CN112228030A

CN112228030A - 粉末状聚合物减阻剂现场连续混配溶解高效减阻的方法

Info

Publication number: CN112228030A
Application number: CN202011094569.0A
Authority: CN
Inventors: 毕凯琳; 冯玉军; 张军; 陈昊
Original assignee: Shandong Tongli Chemical Co ltd; Sichuan University
Current assignee: Shandong Tongli Chemical Co ltd; Sichuan University
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2040-10-14
Also published as: CN112228030B

Abstract

本发明提供一种粉末状聚合物减阻剂现场连续混配溶解高效减阻的方法，直接利用粉末状聚合物减阻剂快速配液形成滑溜水减阻剂开展体积压裂，通过改变粉末状聚合物减阻剂的粒径实现聚合物连续混配溶解时间调控，并达到与预先完全溶解和乳液聚合物相当的减阻效果，满足不同环境和工况下滑溜水减阻剂连续混配的要求，解决现有滑溜水体系需要预先溶解和配液、难以满足体积压裂液量大和排量大的要求的难题，实现直接以粉末状聚合物与水混合后即可达到与采用对应的乳液聚合物减阻剂相当的连续混配时间和减阻效果，从而节约现场配液时间，降低对现场复配设备的要求，提高施工效率。

Description

粉末状聚合物减阻剂现场连续混配溶解高效减阻的方法

技术领域

本发明属于油田化学及非常规石油、天然气压裂增产技术领域，具体涉及一种粉末状聚合物减阻剂连续混配溶解高效减阻的方法。

背景技术

非常规油气往往存在于致密储层中，储层的渗透率一般在微达西至纳达西，多数情况下无自然产量，因此需要采用“体积压裂”技术。在非常规油、气井的体积压裂过程中，由于泵速高、液量大、排量大，要求压裂液具有可连续混配和低摩阻性能，因此需要使用滑溜水压裂液体系，其中的核心组分高分子减阻剂直接决定了滑溜水压裂液的性能。

在滑溜水压裂液中，使用最广泛的减阻剂为聚丙烯酰胺及其衍生物，产品类型主要为粉末和乳液两种，在应用时是以水溶液的形式使用。目前，聚合物减阻机理认为减阻是发生在聚合物线团与湍流相互作用过程中聚合物线团被拉伸所产生的结果。当聚丙烯酰胺未完全溶解时，聚合物分子链呈部分伸展状态，与溶剂的相互作用较弱。因此，无论粉末产品还是乳液产品，聚合物完全溶解才能实现最佳的减阻效果。

现有粉末状聚丙烯酰胺减阻剂溶解所需时间较长，不能满足现场即配即用的要求，因此需要预先溶解配液并存储。实际施工过程中由于滑溜水体积较大(10000～40000m³)，粉末状聚合物减阻剂用量很大，要使粉末状聚合物减阻剂完全溶解，将压裂液注入地层前，需要单独采用大型混配设备，如大型聚合物混合搅拌罐及储液罐，预先将粉末状聚合物溶解和存储，才能保证后续的连续泵入地层使用，这不仅增加了设备成本，预先溶解也会增加操作工序和占用时间。即使采用了大型搅拌溶解装置，也不能有效缩短粉末状聚合物的溶解时间。同时，虽然提高剪切速率能够加快粉末状聚合物的溶解，但大型搅拌罐在较高转速下运行会带来较大的离心力，导致运行不安全。因此，实际施工作业中必须在保证大型搅拌装置安全运行的情况下进行粉末状聚合物的溶解，需要对转速进行限制，而在这样的条件下粉末状聚合物完全溶解时间非常长。在现有体积压裂工况中粉末状聚合物完全溶解通常需要一个小时甚至两个小时以上。因此，现有采用粉末状聚合物减阻剂进行体积压裂施工存在设备成本高、不能实现连续在线混配、施工效率较低的问题。

为使减阻剂快速溶解，达到非常规油气现场大排量压裂下即配即用以及高效减阻的目的，目前减阻剂主要采用乳液产品。但乳液减阻剂含有大量有机溶剂，对环境危害较大，合成工艺较复杂，成本较高；通过乳液稀释配制的压裂液中会含有乳化剂和油滴，存在堵塞储层渗流通道的风险。随着国家环保力度的加大，基于乳液聚合物的滑溜水压裂液的排放会受到限制。为克服上述缺陷，中国专利ZL201210522882.9公布了一种水溶性聚合物快速溶解系统及其方法，水溶性聚合物快速溶解系统包括预分散系统、聚合物溶解系统以及连接各装置的风机、输送泵和管线，而聚合物溶解系统采用两级和多级旋转填料床串联。上述装置尽管在一定程度上加快了聚合物的溶解和减小了设备体积和数量，但依然难以满足体积压裂液量大和排量大，要求滑溜水压裂液具备可连续混配现场即配即用的特点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种粉末状聚合物减阻剂现场连续混配溶解高效减阻的方法，直接利用粉末状聚合物减阻剂快速配液形成滑溜水减阻剂开展体积压裂，解决现有滑溜水体系需要预先溶解和配液、难以满足体积压裂液量大和排量大的要求的难题，实现直接以粉末状聚合物与水混合后即可达到与采用对应的乳液聚合物减阻剂相当的连续混配时间和减阻效果，从而节约现场配液时间，降低对现场复配设备的要求，提高施工效率。

本申请的发明人在研究中发现，改变粉末状聚合物减阻剂的粒径可以实现聚合物连续混配溶解时间调控，同时不需要等待将聚合物完全溶解也可以达到与预先完全溶解和乳液聚合物相当的减阻效果，满足不同环境和工况下滑溜水减阻剂连续混配的要求。

本申请所述“连续混配溶解”的“溶解”不代表完全溶解为溶液，“连续混配溶解时间”并非指粉末状聚合物完全溶解形成均匀的溶液的时间，而是以粉末状聚合物和水混合配制的压裂液在按照行业标准规定的“连续混配溶解时间”测定方法测试的压裂液达到最大减阻率的时间。这一时间越短，在大型压裂施工过程中连续在线复配的时间越短。根据这一时间判断该压裂液是否能够满足体积压裂液量大和排量大需要滑溜减阻剂具备可连续混配现场即配即用的要求。通常，在体积压裂中要求“连续混配溶解时间”乳液类减阻剂小于40s，而非乳液类减阻剂小于5min。

本发明提供的粉末状聚合物减阻剂现场连续混配溶解和高效减阻的方法，使用粒径为20～100目的粉末状聚合物减阻剂与水混合配制滑溜水减阻剂，通过调控粉末状聚合物粒径改变滑溜水减阻剂的连续混配溶解时间。

上述方法中，进一步地，将粉末状聚合物减阻剂泵送到混砂车上的搅拌罐中，与水混合后即泵入目标储层，实现连续在线混配。

所述混砂车上的搅拌罐与背景技术中所述大型混合搅拌罐不同，混砂车是大型压裂作业过程中所必须的设备，在采用大型混合搅拌罐预先溶解粉末状聚合物减阻剂的情况下，也同样会采用混砂车来输送滑溜水减阻剂，而本发明方法仅仅依靠混砂车即可实现连续在线混配，对现场复配设备要求更低，不需要额外的溶解装置。

上述方法中，进一步地，使用粒径为60～100目的粉末状聚合物与水混合配制滑溜水减阻剂。

上述方法中，进一步地，粉末状聚合物与水混合的比例为使配制的压裂液中聚合物的质量百分比为0.0005％～0.01％。

本发明提供的在非常规石油、天然气压裂增产中利用粉末状聚合物实现连续在线混配压裂液的方法，使用粒径为20～100目的粉末状聚合物与水混合。

上述方法中，进一步地，粉末状聚合物与水混合的比例为使配制的压裂液中聚合物的质量百分比为0.005％～0.01％。

上述方法中，进一步地，所述非常规油气开采包括页岩油、页岩气、致密油、致密气开采中的至少一种。

进一步地，根据现场连续混配要求采用粉碎机和振动筛将粉末状聚丙烯酰胺粉碎、筛分得到所需目数。

本发明的上述技术方案中，粒径20～100目聚丙烯酰胺由阴离子单体和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到。所述阴离子单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中和成的盐中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述方法直接将粉末状聚合物与水混合配制减阻剂，实现现场体积压裂施工过程中的在线连续混配，满足了非常规油、气井体积压裂液量大和排量大的要求。

2、本发明所述方法只需将减阻剂泵送到混砂车上的搅拌罐中，不需要预先完全溶解和储存混配所得压裂液的工序，也不需要单独的混配设备如大型聚合物混合搅拌罐及储液罐就能实现连续在线混配，从而节约现场配制时间，提高施工效率。

3、本发明所述方法从聚合物减阻剂本身出发，通过改变粉末颗粒大小，调节粉末状聚合物减阻剂连续混配溶解时间，为大规模体积压裂作业创造了条件。

4、采用本发明所述方法，无需等待粉末状聚合物完全溶解，在聚合物粉末与水混合后，在40s内达到采用乳液聚合物减阻剂相当的减阻效果。

附图说明

图1为实施例1配制的水溶液(0.005％)的减阻率—时间关系曲线(纯水；流速，6.5m/s；管径，8mm)。

图2为对比例1-1配制的水溶液(0.005％)的减阻率—时间关系曲线(纯水；流速，6.5m/s；管径，8mm)。

图3为实施例2配制的水溶液(0.005％)的减阻率—时间关系曲线(纯水；流速，6.5m/s；管径，8mm)。

图4为实施例3配制的水溶液(0.005％)的减阻率—时间关系曲线(纯水；流速，6.5m/s；管径，8mm)。

图5为实施例4配制的水溶液(0.005％)的减阻率—时间关系曲线(纯水；流速，6.5m/s；管径，8mm)。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明所述方法做进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。

以下实施例中，所述聚丙烯酰胺按照现有常规方法制备，或于市场购买，然后用粉碎机或振动筛粉碎筛分得到所需目数的粉末。

实施例1

本实施例提供一种滑溜水减阻剂，按质量百分数计，包括：0.005％聚丙烯酰胺粉末和余量的水。所述聚丙烯酰胺由丙烯酸单体和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到。所述粉末目数为100目。

使用压裂液摩阻测试仪按照NB/T 14003.1中连续混配溶解时间测定方法进行对应的连续混配溶解时间测试，该测定方法包括以下步骤：

开启管路摩阻仪(管道长2.5m，内径8mm)，在循环储液罐中加入测试所需量的现场用水29998.5g，缓慢调节动力泵的转速，使整个测试管路充满测试用水，调整动力泵转速达到设定流速6.5m/s，待液体流量计上的排量读数稳定后，在循环储液罐中加入1.5g粉末状聚合物(无需预先等待完全溶解)，同时开始计时，当摩阻数值变化不大于2％停止计时，该时间为减阻剂溶解时间。

测试结果见图1。从图1可以看出，粉末目数为100目的聚合物减阻剂在40s可达到最大减阻率68％，表明本发明方法采用粉末状聚合物减阻剂能够实现滑溜水减阻剂和压裂液的现场在线连续混配，避免占用太多的作业场地和额外的储液设备，同时满足体积压裂减阻要求和液量大、排量大的要求

对比例1-1与乳液聚合物减阻剂对比

本对比例提供一种乳液聚合物滑溜水减阻剂，按质量百分数计，原料包括：0.005％乳液聚合物和余量的水。所述乳液聚合物由丙烯酸单体和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到，也可以于市场购买。

按照实施例1的测试方法进行对应的连续混配溶解时间测试。从图2可以看出，乳液聚合物减阻剂在90s可达到最大减阻率67％。

以上实施例1和对比例1-1表明，100目粉末状聚合物减阻剂直接与水混合可以到达与乳液聚合物减阻剂相当的减阻效果，同时连续混配溶解时间优于乳液聚合物减阻剂。

对比例1-2模拟现有预先溶解粉末状聚合物和存储压裂液

将与实施例1相同用量的粉末状聚合物与水混，在170s^-1剪切速率条件下预先进行溶解，等待完全溶解后进行减阻效果测试，完全溶解时间为70min。将制备好的滑溜水减阻剂放于储液罐中。

使用压裂液摩阻测试仪按照NB/T 14003.1中降阻性能测定方法进行对应的减阻性能测试。经管路摩阻仪(管道长2.5m，内径8mm)测定，在6.5m/s的流速条件下，粉末状聚合物滑溜水减阻剂的减阻率为68％。实施例1和对比例1-2表明100目粉末状聚合物减阻剂直接与水混合在40s可以达到与其预先完全溶解相当的减阻效果，而预先完全溶解确需要额外消耗70min用时。

实施例2

本实施例提供一种滑溜水减阻剂，按质量百分数计，包括：0.005％聚丙烯酰胺粉末和余量的水。所述聚丙烯酰胺由丙烯酸钠和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到。所述粉末目数为60目。

按照实施例1的方法进行对应的连续混配溶解时间测试。从图3可以看出，粉末目数为60目的聚合物减阻剂在75s可达到最大减阻率68％。

对比例2-1与乳液聚合物减阻剂对比

本对比例提供一种乳液聚合物滑溜水减阻剂，按质量百分数计，原料包括：0.005％乳液聚合物和余量的水。所述乳液聚合物由丙烯酸钠和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到，也可以于市场购买。

按照实施例1的测试方法进行对应的连续混配溶解时间测试。实验结果表明，乳液聚合物减阻剂在85s可达到最大减阻率为66％。

以上实施例2和对比例2-1表明，60目粉末状聚合物减阻剂直接与水混合可以到达与乳液聚合物减阻剂相当的减阻效果，同时连续混配溶解时间优于乳液聚合物减阻剂。

对比例2-2

按照对比例1-2的方法模拟现有需要将粉末状聚合物预先溶解和存储的情况。按照对比例1-2的方法进行降阻性测试，表明60目粉末状聚合物减阻剂直接与水混合在75s可以达到与其预先完全溶解相当的减阻效果，而60目聚丙烯酰胺完全溶解需要额外消耗95min。

实施例3

本实施例提供一种滑溜水减阻剂，按质量百分数计，包括：0.005％聚丙烯酰胺粉末和余量的水。

所述粉末状聚丙烯酰胺由阴离子单体和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到。所述阴离子单体为丙烯酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中和成的盐的混合物。

所述粉末目数为40目。

按照实施例1的方式进行对应的连续混配溶解时间测试。

从图4可以看出，粉末目数为40目的聚合物减阻剂在185s可达到最大减阻率68％。

对比例3-1与乳液聚合物减阻剂对比

本对比例提供的一种乳液聚合物滑溜水减阻剂，按质量百分数计，原料包括：0.005％乳液聚合物和余量的水。所述乳液聚合物由阴离子单体和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到，也可以于市场购买。所述阴离子单体为丙烯酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中和成的盐的混合物。

按照实施例1的测试方法进行对应的连续混配溶解时间测试。实验结果表明，乳液聚合物减阻剂在100s可达到最大减阻率为68％。

以上实施例3和对比例3-1表明，40目粉末状聚合物减阻剂直接与水混合可以到达与乳液聚合物减阻剂相当的减阻效果，而连续混配溶解时间满足体积压裂中小于5min的要求。

对比例3-2

按照对比例1-2的方法模拟现有需要将粉末状聚合物预先溶解和存储的情况。按照对比例1-2的方法进行降阻性测试，表明40目粉末状聚合物减阻剂直接与水混合在185s可以达到与其预先完全溶解相当的减阻效果，而40目聚丙烯酰胺完全溶解需要额外消耗110min。

实施例4

所述粉末状聚丙烯酰胺由丙烯酸单体和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到。

所述粉末目数为20目。

按照实施例1的方式进行对应的连续混配溶解时间测试。

从图5可以看出，粉末目数为20目的聚合物减阻剂在490s可达到最大减阻率68％。

对比例4-1与乳液聚合物减阻剂对比

本对比例提供的一种乳液聚合物滑溜水减阻剂，按质量百分数计，原料包括：0.005％乳液聚合物和余量的水。所述乳液聚合物由丙烯酸单体和丙烯酰胺单体按照现有常规方法聚合得到，也可以于市场购买。

按照实施例1的测试方法进行对应的连续混配溶解时间测试。实验结果表明，乳液聚合物减阻剂在95s可达到最大减阻率为69％。

以上实施例4和对比例4-1表明，20目粉末状聚合物减阻剂直接与水混合可以到达与乳液聚合物减阻剂相当的减阻效果，而连续混配溶解时间满足体积压裂中小于5min的要求

对比例4-2

按照对比例1-2的方法模拟现有需要将粉末状聚合物预先溶解和存储的情况。按照对比例1-2的方法进行降阻性测试，表明20目粉末状聚合物减阻剂直接与水混合在490s可以达到与其预先完全溶解相当的减阻效果，而20目聚丙烯酰胺完全溶解需要额外消耗125min。

Claims

1.粉末状聚合物减阻剂现场连续混配溶解和高效减阻的方法，其特征在于，使用粒径为20～100目的粉末状聚合物减阻剂与水混合配制滑溜水减阻剂，通过调控聚合物粉末粒径改变滑溜水减阻剂的连续混配溶解时间。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，将粉末状聚合物减阻剂泵送到混砂车上的搅拌罐中，与水混合后即泵入目标储层，进行连续在线混配。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，使用聚合物粉末粒径为60～100目的粉末状聚合物与水混合配制滑溜水减阻剂。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，粉末状聚合物与水混合的比例为使配制的压裂液中聚合物的质量百分比为0.0005％～0.01％。

5.在非常规石油、天然气压裂增产中利用粉末状聚合物实现连续在线混配压裂液的方法，使用聚合物粉末粒径为20～100目的粉末状聚合物与水混合。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，使用聚合物粉末粒径为60～100目的粉末状聚合物与水混合配制滑溜水减阻剂。

7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，粉末状聚合物与水混合的比例为使配制的压裂液中聚合物的质量百分比为0.005％～0.01％。

8.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述非常规油气开采包括页岩油、页岩气、致密油、致密气开采中的至少一种。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据现场连续混配要求采用粉碎机和振动筛将聚丙烯酰胺粉末粉碎、筛分得到所需目数的粉末。