CN111218268B - 一种致密砂岩储层用滑溜水及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种致密砂岩储层用滑溜水及其制备方法。以质量百分比计，该滑溜水包含：降阻剂0.05‑0.15％，助排剂0.05‑0.3％，防膨剂0.05‑0.5％，杀菌剂0.01‑0.5％，余量为水，其中，降阻剂为木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物；助排剂为微乳液助排剂；防膨剂为氯化钾或/和氯化铵；杀菌剂为甲醛或/和丙烯醛。本发明从降阻剂出发，结合助排剂的选择考虑防膨剂、杀菌剂重新调配滑溜水各组分比例，研制出一种全新的适用于致密砂岩储层的滑溜水，该滑溜水减阻率超过70％，对储层伤害小，易返排，配伍性好，不易腐败，制备工艺简单，价格低廉。

Description

一种致密砂岩储层用滑溜水及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油开采用压裂液技术领域，尤其涉及一种致密砂岩储层用滑溜水及其制备方法。
背景技术
致密油气作为非常规油气资源之一，分布广泛潜力巨大。近年来，随着页岩气水平井体积压裂改造技术的突破，致密油气已经成为现实接替领域，勘探开发活动日趋活跃，发展迅猛。在致密油气压裂的过程中，压裂液对于储层的伤害是不容忽视的，通常人们认为滑溜水压裂液具有对储层和人工裂缝伤害率低、成本低、作业强度小等优点，同时其低粘度的特点有利于形成复杂形态的裂缝，但其缺点也是不言而喻的，用液量大、摩阻高、携砂能力差等。
近年来，针对致密油气藏，滑溜水与冻胶联合使用的压裂技术得到广泛应用。该体系为储层创造了更丰富的裂缝，同时也很好地解决了单纯使用滑溜水携砂能力差的问题。但值得注意的是，我国对性能优异的滑溜水体系研究甚少，尤其是对适合致密砂岩储层的高效滑溜水的研究更是寥寥无几。
一般地，滑溜水中98％-99.5％是水，添加剂只占滑溜水总体积的0.5％-2.0％，其中，降阻剂作为滑溜水体系的核心助剂，直接决定了滑溜水体系的性能与应用。当前，普遍使用的滑溜水存在如下问题：施工摩阻高、对地层伤害大、抗盐性能差、配伍性差、成本高。因此，需要开发研究出一套能够高效降阻、伤害小、抗盐性强、配伍性好且价格低廉的滑溜水体系，从而满足致密砂岩储层体积压裂的需要。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于致密砂岩储层压裂增产的滑溜水及其配制方法，该滑溜水具有低摩阻、伤害小、配伍性好、配制简单、价格低廉的优点。
为达到上述目的，本发明通过下述技术方案来实现：
本发明提供了一种滑溜水，按质量百分比计，该滑溜水包含如下组分：降阻剂0.05-0.15％，助排剂0.05-0.3％，防膨剂0.05-0.5％，杀菌剂0.01-0.5％，余量为水；其中，降阻剂为木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物；所述助排剂为微乳液助排剂；所述防膨剂为氯化钾或/和氯化铵；所述杀菌剂为甲醛或/和丙烯醛。
在所述滑溜水中，优选地，所述降阻剂木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物是通过以下制备方法得到的：
1)将木质素磺酸钠溶于水在40-70℃下搅拌5-20min形成木质素磺酸钠的水溶液；
2)在木质素磺酸钠的水溶液中加入过硫酸钾和丙烯酰胺单体形成混合物，将混合物在40-70℃下搅拌2-5h，得到聚合物粗品；
3)将聚合物从步骤2)所得的聚合物粗品中分离出来；优选地用无水乙醇进行分离；
4)将步骤3)分离得到的聚合物离心洗涤3-5次，在80-120℃下干燥5-8h，得到所述木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物。
在上述制备方法中，优选地，步骤2)中，以质量百分比计，所述混合物的各组分为：木质素磺酸钠1.5-3％，丙烯酰胺7-10％，过硫酸钾0.003-0.007％，余量为水。
在上述滑溜水中，所述木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物较佳为木质素磺酸钠、丙烯酰胺以及过硫酸钾在水溶液中40-70℃条件下充分反应得到，在水溶液中木质素磺酸钠的质量浓度为1.5-3％，丙烯酰胺的质量浓度为7-10％，过硫酸钾的质量浓度为0.003-0.007％；其中，过硫酸钾为反应的引发剂。
在所述滑溜水中，优选地，以质量百分比计，所述微乳液助排剂包含如下组分：异丙醇为8-13wt％，琥珀酸二辛酯磺酸钠为3-8wt％，椰油酰胺丙基甜菜碱为28-35wt％，烷基酚聚氧乙烯醚TX-10为20-30wt％，余量为水。进一步优选地，所述微乳液助排剂通过下述制备方法制得：
1)将异丙醇和蒸馏水充分互溶形成第一溶液；优选地，所述充分互溶通过在40-60℃下搅拌5-10min实现；
2)在第一溶液中加入琥珀酸二辛酯磺酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱，充分互溶得到第二溶液；优选地，所述充分互溶通过在40-60℃下搅拌实现；
3)在第二液体中加入烷基酚聚氧乙烯醚TX-10，充分互溶即得到所述微乳液助排剂；优选地，所述充分互溶通过在40-60℃下搅拌实现。
本发明还提供了所述滑溜水的制备方法，具体的，该制备方法包括以下步骤：
1)在水中加入防膨剂，形成溶液a；
2)在溶液a中加入降阻剂，形成溶液b；
3)在溶液b中加入助排剂和杀菌剂，即得所述滑溜水。
在上述滑溜水的制备方法中，步骤1)和步骤2)均可在室温下完成。
本发明还提供了上述滑溜水在致密砂岩储层压裂中的应用。将本发明的滑溜水用于致密砂岩储层的压裂作业可以按照常规方式进行操作。
本发明从滑溜水的核心成分降阻剂考虑，以木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物取代常用的聚丙烯酰胺/改性聚丙烯酰胺作为滑溜水的降阻剂。聚丙烯酰胺有阳离子、阴离子和非离子之分，不同的电性有不同的用途，与聚丙烯酰胺不同丙烯酰胺没有电性之分且作为聚丙烯酰胺单体的丙烯酰胺并不具备降阻作用；同时木质素磺酸盐也不具备降阻作用其从未作为降阻剂使用；然而两者接枝后的共聚物具有很好的降阻功效，是很好的滑溜水用降阻剂。木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物的降阻效果受反应物的用量、引发剂的种类及用量、反应条件如反应温度与反应时间等的的影响，本发明给出了滑溜水用降阻剂木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物的优选方案。
本发明在提高降阻性能的基础上充分考虑降低滑溜水对地层的伤害，选择以微乳液助排剂作为滑溜水助排剂，并筛选出一种微乳液助排剂配方的优选方案，结合防膨剂、杀菌剂重新调配滑溜水各组分比例，研制出一种全新的适用于致密砂岩储层的高性能滑溜水。
该滑溜水与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)本发明提供的滑溜水降阻性能显著提高，降阻率达到70％以上。
(2)本发明提供的滑溜水对储层伤害小，为低伤害滑溜水，更适用于致密砂岩储层：
一方面本发明提供的滑溜水选用微乳液助排剂，使得滑溜水表面张力平衡值低，更有利于滑溜水的返排，减少储层内滑溜水的滞留，降低滑溜水对地层伤害；
另一方面本发明提供的滑溜水以木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物作为降阻剂，木质素磺酸盐是一种无毒、可生物降解的原料，更有利于地层保护，降低滑溜水对地层的伤害；
再者本发明提供的滑溜水与地层配伍性好，残渣含量低，无明显沉淀及絮凝出现，对地层伤害小。
(3)本发明提供的滑溜水不易腐败，制备工艺简单，价格低廉，其中本发明选用的降阻剂木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物中所用原料木质素磺酸盐为可再生资源且来源广泛。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了滑溜水1#，具体组成为：按质量百分比计，降阻剂1#0.08％，助排剂1#0.2％，氯化钾0.3％，甲醛0.02％，余量为水。
其中降阻剂1#为木质素磺酸钠、丙烯酰胺以及过硫酸钾在水溶液充分反应制得，在水溶液中木质素磺酸钠的质量浓度为2％，丙烯酰胺的质量浓度为8％，过硫酸钾的质量浓度为0.005％。具体制备过程如下：称取所需的木质素磺酸钠和水，放入烧瓶，于60℃下搅拌10min，形成均一溶液；向均一溶液中加入过硫酸钾和丙烯酰胺，于60℃下搅拌3h得到聚合物粗品；用无水乙醇将聚合物从聚合物粗品中分离出来；将分离得到的聚合物离心洗涤5次，于120℃下干燥5h，得到降阻剂1#产品。
其中，以重量百分比计，助排剂1#的各组分为10％的异丙醇，5％的琥珀酸二辛酯磺酸钠，30％的椰油酰胺丙基甜菜碱，25％的烷基酚聚氧乙烯醚TX-10，余量水。具体配制过程如下：将异丙醇与水装入烧杯中，于60℃下搅拌10min，使异丙醇与水充分互溶得到第一溶液；向第一溶液中加入琥珀酸二辛酯磺酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱，于60℃下大力搅拌，直至形成均一液体得到第二溶液；继续向第二溶液中加入烷基酚聚氧乙烯醚TX-10，于60℃下搅拌均匀，即得到助排剂1#。
滑溜水1#的配制方法为：首先配制氯化钾溶液，之后依次加入降阻剂1#、助排剂1#和甲醛，分别搅拌均匀，得到滑溜水1#。
参照中国石油天然气行业标准SY/T5107-2016《水基压裂液性能评价方法》，对滑溜水1#进行性能评价，评价方法具体如下：降阻率参照标准中的7.12，在室温(25℃)、流量为30L/min的条件下得到；粘度参照标准中的7.4，在室温、转速为100r/min的条件下测得；表面张力在室温下测得；残渣含量参照标准中的7.10来测定；岩心伤害率参照标准中的7.7，采用低渗岩心测得；与地层水的配伍性参照标准中的7.11，在室温条件下得到。
滑溜水1#的性能评价结果如表1所示。
表1
评价内容 评价结果
降阻率 76％
粘度mPa·s 3.0
表面张力mN/m 24.7
残渣含量 0
岩心伤害率 4.79％
与地层水配伍 无沉淀，无絮凝
滑溜水1#具有较好的的表面活性，能够降低细孔喉的毛细管力，降低水敏地层的水锁效应，这有利于压裂液的快速返排。同时，该滑溜水对低渗岩心的伤害明显小于常规滑溜水(岩心伤害率>8％)，属低伤害滑溜水。
实施例2
本实施例提供了滑溜水2#，具体组成为：按质量百分比计，降阻剂2#0.1％，助排剂2#0.15％，氯化铵0.4％，丙烯醛0.1％，余量为水。
其中降阻剂2#为木质素磺酸钠、丙烯酰胺以及过硫酸钾在水溶液充分反应制得，在水溶液中木质素磺酸钠的质量浓度为2.5％，丙烯酰胺的质量浓度为8.5％，过硫酸钾的质量浓度为0.006％。具体制备过程如下：称取所需的木质素磺酸钠和水，放入烧瓶，于50℃下搅拌15min，形成均一溶液；之后向均一溶液中加入过硫酸钾和丙烯酰胺，于50℃下搅拌4h得到聚合物粗品；用无水乙醇将聚合物从聚合物粗品中分离出来；将分离得到的聚合物离心洗涤3次，于100℃下干燥6h，得到降阻剂2#产品。
其中，以重量百分比计，助排剂2#的各组分为12％的异丙醇，6％的琥珀酸二辛酯磺酸钠，28％的椰油酰胺丙基甜菜碱，22％的烷基酚聚氧乙烯醚TX-10，余量水。具体配制过程如下：将异丙醇与水装入烧杯中，于60℃下搅拌10min，使异丙醇与水充分互溶得到第一溶液；向第一溶液中加入琥珀酸二辛酯磺酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱，于50℃下大力搅拌，直至形成均一液体得到第二溶液；继续向第二溶液中加入烷基酚聚氧乙烯醚TX-10，于50℃下搅拌均匀，即得到助排剂2#。
滑溜水2#的配制方法为：首先配制氯化铵溶液，之后依次加入降阻剂2#、助排剂2#和丙烯醛，分别搅拌均匀，得到滑溜水2#。
参照中国石油天然气行业标准SY/T5107-2016《水基压裂液性能评价方法》，对滑溜水2#进行性能评价，具体评价方法与实施例1相同，滑溜水2#的性能评价结果如表2所示。
表2
评价内容 评价结果
降阻率 82％
粘度mPa·s 3.2
表面张力mN/m 22.7
残渣含量 0
岩心伤害率 4.85％
与地层水配伍 无沉淀，无絮凝
与滑溜水1#相似，滑溜水2#也具有较好的表面活性，能够降低细孔喉的毛细管力，降低水敏地层的水锁效应，这有利于压裂液的快速返排。同时，该滑溜水对低渗岩心的伤害明显小于常规滑溜水(岩心伤害率>8％)，属低伤害滑溜水。
实施例3
本实施例提供了滑溜水3#，具体组成为：按质量百分比计，降阻剂3#0.06％，助排剂3#0.18％，氯化钾0.2％，丙烯醛0.15％，余量为水。
其中降阻剂3#为木质素磺酸钠、丙烯酰胺以及过硫酸钾在水溶液充分反应制得，在水溶液中木质素磺酸钠的质量浓度为2.2％，丙烯酰胺的质量浓度为9.4％，过硫酸钾的质量浓度为0.006％。具体制备过程如下：称取所需的木质素磺酸钠和水，放入烧瓶，于40℃下搅拌20min，形成均一溶液；之后向均一溶液中加入过硫酸钾和丙烯酰胺，于40℃下搅拌5h得到聚合物粗品；用无水乙醇将聚合物从聚合物粗品中分离出来；将分离得到的聚合物离心洗涤4次，于90℃下干燥8h，得到降阻剂3#产品。
其中，以重量百分比计，助排剂3#的各组分为11％的异丙醇，7％的琥珀酸二辛酯磺酸钠，34％的椰油酰胺丙基甜菜碱，27％的烷基酚聚氧乙烯醚TX-10，余量水。具体配制过程如下：将异丙醇与水装入烧杯中，于40℃下搅拌10min，使异丙醇与水充分互溶得到第一溶液；向第一溶液中加入琥珀酸二辛酯磺酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱，于40℃下大力搅拌，直至形成均一液体得到第二溶液；继续向第二溶液中加入烷基酚聚氧乙烯醚TX-10，于50℃下搅拌均匀，即得到助排剂3#。
滑溜水3#的配制方法为：首先配制氯化钾溶液，之后依次加入降阻剂3#、助排剂3#和丙烯醛，分别搅拌均匀，得到滑溜水3#。
参照中国石油天然气行业标准SY/T5107-2016《水基压裂液性能评价方法》，对滑溜水3#进行性能评价，具体评价方法与实施例1相同，滑溜水3#的性能评价结果如表3所示。
表3
评价内容 评价结果
降阻率 75％
粘度mPa·s 3.1
表面张力mN/m 23.8
残渣含量 0
岩心伤害率 4.71％
与地层水配伍 无沉淀，无絮凝
与上述滑溜水相似，滑溜水3#也具有较好的表面活性，能够降低细孔喉的毛细管力，降低水敏地层的水锁效应，这有利于压裂液的快速返排。同时，该滑溜水对低渗岩心的伤害明显小于常规滑溜水(岩心伤害率>8％)，属低伤害滑溜水。
对比例1
本对比例提供了滑溜水4#，具体组成为：按质量百分比计，降阻剂4#0.06％，助排剂4#0.18％，氯化钾0.2％，丙烯醛0.15％，余量为水。降阻剂4#(新乡市荣盛净水材料有限公司)和助排剂4#(上海楚星化工有限公司)均为常用，购买所得。与实施例3相比，除降阻剂和助排剂的类型不同，其余成分及含量均相同。具体配制方法参照实施例3中滑溜水3#的配制方法。
参照中国石油天然气行业标准SY/T5107-2016《水基压裂液性能评价方法》，对滑溜水4#进行性能评价，具体评价方法与上述实施例1相同，滑溜水4#的性能评价结果如表4所示。
表4
评价内容 评价结果
降阻率 67％
粘度mPa·s 3.0
表面张力mN/m 27.9
残渣含量 6.8
岩心伤害率 13.7％
与地层水配伍 无沉淀，无絮凝
与滑溜水4#相比，滑溜水3#无论是降阻率，还是表面张力、残渣含量及岩心伤心率均占优，这说明与常规滑溜水相比，本发明所提供的滑溜水具有更优异的性能。

Claims (10)

1.一种滑溜水，以质量百分比计，该滑溜水包含如下组分：降阻剂0.05-0.15％，助排剂0.05-0.3％，防膨剂0.05-0.5％，杀菌剂0.01-0.5％，余量为水；
其中，所述降阻剂为木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物；所述助排剂为微乳液助排剂；所述防膨剂为氯化钾或/和氯化铵；所述杀菌剂为甲醛或/和丙烯醛。
2.根据权利要求1所述的滑溜水，其特征在于：所述木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物是通过以下步骤制备得到的：
1)将木质素磺酸钠溶于水在40-70℃下搅拌5-20min形成木质素磺酸钠的水溶液；
2)在木质素磺酸钠的水溶液中加入过硫酸钾和丙烯酰胺单体形成混合物，将混合物在40-70℃下搅拌2-5h，得到聚合物粗品；
3)将聚合物从步骤2)所得的聚合物粗品中分离出来；
4)将步骤3)分离得到的聚合物离心洗涤3-5次，在80-120℃下干燥5-8h，得到所述木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物。
3.根据权利要求2所述的滑溜水，其特征在于：以质量百分比计，步骤2)中所述混合物的各组分为：木质素磺酸钠1.5-3％，丙烯酰胺7-10％，过硫酸钾0.003-0.007％，余量为水。
4.根据权利要求2所述的滑溜水，其特征在于：步骤3)中所述分离为用无水乙醇进行分离。
5.根据权利要求1所述的滑溜水，其特征在于：所述木质素磺酸盐与丙烯酰胺的接枝共聚物是木质素磺酸钠、丙烯酰胺以及过硫酸钾在水溶液中于40-70℃的温度条件下充分反应得到的；
其中，在水溶液中，木质素磺酸钠的质量浓度为1.5-3％，丙烯酰胺的质量浓度为7-10％，过硫酸钾的质量浓度为0.003-0.007％。
6.根据权利要求1所述的滑溜水，其特征在于：以质量百分比计，所述微乳液助排剂包含如下组分：异丙醇8-13％，琥珀酸二辛酯磺酸钠3-8％，椰油酰胺丙基甜菜碱28-35％，烷基酚聚氧乙烯醚TX-10 20-30％，余量为水。
7.根据权利要求6所述的滑溜水，其特征在于：所述微乳液助排剂通过下述步骤制得：
1)将异丙醇和蒸馏水充分互溶形成第一溶液；
2)在第一溶液中加入琥珀酸二辛酯磺酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱，充分互溶得到第二溶液；
3)在第二液体中加入烷基酚聚氧乙烯醚TX-10，充分互溶即得到所述微乳液助排剂。
8.根据权利要求7所述的滑溜水，其特征在于：步骤1)所述充分互溶通过在40-60℃下搅拌5-10min实现；步骤2)所述充分互溶通过在40-60℃下搅拌实现；步骤3)所述充分互溶通过在40-60℃下搅拌实现。
9.一种权利要求1-8任一项所述的滑溜水的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
1)在水中加入防膨剂，形成溶液a；
2)在溶液a中加入降阻剂，形成溶液b；
3)在溶液b中加入助排剂和杀菌剂，即得所述滑溜水。
10.权利要求1-8任一项所述的滑溜水在致密砂岩储层压裂中的应用。
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