CN112375557B

CN112375557B - 一种压裂用醇溶性滑溜水体系及其制备方法与应用

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Publication number: CN112375557B
Application number: CN202011429282.9A
Authority: CN
Inventors: 李嘉; 王鹏祥; 孙亚东; 张晓虎; 张祥枫; 吴越; 于世虎; 陈星宇; 代清; 周怡
Original assignee: Sichuan Chuanqing Jingxia Technology Co ltd
Current assignee: Sichuan Chuanqing Jingxia Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2040-12-09
Also published as: CN112375557A

Abstract

本发明公开了一种压裂用醇溶性滑溜水体系及其制备方法与应用，涉及酸化压裂用剂技术领域。所述滑溜水体系由以下重量百分比组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物20.0～60.0％；纳米颗粒0.5～4.0％；表面活性剂0.1～3％；余为有机醇。

Description

一种压裂用醇溶性滑溜水体系及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及酸化压裂用剂技术领域，具体涉及一种压裂用醇溶性滑溜水体系及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，我国天然气的对外依存度逐年提高，在2019年进口占比已增长至45％，成为全球第一大天然气进口国。因此，增加我国天然气产量，保障能源供给能力，是维护国家安全，维系民生稳定的必由之路。最新数据显示，我国页岩气储量达31.6万亿立方米，位居世界第一，因此通过对页岩气的大力开发，可以有效缓解我国天然气供不应求的紧张局面。大规模压裂作业是我国页岩气开采过程的主要增产措施，其中滑溜水的应用最为广泛。但由于作为降阻剂使用的聚合物粉末普遍存在水化时间长、在水中溶解效果差的问题，严重制约了现场滑溜水的供应能力。因此，研究人员针对速溶这一特性进行了不同的尝试，目前已经在市面上存在乳液滑溜水、油性悬浮滑溜水以及水性悬浮滑溜水三种不同的速溶体系。

常规乳液滑溜水体系主要以反向乳液产品为主，具有粘度低，抽吸方便的特点，但其在配置过程中破乳水化的时间较长，存在的油相会对地层岩心造成伤害，返排形成的油水乳状液处理困难，费用较高。此外，乳液体系所适用的聚合物分子量较小，所以也存在低浓度下增粘效果差、降阻率底的问题。油性悬浮滑溜水体系则是以有机油相为溶剂，添加稠化剂形成的悬浮体系，具有聚合物含量高，溶解速度快，增粘效果好等优点。但同样存在油相存在造成地层伤害、破胶后油性残留、返排液难处理等问题，环保型较差。相比于上述两种体系，水性悬浮滑溜水体系由于使用可以与水混溶的有机相作为溶剂，因此具有水溶性好、分散性高、地层伤害小、破胶液易处理等优势，也是未来环境友好型速溶降阻剂的发展趋势。但其仍存在聚合物添加量低，使用成本较高，低浓度下粘度低、降阻率差的问题，严重制约了其在油田生产中的应用。

发明内容

针对上述不足，本发明旨在提供一种压裂用醇溶性滑溜水体系及其制备方法与应用，对于非常规油气藏的绿色低伤害开发具有重要的意义。

为达到上述技术目的，本发明提供的技术方案是这样的：一种压裂用醇溶性滑溜水体系，所述滑溜水体系由以下重量百分比组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物20.0～60.0％；纳米颗粒0.5～4.0％；表面活性剂0.1～3％；余为有机醇。

作为本发明的进一步优选方案，所述滑溜水体系由以下重量百分比组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物35.0～50.0％；纳米颗粒1.5～3.0％；表面活性剂0.5～1.5％；余为有机醇。

为达到最佳效果，所述滑溜水体系由以下重量百分比组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物45.0％；纳米颗粒2.5％；表面活性剂1.5％；余为有机醇。

所述纳米颗粒为改性二氧化硅、氧化镁、氧化锂、硅酸镁锂、蒙脱土、膨润土中的一种或多种。

所述表面活性剂为阴离子和非离子表面活性剂。

所述表面活性剂为油酸钠、肉豆蔻酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、OP-10、NP-10中的一种或多种。

所述聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子、阳离子以及两性离子型聚丙烯酰胺聚合物，分子量为2000万～3000万。

所述有机醇为乙二醇、异丁醇、二甘醇二乙醚、缩甘油、聚乙二醇200、聚乙二醇400中一种或多种。

一种如上所述压裂用醇溶性滑溜水体系的制备方法，包括以下步骤：将纳米颗粒、表面活性剂、聚丙烯酰胺类聚合物在搅拌速率为2000～3000r/min时依次加至有机醇中，调节搅拌速率至1000～2000r/min，搅拌15～60分钟，即得。

一种如上所述压裂用醇溶性滑溜水体系应用于中低渗、特低渗油气藏、低矿化度油气藏及海上油气田的开发。与现有的滑溜水体系相比，本发明滑溜水体系具有聚合物含量高，水溶性强，易于配置，生物相容性好，对地层伤害小等优点，即聚合物含量最高可达60％，油田现场配液中滑溜水体系可在最短0.5分钟形成粘度，低生物毒性，且破胶后返排液对地层渗透率的伤害小于5％，因此该滑溜水体系在油田现场应用中具有更好的适应性、环保性。

如上所述压裂用醇溶性滑溜水体系的应用，包括以下步骤：向自来水或低矿化水中加入0.05～0.5wt％的醇溶性滑溜水体系，搅拌速率50～200r/min，搅拌0.5～5分钟，使之完全溶解即可。

上述应用方法中的低矿化水的矿化度≤5.0wt％，包括但不限于油田返排液、地层水等低矿化度水。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明所述的压裂用醇溶性滑溜水体系，通过纳米颗粒在有机醇溶剂中的物理堆积形成结构粘度，实现对聚合物颗粒的较强悬浮作用以及体系的优良触变性，本发明形成的悬浮体系具有良好的稳定性；

(2)本发明所述的压裂用醇溶性滑溜水体系，引入低极性有机醇降低了与聚合物的结合作用，且由于高分子有机醇对水和低分子有机醇的结合作用更强，阻碍了水和低分子有机醇对聚合物的结合作用，对已经与聚合物结合的水和低分子有机醇也存在竞争机制，从而有效抑制了聚合物的溶胀；

(3)本发明所述的压裂用醇溶性滑溜水体系，引入的表面活性剂不仅具有降低表、界面张力，提高降阻率，利于破胶液的返排，表面活性剂还会与纳米颗粒通过协同作用稳定结构粘度，此外其极性部分可与聚合物颗粒产生作用，增强了聚合物在体系中的悬浮性能；

(4)本发明所述的压裂用醇溶性滑溜水体系具有较高的聚合物含量，溶剂使用较少，有效降低了使用与运输成本；

(5)本发明所述的压裂用醇溶性滑溜水体系可以直接利用自来水或低矿化度水进行配置，可适用于低矿化度油气藏或部分海上油气田，简便了压裂工艺，降低了压裂成本，拓展了压裂地层范围；

(6)本发明制备方法简便、应用简单、压裂效率高、实用性强，具有良好的环保性和普适性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行更清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

制备醇溶性滑溜水体系：

1.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表1所示：

表1实施例1原料表

1.2制备方法：

将有机醇置入反应容器中，控制搅拌速率在2000r/min，依次加入纳米颗粒、表面活性剂、阴离子聚丙烯酰胺，添加结束后调节搅拌速率至1500r/min，搅拌30分钟，完成压裂用醇溶性滑溜水体系的制备。

实施例2

制备醇溶性滑溜水体系：

2.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表2所示：

表2实施例2原料表

2.2制备方法：

将有机醇置入反应容器中，控制搅拌速率在3000r/min，依次加入纳米颗粒、表面活性剂、阳离子聚丙烯酰胺，添加结束后调节搅拌速率至1000r/min，搅拌20分钟，完成压裂用醇溶性滑溜水体系的制备。

实施例3

制备醇溶性滑溜水体系：

3.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表3所示：

表3实施例3原料表

3.2制备方法：

将有机醇置入反应容器中，控制搅拌速率在2500r/min，依次加入纳米颗粒、表面活性剂、阴离子聚丙烯酰胺，添加结束后调节搅拌速率至1800r/min，搅拌60分钟，完成压裂用醇溶性滑溜水体系的制备。

实施例4

制备醇溶性滑溜水体系：

4.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表4所示：

表4实施例4原料表

4.2制备方法：

将有机醇置入反应容器中，控制搅拌速率在2200r/min，依次加入纳米颗粒、表面活性剂、两性离子聚丙烯酰胺，添加结束后调节搅拌速率至1300r/min，搅拌35分钟，完成压裂用醇溶性滑溜水体系的制备。

实施例5

制备醇溶性滑溜水体系：

5.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表5所示：

表5实施例5原料表

5.2制备方法：

同实施例2。

实施例6

制备醇溶性滑溜水体系：

6.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表6所示：

表6实施例6原料表

6.2制备方法：

同实施例1。

实施例7

制备醇溶性滑溜水体系：

7.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表7所示：

表7实施例7原料表

7.2制备方法：

同实施例2。

实施例8

制备醇溶性滑溜水体系：

8.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表8所示：

表8实施例8原料表

8.2制备方法：

同实施例2。

实施例9

制备醇溶性滑溜水体系：

9.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表9所示：

表9实施例9原料表

9.2制备方法：

同实施例4。

实施例10

制备醇溶性滑溜水体系：

10.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表10所示：

表10实施例10原料表

10.2制备方法：

同实施例1。

实施例11

制备醇溶性滑溜水体系：

11.1原料：

各原料以重量百分比计，如下表11所示：

表11实施例11原料表

11.2制备方法：

同实施例3。

实验例1

1、对实施例1～实施例11中制备的醇溶性滑溜水体系进行性能测试，实施例1～实施例11中制备的醇溶性滑溜水体系依次标记为：样品1、样品2、样品3、样品4、样品5、样品6、样品7、样品8、样品9、样品10、样品11；同时，以威沃顿WLD-1为对照例样品，进行以下性能检测：

①静止稳定性：测试方法：分别将实施例1～实施例11中制备的醇溶性滑溜水体系样品和对照例样品在恒温25℃静置放置，观察降阻剂样品的外观。

②粘度：测试方法：分别取实施例1～实施例11中制备的醇溶性滑溜水体系样品和对照例样品500mL用六速旋转粘度计测得样品粘度。

③配液粘度：测试方法：自来水在100r/min条件下搅拌，分别加入0.1％的降阻剂样品，测试加入降阻剂2min时粘度情况，用毛细管粘度计或六速粘度计测定170s^-1下粘度。

实验结果如下表12所示：

表12样品性能测试结果

由表12可以看出，本发明实施例1～实施例11中制备的醇溶性滑溜水体系的配液增粘性能明显优于现有技术产品。

进一步利用1g亚硫酸铁对500mL样品1～样品11以及对照例样品的0.1％浓度自来水溶液进行破胶，对破胶液的粘度、表面张力及岩心伤害性进行测定，实验结果如表13所示：

①粘度

测试方法：分别取样品1～样品11以及对照例样品的0.1％浓度溶液破胶液50mL用安东帕MCR301流变仪在170s^-1测得破胶液粘度。

②表面张力

测试方法：利用K100C表面张力仪测定25℃时品1～样品11以及对照例样品的0.1％浓度溶液破胶液的表面张力。

③岩心伤害性

测试方法：以标准盐水测定人造岩心的初始渗透率记作K₀，随后注入1.0PV的破胶液，后继续注入2.0PV标准盐水，测定此时岩心渗透率为K₁，最终岩心伤害渗透率Φ计算为：

表13样品破胶液性能测试结果

由表13可以看出，本发明实施例1～实施例11中制备的醇溶性滑溜水体系的0.1％浓度溶液破胶液粘度与水较为接近，破胶液表面张力较低，岩心伤害率小于5％，明显优于现有技术产品。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。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

1.一种压裂用醇溶性滑溜水体系，其特征在于，所述滑溜水体系由以下重量百分比组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物20.0～60.0％；纳米颗粒0.5～4.0％；表面活性剂0.1～3％；余为有机醇；

所述聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子、阳离子以及两性离子型聚丙烯酰胺聚合物，分子量为2000万～3000万；

所述纳米颗粒为改性二氧化硅、氧化镁、氧化锂、硅酸镁锂、蒙脱土、膨润土中的一种或多种；

所述表面活性剂为油酸钠、肉豆蔻酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、OP-10、NP-10中的一种或多种；

2.一种如权利要求1 所述压裂用醇溶性滑溜水体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米颗粒、表面活性剂、聚丙烯酰胺类聚合物在搅拌速率为2000～3000r/min时依次加至有机醇中，调节搅拌速率至1000～2000r/min，搅拌15～60分钟，即得。

3.一种如权利要求1 所述压裂用醇溶性滑溜水体系应用于中低渗、特低渗油气藏、低矿化度油气藏及海上油气田的开发。

4.根据权利要求3所述压裂用醇溶性滑溜水体系的应用，其特征在于，包括以下步骤：

向自来水或低矿化水中加入0.05～0.5wt％的醇溶性滑溜水体系，搅拌速率50～200r/min，搅拌0.5～5分钟，使之完全溶解即可。

5.根据权利要求4所述压裂用醇溶性滑溜水体系的应用，其特征在于，所述低矿化水的矿化度≤5.0wt％，包括但不限于油田返排液、地层水。