CN111287719A

CN111287719A - 一体化压裂施工中稠化剂的添加方法

Info

Publication number: CN111287719A
Application number: CN202010096527.4A
Authority: CN
Inventors: 王世彬; 高杨; 徐兵威; 刘成城; 郭建春
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2020-06-16

Abstract

本发明公开了一种一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，包括两个主要步骤：S1、将稠化剂粉末以半分散状态分散于水中，然后加入高浓度的无机盐，搅拌待盐完全溶解后，加入聚乙二醇和乳化剂，剧烈搅拌，稠化剂被盐包覆，得到乳白色的稠化剂乳液；其中，无机盐在水中的浓度是100‑400g/L；S2、在压裂施工现场进行到不同压裂阶段时，向混砂车的液罐中泵入不同配比的配液水和稠化剂乳液，稠化剂在配液水中快速溶胀形成压裂液；通过控制配液水和稠化剂乳液的泵入配比得到不同黏度的压裂液，以满足不同压裂阶段对压裂液的黏度要求。本发明将常用的稠化剂采用盐包覆方法预先进行乳化，得到快速溶胀稠化剂，进而实现了一体化的连续混配施工。

Description

一体化压裂施工中稠化剂的添加方法

技术领域

本发明涉及油气田开采技术领域，特别是一体化压裂施工中稠化剂的添加方法。

背景技术

压裂施工是非常规油气资源改造的必要手段，非常规油气资源的改造需要造复杂的缝网，这就需要在施工中使用多种流体，分别发挥不同的作用。如前置液破碎岩石；暂堵剂携带液携带暂堵剂达到需要封堵的裂缝点；携砂液携带支撑剂进入压开的裂缝发挥支撑裂缝的作用，而且不同时段的施工，需要的携砂液携砂能力也不一样；顶替液顶替井筒的携砂液进入地层需要。在一个施工流程中，为满足对流体多样化需求，以前是准备很多液罐，分别盛装不同类型的流体，这样需要大量的地方摆放液罐，在施工过程也需要时刻注意切换各个液罐。这样导致施工需要准备一个大的井场，占用较多的地方，液体配制过程也很复杂，施工切换也容易出现错误。特别是针对大规模的施工情况，液量都在上万方，如果采用现场配液，需要上千个液罐，这给现场施工组织带来巨大的挑战。

不同的施工阶段中用到的不同流体的主要差异是黏度的不同，黏度的不同来源于添加稠化剂的加量不同，所以可以在施工中按照施工要求一体化配制需要的流体，将节约大量的井场地方，降低施工的复杂性，便于施工。这需要解决的一个关键问题是稠化剂的溶胀，目前采用的稠化剂溶胀时间较长，很难满足施工中短时间的要求，特别是在高浓度的条件下，溶胀时间需要1个小时以上。一体化施工需要一种快速溶胀稠化剂的配合使用，将能快速溶胀的流体运用到一体化施工中，通过在混砂车位置的优化加入过程，实现一体化的连续混配施工。

发明内容

本发明的目的是针对现有稠化剂溶胀时间较长，不能满足一体化连续混配施工要求的问题，提供一种一体化压裂施工中稠化剂的添加方法。

本发明提供的一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，步骤如下：

S1、制备快速溶胀稠化剂乳液：

将常用的稠化剂采用盐包覆方法乳化，具体方法是：将稠化剂粉末以半分散状态分散于水中，快速搅拌，然后加入高浓度的无机盐，搅拌待盐完全溶解后，加入聚乙二醇和乳化剂，剧烈搅拌，稠化剂被盐包覆得到乳白色的稠化剂乳液；其中，所述无机盐为NaCl、KCl、NH₄Cl、MgCl₂、NaNO₃、CaCl₂中的至少一种。控制无机盐在水中的浓度是100-400g/L。所述稠化剂为胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基胍胶、羧甲基羟丙基胍胶、羧甲基纤维素、羟丙基羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种，稠化剂在水中的浓度是200-450g/L。所述聚乙二醇为聚乙二醇200或聚乙二醇400，其在水中的浓度是200-400g/L。所述乳化剂为吐温80、吐温100、司班80中的一种，其在水中的浓度是10-100g/L。

S2、一体化连续施工的方法：

在混砂车位置以阶梯式的加入快速溶胀稠化剂，实现对施工流体黏度的实时、精确控制，满足不同阶段的需求。在压裂施工现场进行到不同压裂阶段时，向混砂车的液罐中泵入不同配比的配液水和稠化剂乳液，稠化剂在配液水中快速溶胀形成压裂液。通过控制配液水和稠化剂乳液的泵入配比得到不同黏度的压裂液，以满足不同压裂阶段对压裂液的黏度要求。具体做法是：当压裂施工需要较低黏度(黏度范围2-10mPa·s)压裂液时，在混砂车的液罐中控制稠化剂乳液和配液水的体积比为(1-5):1000，在混砂车的叶片搅拌作用下，稠化剂分散在水中并快速溶胀形成压裂液；当施工需要一定的黏度液体(黏度范围20-40mPa·s)携砂时，在混砂车的液罐中控制稠化剂乳液和配液水的体积比为(5-15):1000，在混砂车的叶片搅拌作用下，稠化剂分散在水中并快速溶胀形成压裂液；当施工需要液体携带砂量较高时，就需要压裂液黏度达到(黏度范围40-80mPa·s)，在混砂车的液罐中控制稠化剂乳液和配液水的体积比为(18-25):1000；施工过程中依据施工的要求调整稠化剂乳液的加入量。配液水可以是地表淡水、海水、除固体杂质的返排水、除固体杂质的地层产出水中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明利用压裂液稠化剂分子链在高浓度的盐水中会卷曲，而当盐浓度降低后又会伸展的特征。主要是盐中的阳离子基团会吸附在稠化剂分子链表面，阻止了稠化剂分子与水的水化作用，所以稠化剂分子卷曲成团。配制的时候，先将稠化剂以半分散形式分散在水中，再加入在高浓度的无机盐，让盐阻止稠化剂的继续水化，这样半分散的稠化剂被包裹，稠化剂以卷曲的形态分散在水中，但是稠化剂分子的卷曲很容易导致聚集、沉淀的发生，为了避免这种情况，在体系中加入聚乙二醇和表面活性剂，在高速搅拌下形成液-固相的乳液，使稠化剂分子能保持稳定。当制备的稳定稠化剂加到盐浓度低的水中或清水中后，乳状液快速破乳，包围在稠化剂外表面的盐迅速扩散到低浓度的水中，稠化剂分子表面被释放，又可以与水继续作用，稠化剂以伸展的形态完全分散在水中，增加液体的黏度。

一体化连续施工中，通过简单调控快速溶胀的稠化剂乳液与配液水的混合比例，稠化剂能够快速溶胀，得到不同黏度的流体，发挥不同的作用。在低粘状态下，低粘流体发挥降阻的作用；高粘状态下，发挥携砂的作用。最终实现在施工过程中不需要配液罐，通过在线的一体化施工，完成需要降阻、携砂的大规模压裂施工。本发明适用于目前现场使用的多种流体，即可在陆地施工，也可在海上施工。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，步骤如下：

步骤一、快速溶胀稠化剂的制备

在1L水中，搅拌下加入200g胍胶，液体黏度有增加后，加入400gNaCl，快速搅拌，待盐完全溶解后，加入400g聚乙二醇200和50g吐温100，剧烈搅拌，即可得到乳白色的快速溶胀稠化剂乳液。

步骤二、一体化施工流程

需要低粘流体时(阶段1)，在混砂车的液罐中注入800L地表淡水，通过液添泵加入0.8L配制的快速溶胀稠化剂乳液，混合均匀后，以8m³/min排量输入管线，同时以8m³/min排量往混砂车中注入地表淡水，同时通过液添泵以8L/min排量注入快速溶胀的稠化剂乳液，搅拌后，输入管线；需要携砂时(阶段2)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到64L/min；需要携带高砂量时(阶段3)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到148L/min。直到施工结束。

实施例2

一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，步骤如下：

步骤一、快速溶胀稠化剂的制备

在1L水中，搅拌下加入450g阴离子聚丙烯酰胺，液体黏度有增加后，加入100g的NaNO₂和100g的CaCl₂的混合物，快速搅拌，待盐完全溶解后，加入240g聚乙二醇200和80g吐温80，剧烈搅拌，即可得到乳白色的快速溶胀稠化剂乳液。

步骤二、一体化施工流程

需要低粘流体时(阶段1)，在混砂车的液罐中注入800L海水，通过液添泵加入4L配制的快速溶胀稠化剂乳液，混合均匀后，以8m³/min排量输入管线，同时以8m³/min排量往混砂车中注入海水，同时通过液添泵以40L/min排量注入快速溶胀的稠化剂乳液，搅拌后，输入管线；需要携砂时(阶段2)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到120L/min；需要携带高砂量时(阶段3)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到200L/min。直到施工结束。

实施例3

一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，步骤如下：

步骤一、快速溶胀稠化剂的制备

在1L水中，搅拌下加入380g羟丙基胍胶，液体黏度有增加后，加入100g的NaNO₂、50g的MgCl₂和120g的KCl的混合物，快速搅拌，待盐完全溶解后，加入320g聚乙二醇200和60g吐温100，剧烈搅拌，即可得到乳白色的快速溶胀稠化剂乳液。

步骤二、一体化施工流程

需要低粘流体时(阶段1)，在混砂车的液罐中注入800L除固体杂质的返排水，通过液添泵加入2.4L配制的快速溶胀稠化剂乳液，混合均匀后，以8m³/min排量输入管线，同时以8m³/min排量往混砂车中注除固体杂质的返排水，同时通过液添泵以24L/min排量注入快速溶胀的稠化剂乳液，搅拌后，输入管线；需要携砂时(阶段2)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到80L/min；需要携带高砂量时(阶段3)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到160L/min。直到施工结束。

实施例4

一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，步骤如下：

步骤一、快速溶胀稠化剂的制备

在1L水中，搅拌下加入240g阳离子聚丙烯酰胺，液体黏度有增加后，加入200gNaCl和100gNaNO₂的混合物，快速搅拌，待盐完全溶解后，加入280g聚乙二醇400和100g司班80，剧烈搅拌，即可得到乳白色的乳液。

步骤二、一体化施工流程

需要低粘流体时(阶段1)，在混砂车的液罐中注入800L除固体杂质的地层产出水，通过液添泵加入1.6L配制的快速溶胀稠化剂乳液，混合均匀后，以8m³/min排量输入管线，同时以8m³/min排量往混砂车中注除固体杂质的地层产出水，同时通过液添泵以16L/min排量注入快速溶胀的稠化剂乳液，搅拌后，输入管线；需要携砂时(阶段2)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到80L/min；需要携带高砂量时(阶段3)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到200L/min。直到施工结束。

实施例5

一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，步骤如下：

步骤一、快速溶胀稠化剂的制备

在1L中，搅拌下加入200g两性聚丙烯酰胺，待液体黏度有增加后，加入100g KCl，快速搅拌，待盐完全溶解后，加入200g聚乙二醇400和10g吐温80，剧烈搅拌，即可得到乳白色的乳液。

步骤二、一体化施工流程

需要低粘流体时(阶段1)，在混砂车的液罐中注入800L地表淡水，通过液添泵加入4L配制的快速溶胀稠化剂乳液，混合均匀后，以8m³/min排量输入管线，同时以8m³/min排量往混砂车中注地表淡水，同时通过液添泵以40L/min排量注入快速溶胀的稠化剂乳液，搅拌后，输入管线；需要携砂时(阶段2)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到88L/min；需要携带高砂量时(阶段3)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到176L/min。直到施工结束。

实施例6

一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，步骤如下：

步骤一、快速溶胀稠化剂的制备

在1L水中，搅拌下加入400g羧甲基纤维素，待液体黏度有增加后，加入120g NaCl和120g MgCl₂的混合物，快速搅拌，待盐完全溶解后，加入360g聚乙二醇200和70g司班80，剧烈搅拌，即可得到乳白色的乳液。

步骤二、一体化施工流程

需要低粘流体时(阶段1)，在混砂车的液罐中注入800L海水，通过液添泵加入0.8L配制的快速溶胀稠化剂乳液，混合均匀后，以8m³/min排量输入管线，同时以8m³/min排量往混砂车中注地表淡水，同时通过液添泵以8L/min排量注入快速溶胀的稠化剂乳液，搅拌后，输入管线；需要携砂时(阶段2)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到112L/min；需要携带高砂量时(阶段3)，在保持混砂车的输入、输出排量不变的条件下，将稠化剂乳液的加量增加到200L/min。直到施工结束。

实施例性能：

将上述实施例1-6步骤二的各阶段流体取样，按照行业标准SY-T5107-2016《水基压裂液性能评价方法》测试其黏度。测试结果见表1。

表1、实施例1-6步骤二的各阶段流体的黏度测试结果

从表1的黏度显示，本发明的稠化剂添加方法能够在一体化施工中实现对液体黏度的实时、快速调控，满足不同压裂阶段的施工需要。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，其特征在于，步骤如下：

S1、将稠化剂粉末以半分散状态分散于水中，然后加入高浓度的无机盐，搅拌待盐完全溶解后，加入聚乙二醇和乳化剂，剧烈搅拌，稠化剂被盐包覆，得到乳白色的稠化剂乳液；其中，无机盐在水中的浓度是100-400g/L；

S2、在压裂施工现场进行到不同压裂阶段时，向混砂车的液罐中泵入不同配比的配液水和稠化剂乳液，稠化剂在配液水中快速溶胀形成压裂液；通过控制配液水和稠化剂乳液的泵入配比得到不同黏度的压裂液，以满足不同压裂阶段对压裂液的黏度要求。

2.如权利要求1所述的一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，其特征在于，所述步骤S2中，当压裂施工需要较低黏度，黏度范围2-10mPa·s的压裂液时，在混砂车的液罐中控制稠化剂乳液和配液水的体积比为(1-5):1000，在混砂车的叶片搅拌作用下，稠化剂分散在水中并快速溶胀形成压裂液；当压裂施工需要较高黏度，黏度范围20-40mPa·s的压裂液时，在混砂车的液罐中控制稠化剂乳液和配液水的体积比为(5-15):1000，在混砂车的叶片搅拌作用下，稠化剂分散在水中并快速溶胀形成压裂液；当压裂施工需要更高黏度，黏度范围40-80mPa·s的压裂液时，在混砂车的液罐中控制稠化剂乳液和配液水的体积比为(18-25):1000；施工过程中依据施工的要求调整稠化剂乳液的加入量。

3.如权利要求2所述的一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，其特征在于，配液水为地表淡水、海水、除固体杂质的返排水、除固体杂质的地层产出水中的一种。

4.如权利要求1所述的一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，其特征在于，所述无机盐为NaCl、KCl、NH₄Cl、MgCl₂、NaNO₃、CaCl₂中的至少一种。

5.如权利要求4所述的一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，其特征在于，所述稠化剂为胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基胍胶、羧甲基羟丙基胍胶、羧甲基纤维素、羟丙基羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种，稠化剂在水中的浓度是200-450g/L。

6.如权利要求5所述的一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，其特征在于，所述聚乙二醇为聚乙二醇200或聚乙二醇400，其在水中的浓度是200-400g/L。

7.如权利要求6所述的一体化压裂施工中稠化剂的添加方法，其特征在于，所述乳化剂为吐温80、吐温100、司班80中的一种，其在水中的浓度是10-100g/L。