CN117659985B - 一种悬浮型滑溜水减阻压裂液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种悬浮型滑溜水减阻压裂液及其制备方法，属于石油化工技术领域，包括第一滑溜水压裂液和第二滑溜水压裂液，所述第一滑溜水压裂液按重量份数计包括以下组分组成：减阻稠化剂0.3‑1.5份，氯化钾1‑2份，稳定剂0.2‑1份，悬浮剂0.3‑2份，助剂0.1‑1份，去离子水90‑98份；所述第二滑溜水压裂液按重量份数计包括以下组分组成：减阻稠化剂5‑20份，氯化钾1‑2份，稳定剂0.2‑1份，去离子水82‑90份；本发明所述减阻压裂液在低浓度的情况下具有良好的恢复性和耐温耐剪切性能；在使用中不需要添加交联剂便可实现变黏携砂，具有较强其动静态携沙能力。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种悬浮型滑溜水减阻压裂液及其制备方法。
背景技术
页岩油、致密油是典型的非常规油藏，具有低孔低渗的特点，通常无自然产能，需借助水力压裂才能实现其工业级开发。目前，滑溜水压裂能够制造大规模复杂缝网、沟通地层天然裂缝，实现非常规油藏的增产，从而成为全世界范围内应用最广泛的技术。常规滑溜水主要由减阻剂复配一些其他添加剂组成，具有低黏度、低残渣、减阻效果良好且对地层伤害小等优点，但也存在一些问题，主要表现在：颗粒类减阻剂溶解缓慢，不利于现场混配；携砂能力差，导致施工摩阻增加；抗盐能力弱，遇高矿化度地层水产生“盐析”效应使性能降低，导致返排液无法循环利用，易造成环境污染，而使用清水配液则大量消耗淡水资源，对于淡水资源匮乏的地区是一大弊端；对温度相对敏感，不利于西北、东北等极寒地区冬季施工。
目前，应用最多的压裂液体系仍然为胍胶压裂液体系，其适应性较广，但胍胶属于植物胶范畴，天然的水不溶物带来不可消除的残渣伤害，并且在满足“工厂化”作业模式方面还不是非常完善，另由于其易腐败的特性，容易造成不必要的浪费。滑溜水(滑溜水是对页岩油气储层进行水力压裂的一种压裂液体系，是页岩气开发的关键液体之一)压裂液在页岩气开发、致密油气开发中获得了大规模应用，滑溜水中采用的减阻剂为高分子聚合物，主要有生物基多糖、高相对分子质量的聚丙烯酰胺等。其中，聚丙烯酰胺类减阻剂，相对于植物胶具有很好的减阻效果，但是专门作为减阻剂的聚丙烯酰胺在交联耐温、变黏携砂和抗盐方面较差。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种适用于页岩油、致密油等非常规油藏的多功能滑溜水体系，该体系主要以高分子共聚物为主，不同功能单体在分子链中的排布，且功能单体在分子链中微嵌段共聚，实现抗盐速溶、减阻、在线混配，而且具有变黏携砂、循环配液、耐温性强等特点。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种悬浮型滑溜水减阻压裂液，包括第一滑溜水压裂液和第二滑溜水压裂液，所述第一滑溜水压裂液按重量份数计包括以下组分组成：减阻稠化剂0.3-1.5份，氯化钾1-2份，稳定剂0.2-1份，悬浮剂0.3-2份，助剂0.1-1份，去离子水90-98份；所述第二滑溜水压裂液液按重量份数计包括以下组分组成：减阻稠化剂5-20份，氯化钾1-2份，稳定剂0.2-1份，去离子水82-90份；
所述减阻稠化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取甲基丙烯酸甲酯，经脱气处理后加入双（三氟化硼）二（二苯基）钴肟，将混合体系经通氮除氧后在保护气氛下搅拌至催化剂溶解完全，得到溶液A；称取4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)并分散溶解在去离子水中，加入十二烷基硫酸钠，将混合体系经通氮除氧后在保护气氛下充分搅拌混合，得到溶液B；将所述溶液B升温至70-80℃并保温，在保护气氛和搅拌条件下，将所述溶液A缓慢加入到所述溶液B中，添加完成后继续保温搅拌反应0.5-1h，反应完成后升温至80-90℃并保温搅拌反应1-2h，制得第一乳液；
（2）将所述第一乳液加水稀释至固含为10-14wt%，通氮除氧后升温至85-90℃，待温度后得到溶液C；称取甲基丙烯酰胺并加入到过硫酸钾水溶液中，混合体系经通氮除氧后在保护气氛下充分搅拌混合，得到溶液D；在保护气氛和搅拌条件下，将所述溶液D缓慢加入到所述溶液C中，添加完成后在80-90℃下保温搅拌反应1-2h，制得第二乳液；
（3）在保护气氛下，在所述第二乳液中加入1-乙烯基-3-丁基咪唑溴化盐和3-丙烯酰胺基苯硼酸，通氮除氧后在80-90℃下保温搅拌反应1-4h，反应完成后加水稀释至固含为10wt%，制得。
在一些优选的实施方式中，所述稳定剂为非离子型表面活性剂。
在一些优选的实施方式中，所述悬浮剂为羟丙基纤维素、羧甲基纤维素或亲水改性的纳米有机粘土，所述纳米有机粘土为膨润土或蒙脱石。
在一些优选的实施方式中，所述助剂包括防膨剂。
在一些优选的实施方式中，所述防膨剂为阳离子季铵盐或季磷酸盐。
在一些优选的实施方式中，所述甲基丙烯酸甲酯与所述双（三氟化硼）二（二苯基）钴肟、4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、所述十二烷基硫酸钠的质量比例为10：（0.03-0.05）：（0.01-0.02）：（0.15-0.18）。
在一些优选的实施方式中，所述第一乳液的固含与所述甲基丙烯酰胺、所述1-乙烯基-3-丁基咪唑溴化盐、所述3-丙烯酰胺基苯硼酸的质量比例为10：（8-11）：（0.2-0.4）：（0.8-1.6）。
在一些优选的实施方式中，所述减阻稠化剂的聚合分子量在1000-2000万。
本发明的另一方面在于提供一种所述悬浮型滑溜水减阻压裂液的制备方法，其中，所述第一滑溜水压裂液的制备方法包括以下步骤：
搅拌条件下，在所述减阻稠化剂中加入氯化钾，充分溶解后加入所述稳定剂、所述悬浮剂、所述助剂和去离子水，再次搅拌混合后制得所述第一滑溜水压裂液；
所述第二滑溜水压裂液的制备方法包括以下步骤：
搅拌条件下，在所述减阻稠化剂中加入氯化钾，充分溶解后加入所述稳定剂和去离子水，再次搅拌混合后制得所述第二滑溜水压裂液。
本发明所述悬浮型滑溜水减阻压裂液的使用方法为：
（1）将所述第一滑溜水压裂液与70/140目石英砂或陶粒支撑剂以最高砂比≤15％的比例进行混砂，并以8-26m3/min的排量进行段塞式加砂或阶梯式连续加砂压裂施工；第一滑溜水压裂液用于形成复杂分支缝网；
（2）将第二滑溜水压裂液与40/70目石英砂或陶粒支撑剂以最高砂比≤30％的比例进行混砂，或将第二滑溜水压裂液与30/50目石英砂或陶粒支撑剂以最高砂比≤30％的比例进行混砂，然后以8-26m3/min的排量进行阶梯式连续加砂压裂施工；第二滑溜水压裂液用于形成主缝；
在实际施工过程中，第一滑溜水压裂液和第二滑溜水压裂液的施工顺序根据实际井况确定。
本发明的有益效果为：
针对非常规油藏压裂使用的常规滑溜水存在溶解缓慢、携砂性能差、抗盐能力弱及对温度敏感等问题中的至少一种，本发明提供一种多功能滑溜水体系，该滑溜水体系在0.03-0.05%浓度条件下减阻率可达72%左右；在低浓度的情况下具有良好的恢复性和耐温耐剪切性能；在使用中不需要添加交联剂便可实现变黏携砂，具有较强其动静态携沙能力；具体的，本发明通过聚合单体组合调整，在丙烯酰胺的基础上引入1-乙烯基-3-丁基咪唑溴化盐和3-丙烯酰胺基苯硼酸单体，同时本发明以乙烯基封端的聚甲基丙烯酸酯大分子为链转移剂，通过分步注入反应单体来进行聚合物嵌段结构的增长，进而控制各嵌段链段的聚合度，使得在聚合体系中实现高分子量多微嵌段共聚物的结构序列控制，同时具有良好的变黏携砂性能，低浓度减阻率高，中粘携砂能力强，可通过调整实时在线加量完成前期减阻后期携砂两种性能。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是0.04%浓度多功能滑溜水的减阻率曲线；
图2是0.1%浓度溶液粘度随剪切速率变化测试曲线；
图3是清水配1.5%、1.3%悬浮液200℃流变曲线；
图4是静态悬沙实验图；
图5是动态携沙实验结果图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1:一种悬浮型滑溜水减阻压裂液，包括第一滑溜水压裂液和第二滑溜水压裂液，所述第一滑溜水压裂液按重量份数计包括以下组分组成：减阻稠化剂0.4份，氯化钾1.2份，壬基酚聚氧乙烯醚0.3份，季铵盐改性蒙脱土（浙江丰虹）0.3份，FACM-38防膨剂0.1份，去离子水97.7份；所述第二滑溜水压裂液按重量份数计包括以下组分组成：减阻稠化剂10份，氯化钾1.2份，醚0.3份，去离子水88.5份；
所述减阻稠化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取甲基丙烯酸甲酯，经脱气处理后加入双（三氟化硼）二（二苯基）钴肟，将混合体系经通氮除氧后在保护气氛下搅拌至催化剂溶解完全，得到溶液A；称取4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)并分散溶解在去离子水中，加入十二烷基硫酸钠，将混合体系经通氮除氧后在保护气氛下充分搅拌混合，得到溶液B；将所述溶液B升温至75℃并保温，在保护气氛和搅拌条件下，将所述溶液A缓慢加入到所述溶液B中，添加完成后继续保温搅拌反应0.5h，反应完成后升温至80℃并保温搅拌反应1h，制得第一乳液；
（2）将所述第一乳液加水稀释至固含为13wt%，通氮除氧后升温至85℃，待温度后得到溶液C；称取甲基丙烯酰胺并加入到过硫酸钾水溶液中，混合体系经通氮除氧后在保护气氛下充分搅拌混合，得到溶液D；在保护气氛和搅拌条件下，将所述溶液D缓慢加入到所述溶液C中，添加完成后在80℃下保温搅拌反应1h，制得第二乳液；
（3）在保护气氛下，在所述第二乳液中加入1-乙烯基-3-丁基咪唑溴化盐和3-丙烯酰胺基苯硼酸，通氮除氧后在80℃下保温搅拌反应2h，反应完成后加水稀释至固含为10wt%，制得；
所述甲基丙烯酸甲酯与所述双（三氟化硼）二（二苯基）钴肟、4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、所述十二烷基硫酸钠的质量比例为10：0.04：0.01：0.16；
所述第一乳液的固含与所述甲基丙烯酰胺、所述1-乙烯基-3-丁基咪唑溴化盐、所述3-丙烯酰胺基苯硼酸的质量比例为10：8.5：0.24：1；
所述减阻稠化剂的聚合分子量大于1000万；
所述第一滑溜水压裂液的制备方法包括以下步骤：
搅拌条件下，在所述减阻稠化剂中加入氯化钾，充分溶解后加入所述壬基酚聚氧乙烯醚、所述悬浮剂季铵盐改性蒙脱土、所述FACM-38防膨剂和去离子水，再次搅拌混合后制得所述第一滑溜水压裂液；
所述第二滑溜水压裂液的制备方法包括以下步骤：
搅拌条件下，在所述减阻稠化剂中加入氯化钾，充分溶解后加入所述壬基酚聚氧乙烯醚和去离子水，再次搅拌混合后制得所述第二滑溜水压裂液。
实验例2:1、实验材料
不同浓度的多功能滑溜水；清水；石英砂。
2、实验装置
HBLZ-Ⅱ型流体流动阻力测试仪（江苏宏博机械制造有限公司）；HaakeMARS型旋转流变仪（德国ThermoFisher公司）；动态延伸携沙性能模拟装置。
3、实验方法
（1）减阻性能
减阻装置主要由注入系统、模拟测量系统、恒温恒压控制系统、计算机采集系统等部分组成；先将实验用液体加入储液罐，请按实验用液的比例预先配好，然后倒入储液罐；要开启搅拌，时间不少于30分钟后，再开始实验；根据实验要求，设置流速及流量大小，并调节搅拌转速；收集数据进行处理分析；
（2）抗温、抗剪切性能
先将配置好的实验用液放入流变仪的转子中，固定好转子以防止漏液；根据实验要求设定实验温度及剪切速率，收集数据进行处理分析。
（3）动静态携沙性能
静态携沙：将实验用液与石英砂混合均匀倒入量筒中，记录混合液高度；一段时间后观察并记录石英砂沉降的高度。
动态携沙：将实验用液与石英砂装入动态延伸携沙性能模拟装置中；调节试验参数，收集实验数据并拍照记录。
4、实验结果
（1）减阻率曲线参见图1，在0.03-0.05%浓度条件下，标准减阻率在72%左右，极限减阻率接近75%，说明该稠化剂具有较好的减阻性能且减阻率在流速魏40-60 m/s时较为稳定。
（2）由图2剪切性能测试曲线可知 0.1%稠化剂溶液在170s-1剪切速率下粘度22mPa·s，且粘度较为稳定，当剪切速率提高至510s-1时，0.1%稠化剂溶液的粘度为51mPa·s，且在该剪切速率下剪切2min后，粘度又恢复至22mPa·s，说明该滑溜水在低浓度的情况下具有良好的恢复性。
（3）对滑溜水溶液的耐温性能进行了测试，由图3分析可得：用清水配1.5%、1.3%悬浮液随着温度的升高，粘度随之出现了降低的趋势，但该滑溜水溶液满足200℃超高温一体化压裂施工，可满足现场需求。
（4）通过图4可知静态悬砂效果较好；由图5可知，低浓度多功能滑溜水的动态携砂能力优于清水和普通滑溜水。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种悬浮型滑溜水减阻压裂液，其特征在于，包括第一滑溜水压裂液和第二滑溜水压裂液，所述第一滑溜水压裂液按重量份数计包括以下组分组成：减阻稠化剂0.3-1.5份，氯化钾1-2份，稳定剂0.2-1份，悬浮剂0.3-2份，防膨剂0.1-1份，去离子水90-98份；所述第二滑溜水压裂液按重量份数计包括以下组分组成：减阻稠化剂5-20份，氯化钾1-2份，稳定剂0.2-1份，去离子水82-90份；
所述减阻稠化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取甲基丙烯酸甲酯，经脱气处理后加入双（三氟化硼）二（二苯基）钴肟，将混合体系经通氮除氧后在保护气氛下搅拌至催化剂溶解完全，得到溶液A；称取4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)并分散溶解在去离子水中，加入十二烷基硫酸钠，将混合体系经通氮除氧后在保护气氛下充分搅拌混合，得到溶液B；将所述溶液B升温至70-80℃并保温，在保护气氛和搅拌条件下，将所述溶液A缓慢加入到所述溶液B中，添加完成后继续保温搅拌反应0.5-1h，反应完成后升温至80-90℃并保温搅拌反应1-2h，制得第一乳液；
其中，所述甲基丙烯酸甲酯与所述双（三氟化硼）二（二苯基）钴肟、4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、所述十二烷基硫酸钠的质量比例为10：（0.03-0.05）：（0.01-0.02）：（0.15-0.18）；
（2）将所述第一乳液加水稀释至固含为10-14wt%，通氮除氧后升温至85-90℃，待稳定后得到溶液C；称取甲基丙烯酰胺并加入到过硫酸钾水溶液中，混合体系经通氮除氧后在保护气氛下充分搅拌混合，得到溶液D；在保护气氛和搅拌条件下，将所述溶液D缓慢加入到所述溶液C中，添加完成后在80-90℃下保温搅拌反应1-2h，制得第二乳液；
（3）在保护气氛下，在所述第二乳液中加入1-乙烯基-3-丁基咪唑溴化盐和3-丙烯酰胺基苯硼酸，通氮除氧后在80-90℃下保温搅拌反应1-4h，反应完成后加水稀释至固含为10wt%，制得；
其中，所述第一乳液的固含与所述甲基丙烯酰胺、所述1-乙烯基-3-丁基咪唑溴化盐、所述3-丙烯酰胺基苯硼酸的质量比例为10：（8-11）：（0.2-0.4）：（0.8-1.6）；所述减阻稠化剂的聚合分子量在1000-2000万。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮型滑溜水减阻压裂液，其特征在于，所述稳定剂为非离子型表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的一种悬浮型滑溜水减阻压裂液，其特征在于，所述悬浮剂为羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、亲水改性的膨润土或亲水改性的蒙脱石。
4.根据权利要求1所述的一种悬浮型滑溜水减阻压裂液，其特征在于，所述防膨剂为阳离子季铵盐或季磷酸盐。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种悬浮型滑溜水减阻压裂液的制备方法，其特征在于，所述第一滑溜水压裂液的制备方法包括以下步骤：
搅拌条件下，在所述减阻稠化剂中加入氯化钾，充分溶解后加入所述稳定剂、所述悬浮剂、所述防膨剂和去离子水，再次搅拌混合后制得所述第一滑溜水压裂液；
所述第二滑溜水压裂液的制备方法包括以下步骤：
搅拌条件下，在所述减阻稠化剂中加入氯化钾，充分溶解后加入所述稳定剂和去离子水，再次搅拌混合后制得所述第二滑溜水压裂液。
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