CN115838590A

CN115838590A - 一种压裂用低成本高效防膨剂及其制备方法与使用方法

Info

Publication number: CN115838590A
Application number: CN202111101963.7A
Authority: CN
Inventors: 宋李煜; 钟安海; 杨峰; 王丽萍; 郑彬涛; 刘霜; 陈培胜; 杨彪; 魏波; 卢娜娜
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering Shengli Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering Shengli Co
Priority date: 2021-09-18
Filing date: 2021-09-18
Publication date: 2023-03-24

Abstract

本发明涉及到一种压裂用低成本高效防膨剂及其制备方法与使用方法。一种压裂用低成本高效防膨剂，包括多胺类化合物2～4％、酸10～20％、无机盐15～30％、多元醇5～10％，余量为水。一种压裂用低成本高效防膨剂的制备方法，包括(1)、配液容器中加配方量1/8～1/2的水，再加配方量多胺类化合物；(2)、将配液容器置于循环冷水浴装置中，将配方量的酸缓慢加入，冷却充分后再加入余量的水和配方量的多元醇；(3)、加入配方量的无机盐，均匀搅拌后即得到压裂用低成本高效防膨剂。一种压裂用低成本高效防膨剂的使用方法，包括：在压裂液施工的泵注压裂液的步骤中，将压裂用低成本高效防膨剂加入压裂液中，混合均匀后泵入地层。

Description

一种压裂用低成本高效防膨剂及其制备方法与使用方法

技术领域

本发明涉及油气田压裂工艺领域，具体涉及到一种压裂用低成本高效防膨剂及其制备方法与使用方法。

背景技术

粘土矿物广泛存在于油层中，全世界大部分的油层中都含有一定的粘土矿物。通常当油藏含粘土5％至20％时，则认为它是粘土含量较高的油层。如果在油气开发过程中措施不当，就会造成粘土矿物的水化膨胀和分散运移，极易堵塞地层孔道，降低地层的渗透性，造成油气层损害。在膨胀过程中，粘土把水吸入到晶体结构中，导致粘土体积的增加，从而堵塞地层孔道；在运移过程中，粘土物质被外来液体分散，或为产出液所携带，在毛细管的孔隙喉道处形成桥阻或节流点，容易导致地层渗透率的下降。

压裂是油气藏开采过程中极为有效的一种增产措施，而目前绝大部分压裂施工井都会利用水基压裂液来携带支撑剂进行压裂改造。对于存在粘土含量高、较强水敏性的储层，只要有水基压裂液的侵入，就有可能引起水敏伤害。而防膨剂的作用就是利用粘土表面化学离子交换的特点，改变粘土表面的结合离子，从而改变粘土的物化性质，或破坏其离子交换能力，或破坏双电层离子间的斥力，达到防止粘土水合膨胀或分散运移的结果。因此，有针对性的使用适合地层特点的防膨剂，可减少储层的水敏伤害，对于整个储层的持续、高效开发有极其重要的意义。

目前市面上防膨剂产品种类较多，而以无机盐为主的防膨剂(如氯化钾、氯化铵等)，虽然其货源广、成本低，但防膨性能较差，只能暂时稳定粘土颗粒，当油层环境变化时容易发生阳离子交换，使粘土恢复至原来的水敏状态，并且由于加量高造成配液工序十分繁琐。而目前国内外研究较多的阳离子聚合物类防膨剂，虽然其有较高的防膨效果，但是受到聚合物分子量制约，分子量若大容易堵塞低渗储层的孔隙，分子量若小，则防膨有效期短，并且该类防膨剂成本较高。

多胺盐属于季铵盐类，可多点吸附于粘土颗粒表面，吸附作用力和离子交换能力强，吸附性能不受pH值影响，并且成本低廉、配制简单、货源广，与无机盐类防膨剂复配有更高的防膨效果，可广泛应用于压裂及酸化施工中，减少地层水敏伤害并最终提高地层渗透率，有极大的现实意义和良好的使用前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前防膨剂成本高、防膨作用时间短等问题，提供了一种压裂用低成本高效防膨剂及其制备方法与使用方法。本品成本低，防膨效能好，可广泛应用于压裂及酸化施工中，与压裂液、酸化液有良好的配伍性。

技术方案：一种压裂用低成本高效防膨剂，以质量百分数计，包括多胺类化合物2～4％、酸10～20％、无机盐15～30％、多元醇5～10％，余量为水。

进一步地，所述的多胺类化合物为柠檬酸铵、乙二胺、四乙烯五胺、三乙醇胺中一种。

进一步地，所述的酸为稀盐酸、稀硫酸、草酸、醋酸的其中一种。

更进一步地，所述稀盐酸为质量分数低于20％的盐酸，所述稀硫酸是指质量分数小于或等于70％的硫酸。

进一步地，所述的无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种。

进一步地，所述的多元醇为乙二醇、丙三醇、丁二醇、山梨醇中的一种。

一种压裂用低成本高效防膨剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、配液容器中加入配方量1/8～1/2的水，再向其中加入配方量的多胺类化合物，充分溶解及冷却得到混合液后进入步骤(2)；

(2)、将配液容器置于循环冷水浴装置中，然后将配方量的酸缓慢加入配液容器中，冷却充分后再向配液容器中加入余量的水和配方量的多元醇，搅拌均匀后得到混合液；

(3)、向混合液中加入配方量的无机盐，均匀搅拌至少一小时后即得到压裂用低成本高效防膨剂。

进一步地，所述循环冷水浴装置的水浴温度控制在10～20℃。

一种压裂用低成本高效防膨剂的使用方法，其包括以下步骤：在压裂液施工过程中的泵注压裂液的步骤中，将所述的压裂用低成本高效防膨剂加入压裂液中，混合均匀后，泵入地层。

更进一步地，以加入所述的压裂用低成本高效防膨剂的压裂液的总重量的基准，压裂用低成本高效防膨剂的添加量为0.1wt％～0.3wt％。

本发明的防膨剂性能测试实验严格按照SYT 5971-2016《油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》操作。

压裂用低成本高效防膨剂室内试验测试结果，0.3％质量百分比浓度防膨率为80.9％，耐水洗率为95％，0.1％质量百分比浓度防膨率为73.7％，耐水洗率为92％。本品具有良好的防膨性能和耐水洗能力。

本发明公开的一种压裂用低成本高效防膨剂及其制备方法与使用方法具有以下有益效果：

1、本发明公开的防膨剂为季铵盐类防膨剂，易溶于水，稳定性好，成本低；

2、本发明公开的防膨剂可多点吸附于粘土颗粒表面，吸附作用力和离子交换能力强，吸附性能不受pH值影响，有较高的防膨性能和耐水洗能力，可防止粘土矿物水化膨胀、分散及运移，防膨时间长；

3、与其他压裂液、酸化液有良好的配伍性，使用浓度低。

附图说明

图1为加入了本发明压裂用低成本高效的压裂液流变实验曲线示意图；

图2为未加入了本发明压裂用低成本高效的压裂液流变实验曲线示意图。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

实施例1

一种压裂用低成本高效防膨剂，以质量百分数计，包括多胺类化合物2％、酸10％、无机盐15％、多元醇5％，余量为水。

进一步地，所述的多胺类化合物为柠檬酸铵。

所述的酸为稀盐酸。

更进一步地，所述稀盐酸为质量分数低于20％的盐酸。

进一步地，所述的无机盐为氯化钠。

进一步地，所述的多元醇为乙二醇。

一种压裂用低成本高效防膨剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、配液容器中加入配方量1/8的水，再向其中加入配方量的多胺类化合物，充分溶解及冷却得到混合液后进入步骤(2)；

(2)、将配液容器置于循环冷水浴装置中，然后将配方量的酸缓慢加入配液容器中，冷却充分后向配液容器中再加入余量的水和配方量的多元醇，搅拌均匀后得到混合液；

进一步地，所述循环冷水浴装置的水浴温度控制在10℃。

更进一步地，以加入所述的压裂用低成本高效防膨剂的压裂液的总重量的基准，压裂用低成本高效防膨剂的添加量为0.3wt％。

实施例2

一种压裂用低成本高效防膨剂，以质量百分数计，包括多胺类化合物4％、酸20％、无机盐30％、多元醇10％，余量为水。

进一步地，所述的多胺类化合物为乙二胺。

所述的酸为稀硫酸。

更进一步地，所述稀硫酸是指质量分数小于或等于70％的硫酸。

进一步地，所述的无机盐为氯化钾。

进一步地，所述的多元醇为丙三醇。

一种压裂用低成本高效防膨剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、配液容器中加入配方量1/2的水，再向其中加入配方量的多胺类化合物，充分溶解及冷却得到混合液后进入步骤(2)；

进一步地，所述循环冷水浴装置的水浴温度控制在20℃。

更进一步地，以加入所述的压裂用低成本高效防膨剂的压裂液的总重量的基准，压裂用低成本高效防膨剂的添加量为0.1wt％。

将本实施例得到的压裂用低成本高效防膨剂进行性能测试，本实施例的防膨剂性能测试实验严格按照SYT 5971-2016《油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》操作。

实施例3

一种压裂用低成本高效防膨剂，以质量百分数计，包括多胺类化合物3％、酸15％、无机盐20％、多元醇7％，余量为水。

进一步地，所述的多胺类化合物为四乙烯五胺。

所述的酸为草酸。

进一步地，所述的无机盐为氯化铵。

进一步地，所述的多元醇为丁二醇。

一种压裂用低成本高效防膨剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、配液容器中加入配方量1/4的水，再向其中加入配方量的多胺类化合物，充分溶解及冷却得到混合液后进入步骤(2)；

(2)、将配液容器置于循环水浴装置中，然后将配方量的酸缓慢加入配液容器置，冷却充分后再向配液容器置中加入余量的水和配方量的多元醇，搅拌均匀后得到混合液；

进一步地，所述循环冷水浴装置的水浴温度控制在15℃。

更进一步地，以加入所述的压裂用低成本高效防膨剂的压裂液的总重量的基准，压裂用低成本高效防膨剂的添加量为0.2wt％。

实施例4

与实施例3大致相同，区别仅仅在于：

多胺类化合物为三乙醇胺。

酸为醋酸。

多元醇为山梨醇。

验证试验：

试验1

将实施例3得到的压裂用低成本高效防膨剂溶于水或酸中，形成均一、无色或浅黄色液体，静置后无沉淀无浑浊无絮凝。

试验2

参照行标SYT 5971-2016《油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》测试实施例3制备的压裂用低成本高效防膨剂与瓜胶压裂液的配伍性。

配制400mL粉比为0.6％的瓜胶压裂液，依次加入0.3％ME-2助排剂和0.5g纯碱，溶胀完全之后，取体积相同的两份压裂液，一份加入实施例3得到的压裂用低成本高效防膨剂，观察并没有沉淀、分层发生，用玻璃棒搅拌也并未发现有明显粘度变化，说明本发明防膨剂与压裂液基液配伍良好。另一方作为空白样。

参照行标SYT 5971-2016《油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》测定与未加入压裂用低成本高效防膨剂的空白样的表观粘度对比基本一致，均在110mpas左右。

试验3

将两份压裂液基液按试验要求的交联比(0.3％交联比，交联剂选用HTC-160高温交联剂)配制成压裂液冻胶，一份加入0.3％的实施例3得到的压裂用低成本高效防膨剂，另一份作为空白样。

分别进行120℃时的耐温耐剪切能力测定，结果如图1和图2所示，加入本发明防膨剂的压裂液两小时实验时间内粘度稳定在200mpas左右，远大于50mpas的合格标准，而空白样也是如此，说明压裂用低成本高效防膨剂对压裂液流变性能并无负面影响。

试验4

再进行破胶实验，测定破胶时间及破胶液粘度。破胶时间与破胶液粘度也均未有明显不同。

试验5

参照行标SYT 5971-2016《油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》测试不同浓度下实施例3制备的压裂用低成本高效防膨剂的防膨率，实验结果如表1。

表1不同使用浓度下的防膨率测定

使用浓度，％	2.0	0.5	0.3	0.1
					防膨率，％	93.4	85.5	80.9	73.7

试验6

参照行标SYT 5971-2016《油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》测试不同浓度下实施例3制备的压裂用低成本高效防膨剂的耐水洗率，实验结果如表2。

表1不同使用浓度下的耐水洗率测定

使用浓度，％	2.0	0.5	0.3	0.1
					耐水洗率，％	100	100	95	92

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种压裂用低成本高效防膨剂，其特征在于，以质量百分数计，包括多胺类化合物2～4％、酸10～20％、无机盐15～30％、多元醇5～10％，余量为水。

2.如权利要求1所述的一种压裂用低成本高效防膨剂，其特征在于，所述的多胺类化合物为柠檬酸铵、乙二胺、四乙烯五胺、三乙醇胺中一种。

3.如权利要求1所述的一种压裂用低成本高效防膨剂，其特征在于，所述的酸为稀盐酸、稀硫酸、草酸、醋酸的其中一种。

4.如权利要求3所述的一种压裂用低成本高效防膨剂，其特征在于，所述稀盐酸为质量分数低于20％的盐酸，所述稀硫酸是指质量分数小于或等于70％的硫酸。

5.如权利要求1所述的一种压裂用低成本高效防膨剂，其特征在于，所述的无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种。

6.如权利要求1所述的一种压裂用低成本高效防膨剂，其特征在于，所述的多元醇为乙二醇、丙三醇、丁二醇、山梨醇中的一种。

7.一种压裂用低成本高效防膨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的一种压裂用低成本高效防膨剂的制备方法，其特征在于，所述循环冷水浴装置的水浴温度控制在10～20℃。

9.一种压裂用低成本高效防膨剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：在压裂液施工过程中的泵注压裂液的步骤中，将所述的压裂用低成本高效防膨剂加入压裂液中，混合均匀后，泵入地层。

10.如权利要求9所述的一种压裂用低成本高效防膨剂的使用方法，其特征在于，以加入所述的压裂用低成本高效防膨剂的压裂液的总重量的基准，压裂用低成本高效防膨剂的添加量为0.1wt％～0.3wt％。