CN111778008A - 适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田增产技术领域，公开了一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法及应用，通过聚合加工工艺将引入具有防膨性能的阳离子单体、缔合单体与丙烯酰胺类单体进行水溶液聚合成水凝胶，然后进行造粒加工而成。利用低浓度稠化剂作为压裂液滑裂水，稠化剂浓度提高聚合物分子链上的疏水性单体提供缔合微区与缔合交联剂进行物理缔合作用得到压裂液携砂液，同时阳离子单体的引入可以显着改善压裂破胶液的防膨性能，进一步简化了压裂配液工序，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明属于油田增产技术领域，尤其涉及一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法及应用工艺。
背景技术
目前，致密油气是当今石油工业的一个新领域，因其资源潜力及勘探价值，是全球一种非常重要的非常规资源，是接替常规油气能源、支撑油气革命的重要力量，已成为国内外能源结构中的重要角色。美国的非常规油气资源开发最具代表性：依靠先进的致密油气勘探开发技术和资源丰富、分布地区广，美国大量致密油气资源得到发现与开采，扭转了油气产量下降的局面，并成为稳固其长期成为油气产出大国地位的重要支撑。中国致密油气资源非常丰富，约占可采油气资源的40％。
致密油气田开发是世界级难题，储层可见孔含量低，以微(纳米)孔隙类型为主，储层喉道细小，孔喉结构复杂的储层特性，导致大面积低丰度，产量递减速度快(三年内产量递减达85％)，地层能量补充难，采收率低(自然能量采收率仅1％～8％)，开采成本高，高投入和低产出限制了规模开发。水平井+体积压裂新工艺技术已成为开发致密油气资源主要开发措施，压裂液性能特点必须有利于水平井体积压裂改造工艺目的实现，对压裂液体系性能提出更高的性能需求：压裂液需要深入微裂缝传导压力，要求压裂液具有较低的粘度；为了提高缝内静压力迫使天然裂缝开启，需要提升压裂施工排量，需要液体具有良好的降低摩阻性能；为了扩大天然裂缝开启范围，需要增大施工液量，要求尽可能降低液体成本；为了增加主裂缝与近井地带导流能力，需要压裂液携带支撑剂填充裂缝，要求压裂液具有良好的携砂性能；
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：国内油田水平井压裂施工液体受限于国外技术壁垒，主要采用减阻剂+交联胍胶混合水压裂，但是胍胶压裂液施工过程中摩阻高，对水质要求高，降解能力差；破胶后压裂液残渣含量高，在地层容易聚集吸附，造成地层污染；同时返排液含有大量金属离子，重复利用能力差，导致成本增加。
解决以上问题及缺陷的难度为：如何开发出一种可替代减阻剂+交联胍胶混合水压裂传统压裂模式的新型一体化压裂工艺，既可以满足压裂施工的基本要求，又可以简化配液工序，降低成本，且可实现返排液重复利用，降低地层污染。
解决以上问题及缺陷的意义为：针对致密油气储层体积压裂工艺配套关键技术的迫切需求，结合降本增效的开发思路和安全环保的严格要求进行科技攻关，开发适用于一体化压裂工艺的压裂液体系，本发明技术基于上述思路提出适用于一体化压裂液稠化剂制备方法及应用工艺，通过引入具有防膨性能的阳离子单体、缔合单体与丙烯酰胺类单体进行水溶液聚合成水凝胶，然后进行造粒加工而成。利用低浓度稠化剂作为压裂液滑裂水，稠化剂浓度提高聚合物分子链上的疏水性单体提供缔合微区与缔合交联剂进行物理缔合作用得到压裂液携砂液，同时阳离子单体的引入可以显着改善压裂破胶液的防膨性能，进一步简化了压裂配液工序，提高工作效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法及应用工艺。
本发明是这样实现的，一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法及应用工艺，本发明的技术方案具体如下：
所述的具有防膨性能的压裂液稠化剂合成原料为10～40％wt丙烯酰胺类单体、5～20％wt阳离子单体、5～25％wt长碳链反应单体和40～80％wt水；所述制备方法过程如下：
步骤一：通过水溶液聚合成胶块；
步骤二：加入调节助剂溶液进行造粒、烘干；
步骤三：粉碎筛分得到所述压裂液稠化剂。
其中R＝H，CH3或CH2CH3，n＝12-22。
进一步，所述的丙烯酰胺类单体由丙烯酰胺、丙烯酸混合而成，质量比例为100∶0～30。
进一步，所述的阳离子单体为
进一步，所述的长碳链反应单体为：丙烯酰丙基二甲基十二烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基十四烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基十六烷基溴化铵中的至少一种。
进一步，所述的聚合引发剂为：过硫酸钾、偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠，过硫酸钾加量为反应单体的0.0001～0.05％wt，偶氮二异丁基氰加量为反应单体的0.0001～0.05％wt，亚硫酸氢钠加量为反应单体的0.0001～0.05％wt。过硫酸钾是引发剂单体名称，过硫酸钾加量是指过硫酸钾添加量。
所述压裂液稠化剂代加工企业为陕西长海油田助剂有限公司，所述的聚合加工工艺为：
步骤一：在夹套反应釜中加入计量的丙烯酰胺类单体、长碳链反应单体和水，用氢氧化钠调节pH＝6.5-7.8，控制中和温度≤20℃，加入过硫酸钾和偶氮二异丁基氰，得到单体水溶液；
步骤二：开启搅拌通氮气除氧40min；
步骤三：一次性加入计量的亚硫酸氢钠溶液进行聚合，体系迅速聚合升温，当达到最高温度后，继续保温反应30min，反应完成。
所述的一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法及应用工艺，在造粒时加入的调节助剂溶液由氯化胆碱和含有1％斯盘80的3#白油溶液组成，与胶块质量比为100∶10∶1。
本发明的另一目的在于提供一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂的应用工艺：滑溜水为0.1％稠化剂，室内减阻率≥60％，防膨率60％；携砂液由0.2％～0.4％稠化剂和0.2～0.6％缔合交联剂组成；破胶剂加量由0.04～0.08％过硫酸铵和0.02～0.04％缔合破胶剂组成。
所述的缔合交联剂为粘弹性表面活性剂组合物，淡黄色透明液体，型号为NST40，固含量40％，0.5％溶液表面张力＜25mN/m，生产商为陕西长海油田助剂有限公司。
所述的缔合破胶剂为焦亚硫酸钠或亚硫酸氢钠。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
(1)本发明通过引入具有防膨性能的阳离子单体、缔合单体与丙烯酰胺类单体进行水溶液聚合成水凝胶，然后进行造粒加工而成。利用低浓度稠化剂作为压裂液滑裂水，稠化剂浓度提高聚合物分子链上的疏水性单体提供缔合微区与缔合交联剂进行物理缔合作用得到压裂液携砂液，简化了压裂配液工序，提高工作效率
(2)本发明克服了现有聚合物滑溜水压裂液和植物胶类携砂液压裂液的现场不配伍，施工切换风险大，以及与粘土稳定剂之间的配伍性问题，引入具有防膨功能的阳离子单体，进行水溶液聚合得到胶块，同时在造粒过程中加入一定的氯化胆碱，从而获得良好的防膨性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的压裂液稠化剂制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的聚合加工工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法及应用工艺，下面结合附图对本发明作详细的描述。
下面对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，本发明提供的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，具有防膨性能的所述压裂液稠化剂合成原料为10～40％wt丙烯酰胺类单体、5～20％wt阳离子单体、5～25％wt长碳链反应单体和40～80％wt水；
S101：通过水溶液聚合成胶块；
S102：加入调节助剂溶液进行造粒、烘干；
S103：粉碎筛分得到所述压裂液稠化剂。
所述压裂液稠化剂的分子式为：
其中R＝H，CH3或CH2CH3，n＝12-22。
所述的丙烯酰胺类单体由丙烯酰胺、丙烯酸混合而成，质量比例为100∶0～30。
所述的阳离子单体为
所述长碳链反应单体为：丙烯酰丙基二甲基十二烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基十四烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基十六烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基十八烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵中的一种或几种组合。
所述聚合引发剂由过硫酸钾、偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠组成，过硫酸钾加量为反应单体的0.0001～0.05％wt，偶氮二异丁基氰加量为反应单体的0.0001～0.05％wt，亚硫酸氢钠加量为反应单体的0.0001～0.05％wt。
如图2所示，所述聚合加工工艺的实现过程为：
(1)在夹套反应釜中加入计量的丙烯酰胺类单体、长碳链反应单体和水，用氢氧化钠调节pH＝6.5-7.8，控制中和温度≤20℃，加入过硫酸钾和偶氮二异丁基氰，得到单体水溶液；
(2)开启搅拌通氮气除氧40min；
(2)一次性加入计量的亚硫酸氢钠溶液进行聚合，体系迅速聚合升温，当达到最高温度后，继续保温反应30min，反应完成。
所述调节助剂由氯化胆碱和含有1％斯盘80的3#白油溶液组成，所述氯化胆碱和所述3#白油溶液与胶块质量比为100∶10∶1。
本发明提过了一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂的应用工艺，所述应用工艺为：滑溜水由0.1％压裂液稠化剂组成，室内减阻率≥70％，防膨率60％，携砂液由0.2％～0.4％压裂液稠化剂和0.2～0.6％缔合交联剂组成，破胶剂加量由0.04～0.08％过硫酸铵合0.02～0.04％缔合破胶剂组成。
所述缔合交联剂组分为粘弹性表面活性剂组合物，淡黄色透明液体，型号为NST40，固含量40％，0.5％溶液表面张力＜25mN/m，生产商为陕西长海油田助剂有限公司。
所述缔合破胶剂组分为焦亚硫酸钠或亚硫酸氢钠。
实施例1：
在30吨水罐中，利用配液车缓慢吸入30公斤压裂稠化剂，循环搅拌30min，再加入150公斤助排剂，循环搅拌10min，利用毛细管粘度计测试其粘度达到10mPa.s，即成为滑溜水压裂液。
在30吨水罐中，利用配液车缓慢吸入105公斤压裂稠化剂，循环搅拌30min，再加入150公斤助排剂，循环搅拌10min，利用六速粘度计测试其粘度达到60mPa.s，即成为携砂液基液。施工时按体系比100(基液)∶0.3(缔合交联剂)，将基液和缔合交联剂混合，即得到携砂液，随后将12公斤过硫酸铵和6公斤缔合破胶剂在施工过程中缓慢撒入，即可实现破胶。
实施例2：
在鄂尔多斯盆地现场进行先导性试验6口井，滑溜水阶段油管压力相对活性水平均下降4.15Mpa，平均砂比27.5％，最高砂比35％，压裂破胶返排液表观粘度4.2mPa.s，平均防膨率81.32％，平均表面张力为26.35mN/m，产量相对邻井平均增油15.28％。
本发明所制备的压裂稠化剂在吴起采油厂现场进行先导性试验6口井，滑溜水阶段油管压力相对活性水平均下降4.15Mpa，平均砂比27.5％，最高砂比35％，压裂破胶返排液表观粘度4.2mPa.s，平均防膨率81.32％，平均表面张力为26.35mN/m，产量相对邻井平均增油15.28％。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，其特征在于，所述制备方法采用的具有防膨性能的所述压裂液稠化剂合成原料为10～40％wt丙烯酰胺类单体、5～20％wt阳离子单体、5～25％wt长碳链反应单体和40～80％wt水。
2.如权利要求1所述的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，其特征在于，所述制备方法过程如下：
步骤一：通过水溶液聚合成胶块；
步骤二：加入调节助剂溶液进行造粒、烘干；
步骤三：粉碎筛分得到所述压裂液稠化剂；压裂液稠化剂分子式为：
其中R＝H，CH3或CH2CH3，n＝12-22。
3.如权利要求1所述的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，其特征在于，所述的丙烯酰胺类单体由丙烯酰胺、丙烯酸混合而成，所述丙烯酰胺、丙烯酸质量比例为100∶0～30。
4.如权利要求1所述的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，其特征在于，所述的阳离子单体为
5.如权利要求1所述的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，其特征在于，所述长碳链反应单体为：丙烯酰丙基二甲基十二烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基十四烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基十六烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基十八烷基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵中的一种或几种组合。
6.如权利要求1所述的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，其特征在于，所述聚合引发剂由过硫酸钾、偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠组成，过硫酸钾加量为反应单体的0.0001～0.05％wt，偶氮二异丁基氰加量为反应单体的0.0001～0.05％wt，亚硫酸氢钠加量为反应单体的0.0001～0.05％wt。
7.如权利要求1所述的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，其特征在于，所述聚合加工工艺的实现过程为：
步骤一：在夹套反应釜中加入计量的丙烯酰胺类单体、长碳链反应单体和水，用氢氧化钠调节pH＝6.5-7.8，控制中和温度≤20℃，加入过硫酸钾和偶氮二异丁基氰，得到单体水溶液；
步骤二：开启搅拌通氮气除氧40min；
步骤三：一次性加入计量的亚硫酸氢钠溶液进行聚合，体系迅速聚合升温，当达到最高温度后，继续保温反应30min，反应完成。
8.如权利要求1所述的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂制备方法，其特征在于，所述调节助剂由氯化胆碱和含有1％斯盘80的3#白油溶液组成，所述氯化胆碱和所述3#白油溶液与胶块质量比为100∶10∶1。
9.一种适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂的应用工艺，其特征在于，所述应用工艺为：滑溜水由0.1％压裂液稠化剂组成，室内减阻率≥70％，防膨率60％，携砂液由0.2％～0.4％压裂液稠化剂和0.2～0.6％缔合交联剂组成，破胶剂加量由0.04～0.08％过硫酸铵和0.02～0.04％缔合破胶剂组成。
10.如权利要求9所述的适用于一体化压裂工艺的压裂液稠化剂应用工艺，其特征在于，所述缔合交联剂组分为粘弹性表面活性剂组合物，淡黄色透明液体，型号为NST40，固含量40％，0.5％溶液表面张力＜25mN/m；所述缔合破胶剂组分为焦亚硫酸钠或亚硫酸氢钠。
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