CN110699060A - 压裂液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压裂液及其制备方法，属于油田化学领域。该压裂液通过以下质量百分比的各组分制备得到：分子量为20万～50万的交联单体0.15％～0.4％、分子量为500～2000的增粘剂0.1％～0.8％、防絮凝剂0.01％～0.05％、表面活性剂0.1％～0.8％、交联剂0.3％～0.8％、破胶剂0.1％～2％、pH值调节剂0.01％～0.2％、余量为水；增粘剂为聚丙烯酰胺；表面活性剂为氨基酸表面活性剂。该压裂液的流动性好，具有良好的携砂和造缝功能，在破胶后不会对储层造成伤害，并且，可方便泵注至储层。
Description
技术领域
本发明涉及油田化学领域，特别涉及一种压裂液及其制备方法。
背景技术
压裂液是在流体矿(油、气、淡水、盐水、热水等)开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力压裂时所用的液体。举例来说，在原油开采过程中，为了增加储层的渗透率，可以向储层中泵注压裂液，利于携砂和造缝工作。然而，在压裂液破胶之后，其分子量的分布区间从几百万到几千万，而且小粒径的分子团容易堵塞孔隙，大粒径的分子团容易在裂缝的壁面聚集，并形成团滤饼。上述因素均会影响对储层渗透率的改善效果，所以，提供一种在破胶后，对储层伤害小的压裂液是十分必要的。
相关技术提供的压裂液包括：交联单体、表面活性剂、交联剂、粘土稳定剂。其中，交联单体的分子量在100～500万之间。在应用时，将压裂液泵注至油井内进行压裂，在压裂完毕后，将压裂流体返排至地面。
发明人发现相关技术至少存在以下问题：
相关技术提供的压裂液在储层中的流动性差，改善储层渗透率的效果差。
发明内容
本发明实施例提供了一种压裂液及其制备方法，可解决相关技术中存在的技术问题。具体技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种压裂液，所述压裂液通过以下质量百分比的各组分制备得到：
分子量为20万～50万的交联单体0.15％～0.4％、分子量为500～2000的增粘剂0.1％～0.8％、防絮凝剂0.01％～0.05％、表面活性剂0.1％～0.8％、交联剂0.3％～0.8％、破胶剂0.1％～2％、pH值调节剂0.01％～0.2％、余量为水；
所述增粘剂为聚丙烯酰胺；
所述表面活性剂为氨基酸表面活性剂。
在一种可能的设计中，所述交联单体为羟丙基瓜尔胶和/或羧甲基羟丙基瓜尔胶。
在一种可能的设计中，所述防絮凝剂为柠檬酸钠。
在一种可能的设计中，所述交联剂为谷氨酸硼。
在一种可能的设计中，所述破胶剂为过硫酸铵和/或双氧水。
在一种可能的设计中，所述pH值调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任意一种；
所述氨水的质量百分比为20％～30％。
在一种可能的设计中，所述压裂液通过以下质量百分比的各组分制备得到：
所述羟丙基瓜尔胶0.15％～0.4％、所述聚丙烯酰胺0.1％～0.8％、所述柠檬酸钠0.01％～0.05％、所述氨基酸表面活性剂0.1％～0.8％、所述谷氨酸硼0.3％～0.8％、所述双氧水0.1％～2％、所述氨水0.01％～0.2％、余量为水。
另一方面，本发明实施例提供了一种压裂液的制备方法，所述制备方法应用于上述提及的任一种所述的压裂液中，所述制备方法包括：
按照各组分的质量百分比，在水中加入防絮凝剂、交联单体，搅拌均匀，加入增粘剂、表面活性剂、pH值调节剂，搅拌均匀，加入交联剂进行交联反应，加入破胶剂，搅拌均匀，得到所述压裂液；
所述增粘剂为聚丙烯酰胺；
所述表面活性剂为氨基酸表面活性剂。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的压裂液，通过添加分子量为20～50万的交联单体，在交联剂作用下发生交联反应，并与分子量为500～2000的增粘剂(聚丙烯酰胺)，以及其他组分协同配合作用，得到的压裂液能够满足携砂和造缝的需求，以保证能够改善储层的渗透率，并且，交联单体的分子量低，减少滤饼的形成，使压裂液具有良好的流动性。通过添加氨基酸表面活性剂，并与其他组分协同配合作用，便于破胶后压裂液的返排作业。通过添加破胶剂，并与其他组分协同配合作用，便于使压裂液在携砂和造缝后破胶形成小分子，避免其堵塞储层的孔隙和裂缝等而对储层造成伤害。通过添加pH值调节剂，并与其他组分协同配合作用，能够使交联单体和增粘剂在合适的时间内发生交联反应，方便将该压裂液泵注至储层。通过添加防絮凝剂，防止交联单体和增粘剂絮凝，保证压裂液体系的稳定性。可见，该压裂液的流动性好，具有良好的携砂和造缝功能，在破胶后不会对储层造成伤害，并且，可方便泵注至储层。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一方面，本发明实施例提供了一种压裂液，该压裂液通过以下质量百分比的各组分制备得到：
分子量为20万～50万的交联单体0.15％～0.4％、分子量为500～2000的增粘剂0.1％～0.8％、防絮凝剂0.01％～0.05％、表面活性剂0.1％～0.8％、交联剂0.3％～0.8％、破胶剂0.1％～2％、pH值调节剂0.01％～0.2％、余量为水；增粘剂为聚丙烯酰胺；表面活性剂为氨基酸表面活性剂。
本发明实施例提供的压裂液，通过添加分子量为20～50万的交联单体，在交联剂作用下发生交联反应，并与分子量为500～2000的增粘剂(聚丙烯酰胺)，以及其他组分协同配合作用，得到的压裂液能够满足携砂和造缝的需求，以保证能够改善储层的渗透率，并且，交联单体的分子量低，减少滤饼的形成，使压裂液具有良好的流动性。通过添加氨基酸表面活性剂，并与其他组分协同配合作用，便于破胶后压裂液的返排作业。通过添加破胶剂，并与其他组分协同配合作用，便于使压裂液在携砂和造缝后破胶形成小分子，避免其堵塞储层的孔隙和裂缝等而对储层造成伤害。通过添加pH值调节剂，并与其他组分协同配合作用，能够使交联单体和增粘剂在合适的时间内发生交联反应，方便将该压裂液泵注至储层。通过添加防絮凝剂，防止交联单体和增粘剂絮凝，保证压裂液体系的稳定性。可见，该压裂液的流动性好，具有良好的携砂和造缝功能，在破胶后不会对储层造成伤害，并且，可方便泵注至储层。
在本发明实施例中，由于分子量为20万～50万的羟丙基瓜尔胶和/或羧甲基羟丙基瓜尔胶的稠化能力较差，通过添加增粘剂，并与其他组分配合作用，能够提高压裂液体系的黏度，进而使其满足造缝和携砂的要求。在价格低廉，容易获取的前提下，增粘剂可以为聚丙烯酰胺。
分子量为500～2000的聚丙烯酰胺能够与羟丙基瓜尔胶和/或羧甲基羟丙基瓜尔胶发生缠绕，与羟丙基瓜尔胶和/或羧甲基羟丙基瓜尔胶分子连接成一体，使整个压裂液形成一个网状体系，增加压裂液的黏度，以满足造缝和携砂的作用。并且，上述分子量的聚丙烯酰胺的价格低廉，容易获取。
通过添加表面活性剂，并与其他组分协同配合作用，便于破胶后的压裂液的返排作业。在基于价格低廉，容易获取的前提下，表面活性剂可以为氨基酸表面活性剂。
氨基酸表面活性剂具有生物活性，降解后对环境无污染，其与其他组分协同配合后，能够有效改善岩石的润湿性，利于破胶后的压裂液顺畅地由储层流出。
具体地，氨基酸表面活性剂可以为谷氨酸，甘氨酸。
在本发明实施例中，交联单体的分子量可以为20万、25万、30万、35万、40万、45万、50万等，质量百分比可以为0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％等。增粘剂的分子量可以为500、700、1000、1200、1500、1700、2000等，质量百分比可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％等。防絮凝剂的质量百分比可以为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％等。表面活性剂的质量百分比可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％等。交联剂的质量百分比可以为0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％等。破胶剂的质量百分比可以为0.1％、0.3％、0.7％、0.9％、1.2％、1.5％、1.7％、1.9％、2％等。pH值调节剂的质量百分比可以为0.01％、0.03％、0.05％、0.07％、0.09％、0.11％、0.14％、0.16％、0.19％、0.2％等。
考虑到能够快速在水中溶胀，在其交联后，并与其他组分协同配合形成能够携砂和造缝的压裂液，在压裂结束后，可在破胶剂的作用下能够容易地破胶形成小分子，以利于返排作业，给出以下示例：
交联单体为羟丙基瓜尔胶和/或羧甲基羟丙基瓜尔胶。即，交联单体为羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、或者为羟丙基瓜尔胶和羧甲基羟丙基瓜尔胶的混合物。当交联单体为混合物时，对于混合物中各组分的比例不作具体限定，例如羟丙基瓜尔胶与羧甲基羟丙基瓜尔胶的质量比可以为1:1、1:2、1:3、2:1、2:3、3:1等。
羟丙基瓜尔胶和羧甲基羟丙基瓜尔胶的分子链上均带有大量的羟基，能够快速在水中溶胀，在压裂作业时可以不需要预混合，可现场边溶胀边进行施工，节约了作业成本。并且，采用上述交联单体，在交联后，并与其他组分协同配合作用形成的压裂液，在压裂结束破胶后，可以使压裂液的分子量降低至1万以下，能够容易地实现返排，避免破胶后的压裂液对储层造成伤害。此外，羟丙基瓜尔胶和羧甲基羟丙基瓜尔胶的价格低廉，容易获取。
在本发明实施例中，防絮凝剂与其他组分协同配合作用，可以加快交联单体、增粘剂在水中溶解，并使各组分充分发挥各自的作用，防止压裂液发生絮凝。在基于价格低廉，容易获取的前提下，给出以下示例：
防絮凝剂为柠檬酸钠。
选用上述防絮凝剂，金属离子可以吸附在交联单体和增粘剂的表面，进而可以平衡交联单体和增粘剂的表面电荷，使两者充分伸展，还加速了交联单体和增粘剂在水中的溶解速率，以满足连续混配的需要。
上述提及，交联剂能够使交联单体发生交联反应，在各组分的协同配合作用下，使压裂液体系形成一个网状结构，以满足携砂和造缝功能。在基于不会对储层造成伤害的前提下，交联剂可以为谷氨酸硼。
谷氨酸硼中不含有重金属，不会由于重金属的聚集效应而形成聚集物堵塞储层的孔隙或者裂缝。并且，谷氨酸硼容易与交联单体分子链上的羟基作用，以使压裂液体系形成一个网状结构。此外，谷氨酸硼的价格低廉，容易获取。
其中，谷氨酸硼的制备方法可以为：在50℃～60℃的条件下，将氨基酸与硼酸钠溶解在水中，在反应釜中搅拌2h得到。
破胶剂与其他各组分协同作用，在压裂作业结束后，破胶剂能够使压裂液破胶，进而利于返排作业。在基于与其他组分配合效果好，并且能够使压裂液在压裂作业结束后破胶的前提下，破胶剂可以为过硫酸铵和/或双氧水。
其中，破胶剂可以为过硫酸铵、双氧水、或者过硫酸铵与双氧水的混合物。当破胶剂为混合物时，过硫酸铵与双氧水的质量比可以为1:1、1:2、1:3、2:1、2:3、3:1等。
选用上述破胶剂，能够将压裂液中分子的分子量降低至1万以下，利于破胶后的压裂液返排。
需要说明的是，将破胶剂的质量百分比设置为上述比例，可以使该压裂液满足压裂作业后，再破胶返排。
上述提及，通过添加pH值调节剂，并与其他组分协同配合作用，能够使交联单体和增粘剂在合适的时间内发生交联反应，方便将该压裂液泵注至储层。在基于价格低廉，与其他组分协同配合作用效果好的前提下，给出以下示例：
pH值调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任意一种。
其中，pH值调节剂可以选自上述任意一种、任意两种、或者为三种的混合物。当pH值调节剂为混合物时，对于各组分的比例不作具体限定。举例来说，当pH值调节剂为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物时，两者的质量比可以为1:1、1:2、1:3、2:1、2:3、3:1等。当pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水三者的混合物时，三者的质量比可以为1:1:1、1:2:1、1:3:1、2:1:1、2:3:1、3:1:1、1:1:2、1:2:2、1:3:2、2:1:2、2:3:2、3:1:2等。
由于交联剂谷氨酸硼对碱具有敏感性，通过选用上述pH值调节剂，可以控制压裂液发生交联的时间，使其在泵注过程中不会发生交联或者发生少量交联，以降低泵注的阻力，利于泵注压裂液作业。
作为一种示例，压裂液通过以下质量百分比的各组分制备得到：
羟丙基瓜尔胶0.15％～0.4％、聚丙烯酰胺0.1％～0.8％、柠檬酸钠0.01％～0.05％、氨基酸表面活性剂0.1％～0.8％、谷氨酸硼0.3％～0.8％、双氧水0.1％～2％、氨水0.01％～0.2％、余量为水。
如此设置，使得到的压裂液具有良好的流动性好，良好的携砂和造缝功能，在破胶后不会对储层造成伤害，并且，可方便泵注至储层。
另一方面，本发明实施例提供了一种压裂液的制备方法，该制备方法应用于上述提及的任意一种压裂液，该方法包括：
按照各组分的质量百分比，在水中加入防絮凝剂、交联单体，搅拌均匀，加入增粘剂、表面活性剂、pH值调节剂，搅拌均匀，加入交联剂进行交联反应，加入破胶剂，搅拌均匀，得到压裂液。增粘剂为聚丙烯酰胺；表面活性剂为氨基酸表面活性剂。
上述制备方法简单，并且能够使压力液的成分具有均一性。
在实验室配制时，在水中加入防絮凝剂、交联单体后，搅拌4～10min，例如可以为4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min等。加入增粘剂、表面活性剂、pH值调节剂后，搅拌4～10min。加入交联剂后，搅拌4～10min。加入破胶剂后，搅拌4～10min。
在现场配制时，采用连续混配装置，在上水的过程中加入防絮凝剂，再用真空泵吸入交联单体(真空泵吸入比较均匀，交联单体容易分散在水中)，使其与水混合。用液压泵加入增粘剂、表面活性剂、pH值调节剂，并混合均匀。在注入地层之前加入交联剂，搅拌均匀后，再加入破胶剂，搅拌均匀后，输入地层。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种压裂液，通过以下方法制备得到：在991.3mL水中加入0.1g柠檬酸钠，控制搅拌机搅拌。然后在搅拌条件下，缓慢加入1.5g分子量为20万～50万的羟丙基瓜尔胶，搅拌5min后，加入2g聚丙烯酰胺、1g氨基酸表面活性剂(谷氨酸)、0.1g氢氧化钠，搅拌5min后，再加入3g谷氨酸硼，搅拌5min后，最后加入1g过硫酸铵，搅拌5min，得到本实施例提供的压裂液。
实施例2
本实施例提供了一种压裂液，通过以下方法制备得到：在949.5mL水中加入0.5g柠檬酸钠，控制搅拌机搅拌。然后在搅拌条件下，缓慢加入4g分子量为20万～50万的羧甲基羟丙基瓜尔胶，搅拌5min后，加入8g聚丙烯酰胺、8g氨基酸表面活性剂(谷氨酸)、2g氢氧化钾，搅拌5min后，再加入8g谷氨酸硼，搅拌5min后，最后加入20g过硫酸铵，搅拌5min，得到本实施例提供的压裂液。
实施例3
本实施例提供了一种压裂液，通过以下方法制备得到：在973.4mL水中加入0.3g柠檬酸钠，控制搅拌机搅拌。然后在搅拌条件下，缓慢加入2.5g分子量为20万～50万的羟丙基瓜尔胶，搅拌5min后，加入3g聚丙烯酰胺、4g氨基酸表面活性剂(甘氨酸)、0.8g氨水，搅拌5min后，再加入4g谷氨酸硼，搅拌5min后，最后加入12g双氧水，搅拌5min，得到本实施例提供的压裂液。
对比例
本对比例提供了一种压裂液，通过以下方法制备得到：将质量百分比为羟丙基瓜尔胶0.4％、氟碳阳离子表面活性剂0.5％、十水硼酸钠0.3％、氯化钾0.5％、过硫酸铵1％、余量水混合搅拌均匀，得到本对比例提供的压裂液。、
应用实施例
本应用实施例对实施例1～实施例3、以及对比例提供的压裂液对岩心伤害程度进行评价。具体评价过程为：选取0.2mD砂岩岩心、1mD砂岩岩心、50mD砂岩岩心各四个。通过《SYT 5358-2010储层敏感性流动实验评价方法》标准提供方法测试实施例1～实施例3、以及对比例提供的压裂液分别对三种砂岩岩心的伤害，具体参数详见表1。
表1
由表1可知，实施例1～实施例3提供的压裂液与对比例提供的压裂液相比，对砂岩岩心的伤害小。可见，本发明实施例提供的压裂液对砂岩岩心的伤害小，能够满足现场使用的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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 (8)
1.一种压裂液，其特征在于，所述压裂液通过以下质量百分比的各组分制备得到：
分子量为20万～50万的交联单体0.15％～0.4％、分子量为500～2000的增粘剂0.1％～0.8％、防絮凝剂0.01％～0.05％、表面活性剂0.1％～0.8％、交联剂0.3％～0.8％、破胶剂0.1％～2％、pH值调节剂0.01％～0.2％、余量为水；
所述增粘剂为聚丙烯酰胺；
所述表面活性剂为氨基酸表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的压裂液，其特征在于，所述交联单体为羟丙基瓜尔胶和/或羧甲基羟丙基瓜尔胶。
3.根据权利要求2所述的压裂液，其特征在于，所述防絮凝剂为柠檬酸钠。
4.根据权利要求3所述的压裂液，其特征在于，所述交联剂为谷氨酸硼。
5.根据权利要求4所述的压裂液，其特征在于，所述破胶剂为过硫酸铵和/或双氧水。
6.根据权利要求5所述的压裂液，其特征在于，所述pH值调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任意一种；
所述氨水的质量百分比为20％～30％。
7.根据权利要求6所述的压裂液，其特征在于，所述压裂液通过以下质量百分比的各组分制备得到：
所述羟丙基瓜尔胶0.15％～0.4％、所述聚丙烯酰胺0.1％～0.8％、所述柠檬酸钠0.01％～0.05％、所述氨基酸表面活性剂0.1％～0.8％、所述谷氨酸硼0.3％～0.8％、所述双氧水0.1％～2％、所述氨水0.01％～0.2％、余量为水。
8.一种压裂液的制备方法，其特征在于，所述制备方法应用于权利要求1～7任一项所述的压裂液中，所述制备方法包括：
按照各组分的质量百分比，在水中加入防絮凝剂、交联单体，搅拌均匀，加入增粘剂、表面活性剂、pH值调节剂，搅拌均匀，加入交联剂进行交联反应，加入破胶剂，搅拌均匀，得到所述压裂液；
所述增粘剂为聚丙烯酰胺；
所述表面活性剂为氨基酸表面活性剂。
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