CN115875004B - 一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法 - Google Patents
一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，包括以下步骤：向地层泵入含有细砂的压裂前置液形成0.5‑1cm宽度的裂缝，然后将含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液泵入裂缝用于支撑，完成压裂工作。本发明对瓜尔胶改性后与可降解聚乙烯醇纤维和石英砂等形成压裂液用于压裂作业，有效解决了现有技术中抗盐耐温性能不足和携砂性能较低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法。
背景技术
水力压裂改造是低渗透油气藏开发的重要增产措施。它是利用地面高压泵组将粘性液体注入井中，在井底憋起高压，当此压力超过井壁附近的地应力及岩石的抗张强度后，在井底附近地层中产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入裂缝中，此裂缝向前延伸并在缝中填以支撑剂。停泵以后，高粘液体逐渐破胶返排出地面，而支撑剂留在裂缝中，这样就在地层中形成了一条或多条足够长，具有高导流能力的支撑裂缝，有利于油气流从地层渗入井筒。压裂液是水力压裂中用于造缝和携砂的高粘液体，是水力压裂的关键组成部分，其性能直接决定了施工效果的好坏。
纳米复合技术为对现有材料的性能改性提供了一个新的途径。其通过使纳米尺寸的材料均匀地分散于基体材料中，形成一相含有纳米材料的复合体系。
而随着开采时间的延长，油气层本身的能量不断消耗，压力不断下降，使产量大幅下降，甚至停产，造成地下残留大量的油气采不出来。即使采用重复压裂，由于能量不足，压裂效果也不理想。相应的，其抗盐耐温性能有待提高，携砂能力较低，不能再满足当前的使用需求。因此，研究一种提高抗盐耐温性能和携砂性能的压裂方法具有十分重要的意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，对瓜尔胶改性后与可降解聚乙烯醇纤维和石英砂等形成压裂液用于压裂作业，有效解决了现有技术中抗盐耐温性能不足和携砂性能较低等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，包括以下步骤：
向地层泵入含有细砂的压裂前置液形成0.5-1cm宽度的裂缝，然后将含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液泵入裂缝用于支撑，完成压裂工作；
含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液通过以下方法制备得到：
（1）将瓜尔胶在40-50℃水浴条件下搅拌0.4-1h后室温静置2-3h，然后加入丙烯酰胺单体和苯乙烯的中性水溶液，在500-700r/min条件下搅拌0.2-0.8h并氮气除氧0.5-2h，水浴加热至40-50℃后加入过硫酸钾，在氮气氛围中搅拌反应0.5-1d，再通入氧气并冷却至室温，最后依次经丙酮沉淀、过滤和真空干燥，得粗产物；
（2）将步骤（1）所得粗产物通过甲酰胺和冰乙酸按体积比1:1混合而成的混合物加热回流溶解，冷却后加入丙酮直至无沉淀析出，真空干燥至恒重，得瓜尔胶产物；
（3）将步骤（2）所得瓜尔胶产物加水搅拌至完全溶解，得混合液一；
（4）将纳米二氧化硅加水并均质机剪切分散0.2-0.5h，得混合液二；
（5）将步骤（4）所得混合液二加入步骤（3）所得混合液一中搅拌，然后继续搅拌并加入有机硼，得压裂基液；
（6）将可降解聚乙烯醇纤维加入步骤（5）所得压裂基液并分散，然后加入石英砂搅拌均匀，得含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液。
进一步，瓜尔胶、丙烯酰胺单体、苯乙烯、过硫酸钾、纳米二氧化硅和有机硼质量比为8-15:10-20:2-6:0.5-1.2:5-30:0.2-1。
进一步，瓜尔胶、丙烯酰胺单体、苯乙烯、过硫酸钾、纳米二氧化硅和有机硼质量比为12:15:4:0.8:15:0.6。
进一步，丙烯酰胺单体为丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物，其中，丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸占混合物的摩尔百分比分别为20-35%和40-50%。
进一步，含有细砂的压裂前置液为含有6-12wt%细砂的压裂基液。
进一步，细砂目数为60-120目。
进一步，步骤（1）和（2）中，在40-60℃温度下真空干燥。
进一步，步骤（5）中，在800-1200r/min条件下搅拌2-3h。
进一步，步骤（6）中，可降解聚乙烯醇纤维和压裂基液质量体积比为0.01-0.2g/L，可降解聚乙烯醇纤维和石英砂添加比例为15-25kg/m3。
进一步，步骤（6）中，可降解聚乙烯醇纤维和压裂基液质量体积比为0.1g/L，可降解聚乙烯醇纤维和石英砂添加比例为20kg/m3。
进一步，可降解聚乙烯醇长度为8-12mm，直径为20-30μm；石英砂目数为60-120目。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明在压裂液中加入了可降解聚乙烯醇纤维，可降解聚乙烯醇纤维与网状结构的瓜尔胶产物相互缠绕，增强了网状结构的强度，不仅能够降低石英砂支撑剂的沉降速度，还可以提高整体的携砂性能，也有防止石英砂回流防止出砂的作用。同时，压裂基液与可降解聚乙烯醇纤维和石英砂，相互缠绕交叉，可以形成稳定的三维网状结构，也会增加压裂液的粘度，提高导流能力。
2、在压裂基液中，在半刚性的瓜尔胶主链上接枝了丙烯酰胺柔性支链，构成了大分子的网状结构，其在高盐高温环境下具有更好的稳定性。而分子链上含有酰胺基和磺酸基等功能基团，可以与纳米二氧化硅表面产生静电力等作用，进一步增强瓜尔胶等分子链与纳米材料的相互作用，提高压裂基液的稳定性，具有更好的抗盐耐温性能以及携砂性能。且引入了刚性单体苯乙烯，其刚性结构能够起到抗盐耐温的作用，同时磺酸基对盐也具有较高的容忍度，与刚性结构一同大幅度提高了压裂液的抗盐耐温性能，还可以保持较高的粘度。
3、本发明首先采用含有细砂的压裂前置液在油气井中形成裂缝，然后泵入含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液形成大分子三维网状结构进行支撑；该方法不仅提高了抗盐耐温能力和携砂性能，还增加了压裂液粘度，满足当前开采的使用需求，有效解决了现有技术中抗盐耐温性能不足和携砂性能较低等问题。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，包括以下步骤：
向地层泵入含有细砂的压裂前置液形成0.5-1cm宽度的裂缝，然后将含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液泵入裂缝用于支撑，完成压裂工作；
含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液通过以下方法制备得到：
（1）将瓜尔胶在40℃水浴条件下搅拌0.4h后室温静置2h，然后加入丙烯酰胺单体和苯乙烯的中性水溶液，在500r/min条件下搅拌0.3h并氮气除氧0.5h，水浴加热至40℃后加入过硫酸钾，在氮气氛围中搅拌反应0.5d，再通入氧气并冷却至室温，最后依次经丙酮沉淀、过滤和真空干燥，得粗产物；
（2）将步骤（1）所得粗产物通过甲酰胺和冰乙酸按体积比1:1混合而成的混合物加热回流溶解，冷却后加入丙酮直至无沉淀析出，真空干燥至恒重，得瓜尔胶产物；
（3）将步骤（2）所得瓜尔胶产物加水搅拌至完全溶解，得混合液一；
（4）将纳米二氧化硅加水并均质机剪切分散0.2h，得混合液二；
（5）将步骤（4）所得混合液二加入步骤（3）所得混合液一中在800r/min条件下搅拌2h，然后继续搅拌并加入有机硼，得压裂基液；
（6）将可降解聚乙烯醇纤维加入步骤（5）所得压裂基液并分散，然后加入石英砂搅拌均匀，得含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液。
其中，瓜尔胶、丙烯酰胺单体、苯乙烯、过硫酸钾、纳米二氧化硅和有机硼质量比为8:10:2:0.5:5:0.2。丙烯酰胺单体为丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物，其中，丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸占混合物的摩尔百分比分别为20%和40%。含有细砂的压裂前置液为含有6wt%且目数为60目细砂的压裂基液。可降解聚乙烯醇纤维和压裂基液质量体积比为0.02g/L，可降解聚乙烯醇纤维和石英砂添加比例为15kg/m3；可降解聚乙烯醇长度为8mm，直径为20μm；石英砂目数为60目。
实施例2
一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，包括以下步骤：
向地层泵入含有细砂的压裂前置液形成0.5-1cm宽度的裂缝，然后将含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液泵入裂缝用于支撑，完成压裂工作；
含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液通过以下方法制备得到：
（1）将瓜尔胶在45℃水浴条件下搅拌0.8h后室温静置2h，然后加入丙烯酰胺单体和苯乙烯的中性水溶液，在600r/min条件下搅拌0.6h并氮气除氧1h，水浴加热至45℃后加入过硫酸钾，在氮气氛围中搅拌反应0.8d，再通入氧气并冷却至室温，最后依次经丙酮沉淀、过滤和真空干燥，得粗产物；
（2）将步骤（1）所得粗产物通过甲酰胺和冰乙酸按体积比1:1混合而成的混合物加热回流溶解，冷却后加入丙酮直至无沉淀析出，真空干燥至恒重，得瓜尔胶产物；
（3）将步骤（2）所得瓜尔胶产物加水搅拌至完全溶解，得混合液一；
（4）将纳米二氧化硅加水并均质机剪切分散0.3h，得混合液二；
（5）将步骤（4）所得混合液二加入步骤（3）所得混合液一中在1000r/min条件下搅拌2h，然后继续搅拌并加入有机硼，得压裂基液；
（6）将可降解聚乙烯醇纤维加入步骤（5）所得压裂基液并分散，然后加入石英砂搅拌均匀，得含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液。
其中，瓜尔胶、丙烯酰胺单体、苯乙烯、过硫酸钾、纳米二氧化硅和有机硼质量比为12:15:4:0.8:15:0.6。丙烯酰胺单体为丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物，其中，丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸占混合物的摩尔百分比分别为30%和45%。含有细砂的压裂前置液为含有8wt%且目数为90目细砂的压裂基液。可降解聚乙烯醇纤维和压裂基液质量体积比为0.01g/L，可降解聚乙烯醇纤维和石英砂添加比例为20kg/m3；可降解聚乙烯醇长度为10mm，直径为25μm；石英砂目数为100目。
实施例3
一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，包括以下步骤：
向地层泵入含有细砂的压裂前置液形成0.5-1cm宽度的裂缝，然后将含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液泵入裂缝用于支撑，完成压裂工作；
含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液通过以下方法制备得到：
（1）将瓜尔胶在50℃水浴条件下搅拌1h后室温静置3h，然后加入丙烯酰胺单体和苯乙烯的中性水溶液，在700r/min条件下搅拌0.8h并氮气除氧2h，水浴加热至50℃后加入过硫酸钾，在氮气氛围中搅拌反应1d，再通入氧气并冷却至室温，最后依次经丙酮沉淀、过滤和真空干燥，得粗产物；
（2）将步骤（1）所得粗产物通过甲酰胺和冰乙酸按体积比1:1混合而成的混合物加热回流溶解，冷却后加入丙酮直至无沉淀析出，真空干燥至恒重，得瓜尔胶产物；
（3）将步骤（2）所得瓜尔胶产物加水搅拌至完全溶解，得混合液一；
（4）将纳米二氧化硅加水并均质机剪切分散0.5h，得混合液二；
（5）将步骤（4）所得混合液二加入步骤（3）所得混合液一中在1200r/min条件下搅拌3h，然后继续搅拌并加入有机硼，得压裂基液；
（6）将可降解聚乙烯醇纤维加入步骤（5）所得压裂基液并分散，然后加入石英砂搅拌均匀，得含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液。
其中，瓜尔胶、丙烯酰胺单体、苯乙烯、过硫酸钾、纳米二氧化硅和有机硼质量比为15:20:6:1.2:30:1。丙烯酰胺单体为丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物，其中，丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸占混合物的摩尔百分比分别为35%和50%。含有细砂的压裂前置液为含有12wt%且目数为120目细砂的压裂基液。可降解聚乙烯醇纤维和压裂基液质量体积比为0.2g/L，可降解聚乙烯醇纤维和石英砂添加比例为25kg/m3；可降解聚乙烯醇长度为12mm，直径为30μm；石英砂目数为120目。
对比例1
对比例1和实施例2的不同之处在于，不使用苯乙烯。
对比例2
对比例2和实施例2的不同之处在于，不使用可降解聚乙烯醇纤维。
对比例3
对比例3和实施例2的不同之处在于，丙烯酰胺单体仅为丙烯酰胺。
采用实施例2进行压裂，参照石油天然气行业标准SY/T5107-1995《水基压裂液评价方法》，将实施例2所示压裂液用流变仪分别在60°C、90°C、120°C、150°C不同温度下，盐度3%，剪切速率为，剪切时间为120min条件下，测试压裂液的剪切稳定性，其结果如表1所示。以及将对比例1-3在用流变仪分别在90°C温度下，盐度3%，剪切速率为，剪切时间为120min条件下，测试压裂液的剪切稳定性，其结果如表1所示。
表1 压裂液耐温性能测试结果
| 温度/℃ | 盐度/% | 粘度/mPa·s | |
| 实施例2 | 60 | 3 | 99 |
| 实施例2 | 90 | 3 | 97 |
| 实施例2 | 120 | 3 | 94 |
| 实施例2 | 150 | 3 | 86 |
| 对比例1 | 90 | 3 | 68 |
| 对比例2 | 90 | 3 | 71 |
| 对比例3 | 90 | 3 | 78 |
由表1可知，按实施例2所示压裂方法和压裂液剪切测试后粘度逐渐降低，但在温度为150℃时粘度仍高达86 mPa·s，说明本发明的压裂液和压裂方法可以在较宽的温度范围内使用，具有较好的耐温能力。同时，与对比例1-3对比可知，缺少苯乙烯、缺少可降解聚乙烯醇纤维和丙烯酰胺单体仅为丙烯酰胺时，其粘度明显降低了，表明苯乙烯、可降解聚乙烯醇纤维以及丙烯酰胺单体类型会对其耐温能力产生较大影响。
再采用实施例2进行压裂，参照石油天然气行业标准SY/T5107-1995《水基压裂液评价方法》，将实施例2所示压裂液用流变仪分别在60°C温度下，盐度分别为1%、3%、5%和7%，剪切速率为，剪切时间为120min条件下，测试压裂液的剪切稳定性，其结果如表2所示。以及将对比例1-3在60°C温度下，盐度3%，剪切速率为，剪切时间为120min条件下，测试压裂液的剪切稳定性，其结果如表2所示。
表2 压裂液耐温性能测试结果
| 温度/℃ | 盐度/% | 粘度/mPa·s | |
| 实施例2 | 60 | 1 | 99 |
| 实施例2 | 60 | 3 | 97 |
| 实施例2 | 60 | 5 | 92 |
| 实施例2 | 60 | 7 | 84 |
| 对比例1 | 60 | 3 | 73 |
| 对比例2 | 60 | 3 | 78 |
| 对比例3 | 60 | 3 | 81 |
由表2可知，按实施例2所示压裂方法和压裂液剪切测试后粘度逐渐降低，在盐度为7%时，粘度仍为84mPa·s，说明本发明的压裂液和压裂方法可以在较宽的盐度范围内使用，具有较好的抗盐能力。同时，与对比例1-3对比可知，缺少苯乙烯、缺少可降解聚乙烯醇纤维和丙烯酰胺单体仅为丙烯酰胺时，其粘度出现降低，表明苯乙烯、可降解聚乙烯醇纤维以及丙烯酰胺单体类型会对其抗盐能力产生较大影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)
1.一种油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
向地层泵入含有细砂的压裂前置液形成0.5-1cm宽度的裂缝，然后将含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液泵入裂缝用于支撑，完成压裂工作；
所述含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液通过以下方法制备得到：
（1）将瓜尔胶在40-50℃水浴条件下搅拌0.4-1h后室温静置2-3h，然后加入丙烯酰胺单体和苯乙烯的中性水溶液，在500-700r/min条件下搅拌0.2-0.8h并氮气除氧0.5-2h，水浴加热至40-50℃后加入过硫酸钾，在氮气氛围中搅拌反应0.5-1d，再通入氧气并冷却至室温，最后依次经丙酮沉淀、过滤和真空干燥，得粗产物；
（2）将步骤（1）所得粗产物通过甲酰胺和冰乙酸按体积比1:1混合而成的混合物加热回流溶解，冷却后加入丙酮直至无沉淀析出，真空干燥至恒重，得瓜尔胶产物；
（3）将步骤（2）所得瓜尔胶产物加水搅拌至完全溶解，得混合液一；
（4）将纳米二氧化硅加水并均质机剪切分散0.2-0.5h，得混合液二；
（5）将步骤（4）所得混合液二加入步骤（3）所得混合液一中搅拌，然后继续搅拌并加入有机硼，得压裂基液；
（6）将可降解聚乙烯醇纤维加入步骤（5）所得压裂基液并分散，然后加入石英砂搅拌均匀，得含有可降解聚乙烯醇纤维和石英砂的抗盐耐温压裂液。
2.如权利要求1所述的油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，所述瓜尔胶、丙烯酰胺单体、苯乙烯、过硫酸钾、纳米二氧化硅和有机硼质量比为8-15:10-20:2-6:0.5-1.2:5-30:0.2-1。
3.如权利要求1或2所述的油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，所述丙烯酰胺单体为丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物，其中，丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸占混合物的摩尔百分比分别为20-35%和40-50%。
4.如权利要求1所述的油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，所述含有细砂的压裂前置液为含有6-12wt%细砂的压裂基液。
5.如权利要求1或4所述的油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，所述细砂目数为60-120目。
6.如权利要求1所述的油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，步骤（1）和（2）中，在40-60℃温度下真空干燥。
7.如权利要求1所述的油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，步骤（5）中，在800-1200r/min条件下搅拌2-3h。
8.如权利要求1所述的油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，步骤（6）中，可降解聚乙烯醇纤维和压裂基液质量体积比为0.01-0.2g/L，可降解聚乙烯醇纤维和石英砂添加比例为15-25kg/m3。
9.如权利要求1或8所述的油气井提高抗盐耐温性能的压裂方法，其特征在于，所述可降解聚乙烯醇长度为8-12mm，直径为20-30μm；所述石英砂目数为60-120目。
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