。

6.根据权利要求5所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，所述交联剂包括有机锆交联剂和有机铝交联剂中的任一种或多种。

7.根据权利要求5所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，所述pH调节剂包括乳酸、盐酸、醋酸、草酸和柠檬酸中的任一种或多种。

8.根据权利要求1或2所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，所述压裂液体系还包括破胶剂，优选所述破胶剂包括过硫酸钠和/或过硫酸铵。

9.根据权利要求8所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，按重量百分比计，所述压裂液体系的组分包括：0.2～0.5％的所述聚合物稠化剂、0.5～5％的所述小分子醇类助溶剂、0.001～0.02％的pH调节剂、0.2～0.4％的交联剂以及0.08～0.5％的破胶剂，余量为水。

10.根据权利要求1所述的冻胶压裂液体系，其特征在于，所述压裂液体系还包括添加剂，所述添加剂包括助排剂和/或破乳剂。