一種低濃度瓜爾膠海水基壓裂液及其製備方法與應用的製作方法
2023-12-05 17:57:56
一種低濃度瓜爾膠海水基壓裂液及其製備方法與應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種低濃度瓜爾膠海水基壓裂液及其製備方法與應用。該海水基壓裂液包括基液、pH調節交聯劑和破膠劑，以重量計，基液的用量：pH調節交聯劑的用量：破膠劑的用量＝100：(0.25-1.2)：(0.03-0.05)；其中，以重量份計，所述基液包括如下組分：海水96.2-98.35重量份，稠化劑0.15-0.3重量份，防膨助溶劑0.5-1重量份，助排劑1-2重量份，防乳抗渣劑0-0.5重量份。本發明使用濃度更低的常規瓜爾膠作為稠化劑、不用螯合劑與阻垢劑、可連續混配，能夠降低壓裂液的成本、減輕壓裂液傷害、具有良好的耐溫、耐剪切性能，滿足海洋生產平臺大規模壓裂施工作業的需求。
【專利說明】一種低濃度瓜爾膠海水基壓裂液及其製備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種可連續混配的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液及其配製方法與應用， 屬於石油開用採助劑【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 在石油和天然氣勘探開發的過程中，水力壓裂技術是低滲、特低滲油氣田有效開 發的必不可少的技術手段，而且近年來，隨著國內海上油氣田低滲儲層勘探開發的比例逐 漸增大，水力壓裂增產改造措施也已成為海上低滲油氣田有效開發重要技術手段。在水力 壓裂施工作業中，壓裂液是重要的組成部分。現有的壓裂液多是用淡水配製而成，海上壓裂 作業也多為淡水壓裂液體系，這就需要從陸地通過拖輪運送淡水，成本高、效率低，且海上 作業施工平臺空間有限，存放配液用水的場地不足，從而導致了施工規模的制約。而海上作 業現場海水資源豐富，如果利用海水直接配製壓裂液，其配置工序會變得簡單、其成本也會 降低，因而開發一套可實現連續混配的海水基壓裂液體系能夠加快施工進度，具有明顯的 技術與經濟優勢：1)海水的高礦化度可以抑制儲層中的粘土膨脹；2)海水供應充足，海水 壓裂液尤其適用於海洋油氣井大規模壓裂改造；3)節省淡水資源及運輸成本；4)海上生產 平臺作業可實現連續混配，加快施工進度與加大施工規模。
[0003] 由此看出，用海上生產平臺進行壓裂施工作業時，引入海水基壓裂液體系是非常 有必要的。但是，由於海水礦化度遠遠高於淡水，尤其是Ca 2+/Mg2+離子含量高，在配製壓裂 液過程中，會對稠化劑的增稠、體系PH值的調節、交聯凍膠的性能等產生很大的影響。因 此，需要對常規壓裂液體系進行改進或引入新的與海水具有更好配伍性的壓裂液體系。
[0004] 對於使用海水配製壓裂液，國內已有海水基壓裂液體系發表與公開，按使用的稠 化劑類型劃分主要有三類：一類是人工合成聚合物壓裂液體系，該體系主要以改性聚丙烯 醯胺類合成聚合物為稠化劑，如張春雨、靳紅彬等人（CN102417814A)和謝志海、劉宇等人 (CN101263727A)分別發明的海水基壓裂液體系，他們使用的稠化劑為烷基丙烯醯胺，2-丙 烯醯胺基-2-甲基丙磺酸，乙烯吡咯烷酮等合成聚合物，使用的交聯劑為鋯、鋁、鐵、鉻等金 屬交聯劑；該體系的優點是抗溫、抗鹽、抗剪切性能較好，適合海水配製；缺點是合成聚合 物降解困難與吸附嚴重、有時破膠不徹底與交聯劑高價金屬離子沉澱存在傷害儲層問題； 此外，由於這類體系的稠化劑中的醯胺基易於發生水解反應，水解後對高價金屬離子極為 敏感而嚴重影響稠化劑的性能，合成聚合物製備步驟較為複雜、成本較植物膠成本高。第二 類是以粘彈性表面活性劑（VES)為稠化劑的海水基壓裂液體系，如張福銘、李學軍等發表 了基於PA-VES90粘彈性表面活性劑（VES)為稠化劑的海水基清潔壓裂液體系（《科學技術 與工程》，2012年3月，第12卷第8期，1769-1764頁），該體系的優點是對配液用水中的離子 含量不敏感，可直接用海水配製壓裂液，且不需要交聯劑、自動成膠、增粘速度快，利於實現 海洋平臺上的連續混配，遇烴類物質自動破膠，破膠後無殘渣對地層傷害小，破膠液界面張 力低易返排；缺點是體系的耐溫性能不佳，粘度偏低與受溫度影響大，此外，成本遠高於天 然植物膠壓裂液。第三類是以天然植物膠或其改性產品為稠化劑的海水基壓裂液，其中以 瓜爾膠及其衍生物為稠化劑的壓裂體系佔到整個壓裂液體系的90%以上。該類壓裂液體系 的核心問題是解決海水中的高價陽離子對稠化劑瓜爾膠的交聯環境的影響，現有瓜爾膠海 水基壓裂液多通過以下兩種方法解決高價陽離子的對稠化劑交聯的影響：（1)向海水中加 入螯合劑（如EDTA、檸檬酸鈉等）或阻垢劑（如三聚磷酸鈉、聚丙烯酸鈉等）來抑制鈣、鎂 離子對壓裂液的上述影響（如CN103131405A，CN103289668A)，但使用螯合劑或阻垢劑的成 本很高，尤其對於海水礦化度較高時，螯合劑用量會大大增加，成本也會急劇上升，且高溫 條件下螯合劑還易失效。（2)使用偏酸性（pH4-7)交聯技術，在偏酸性條件下交聯稠化劑， 消除海水中的鈣、鎂離子對交聯的影響，主要技術手段是通過使用PH調節劑（如乙酸、三乙 醇胺、碳酸氫鈉等）將海水的酸鹼度控制在中性甚至偏酸性條件下實現海水基壓裂液的穩 定交聯（如王杏尊等CN102618249A和汪小宇等CN103215024A公開的技術方案），但是偏 酸性交聯技術具有不耐高溫、凍膠剪切穩定性差和剪切後粘度不可恢復的缺點。上述發明 中使用常規瓜爾膠作稠化劑配製海水基壓裂液除了存在以上不足外，還存在常規瓜爾膠在 海水中水化時間較長，難以實現連續混配，以及使用瓜爾膠濃度較高（0. 25-1. 0% )，增加 壓裂液成本與儲層傷害程度問題。雖然吳新榮（CN103305206A)發明了一種使用特殊的低 聚醚速溶瓜爾膠作為稠化劑實現海水基壓裂液連續混配的方法，單該方法需要0. 25-0. 8% 的低聚醚速溶瓜爾膠，0. 25-2. 0%的阻垢劑，以及特殊的"噴射型混合器"，相對來說成本較 尚。
【發明內容】
[0005] 鑑於上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出一種低濃度瓜爾膠海水基壓 裂液及其製備方法與應用，能夠使用濃度更低的常規瓜爾膠作為稠化劑、不用螯合劑與阻 垢劑、可連續混配，能夠降低壓裂液的成本、減輕壓裂液傷害、滿足海洋生產平臺大規模壓 裂施工作業的需求。
[0006] 本發明的目的通過以下技術方案得以實現：
[0007] 一種低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其包括基液、PH調節交聯劑和破膠劑，以重量 計，基液的用量：pH調節交聯劑的用量：破膠劑的用量=100:(0. 25-1.2) :(0.03-0.05); 其中，以重量份計，所述基液包括如下組分：海水96. 2-98. 35重量份，稠化劑0. 15-0. 3重量 份，防膨助溶劑〇. 5-1重量份，助排劑1-2重量份，防乳抗渣劑0-0. 5重量份。
[0008] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，所述防乳抗渣劑為本領域的常規產品，市 面上可以買到。
[0009] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，優選的，所述稠化劑包括瓜爾膠、羥丙基瓜 爾膠、羧甲基羥丙基瓜爾膠、改性瓜爾膠和速溶瓜爾膠中的一種或幾種的組合。
[0010] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，所述改性瓜爾膠包括特殊改性瓜爾膠，均 為本領域的常規產品。
[0011] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，優選的，所述防膨助溶劑為有機酸；更優選 的，所述防膨助溶劑包括甲酸、檸檬酸、氨基磺酸和乙酸等中的一種或幾種的組合。
[0012] 根據具體實施方案，上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，所述防膨助溶劑優選 為上述物質的復配組合物。本發明使用防膨助溶劑可以使常規瓜爾膠稠化劑在極短的時間 內溶解後的粘度達到最終粘度的80%以上，加快稠化速度，從而實現連續混配。
[0013] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，優選的，所述助排劑包括氟碳型表面活性 劑、聚醚型表面活性劑、聚醚羧酸鹽型表面活性劑和季銨鹽型表面活性劑等中的一種或幾 種的組合，其中，表面活性劑及表面活性劑的組合能夠將壓裂液的表面張力降低到25mN/ m;更優選的，所述聚醚型表面活性劑包括烷基酚聚氧乙烯醚（OP-7)、辛基酚聚氧乙烯醚 (OP-IO)和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7)等中的一種或幾種的組合，所述聚醚羧酸鹽型表面 活性劑包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES)，但不限於此。
[0014] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，氟碳型表面活性劑和季銨鹽型表面活性劑 為本領域常用的可降低表界面張力的表面活性劑，選用常規市售產品。
[0015] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，優選的，所述pH調節交聯劑包括55-83重 量份的pH調節劑和45-17重量份的交聯劑。
[0016] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，優選的，所述pH調節劑包括乙二胺和/或 三乙醇胺，更優選的，所述pH調節劑為北京科麥仕油田化學劑技術有限公司生產的SC-150 型pH調節劑。
[0017] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，優選的，所述交聯劑為可多頭交聯的有機 硼交聯劑；更優選的，所述交聯劑為北京科麥仕油田化學劑技術有限公司生產的YP150型 交聯劑。
[0018] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，使用可多頭交聯的有機硼交聯劑可以有效 降低瓜爾膠稠化劑的濃度，從而降低壓裂液對儲層的傷害與壓裂液成本。
[0019] 上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液中，優選的，所述破膠劑包括過硫酸銨、雙氧 水、過硫酸鈉、過硫酸鉀中的一種或幾種的組合，或者所述破膠劑為過硫酸銨、雙氧水、過硫 酸鈉、過硫酸鉀中的一種或幾種與亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、三乙醇胺中的一種或幾種相組合 而成的混合物。
[0020] 本發明還提供上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液的製備方法，該方法包括如下步 驟：
[0021] 按配比依次向容器中加入海水、防膨助溶劑、助排劑、防乳抗渣劑、稠化劑，混合均 勻，得到基液；
[0022] 按配比將pH調節劑和交聯劑混合復配，得到pH調節交聯劑；
[0023] 將基液、pH調節交聯劑和破膠劑按配比在線混合均勻，即得到連續混配的低濃度 瓜爾膠海水基壓裂液。
[0024] 本發明還提供上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液在儲層溫度低於100°C的中低溫 油氣藏的壓裂增產改造中作為壓裂液的應用。
[0025] 本發明的突出效果為：
[0026] 使用濃度更低的常規瓜爾膠作為稠化劑、不用螯合劑與阻垢劑、可連續混配，能夠 降低壓裂液的成本、減輕壓裂液傷害、具有良好的耐溫、耐剪切性能，滿足海洋生產平臺大 規模壓裂施工作業的需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1是實施例1的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液的流變曲線圖；
[0028] 圖2是實施例2的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液的流變曲線圖；
[0029] 圖3是實施例3的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液的流變曲線圖；
[0030] 圖4是實施例4的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液的流變曲線圖。
【具體實施方式】
[0031] 為了對本發明的技術特徵、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技 術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施範圍的限定。下述實施例中所 述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途 徑獲得。
[0032] 實施例1
[0033] 本實施例提供一種低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其包括基液、pH調節交聯劑和破 膠劑，以重量計，基液的用量為l〇〇g，pH調節交聯劑的用量為0. 9g，破膠劑過硫酸銨的用量 為0. 04g ;其中，基液包括如下組分：海水97. 4g，稠化劑改性瓜爾膠HPGO. 3g，防膨助溶劑檸 檬酸〇. 8g，助排劑聚醚型表面活性劑（OP-7) Ig ;防乳抗渣劑（北京科麥仕油田化學劑技術 有限公司生產，海關HS編碼：38249090)0. 5g，pH調節交聯劑包括0.7g SC-150型pH調節 劑與0. 2g YP150型交聯劑。
[0034] 本實施例的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液是這樣製備的：
[0035] 按配比依次向容器中加入海水、防膨助溶劑、助排劑、防乳抗渣劑、稠化劑，用攪拌 器攪拌5min混合均勻，得到基液；
[0036] 按配比將pH調節劑和交聯劑混合復配，得到pH調節交聯劑；
[0037] 將基液、pH調節交聯劑和破膠劑按配比在線混合均勻，即得到連續混配的低濃度 瓜爾膠海水基壓裂液。
[0038] 本實施例還提供上述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液在儲層溫度80°C的中低溫油 氣藏的壓裂增產改造中作為壓裂液的應用。
[0039] 對本實施例所得的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液的粘度變化情況進行測定，如表1 所示，隨著時間的增加，壓裂液基液的粘度快速增加，3min內壓裂液基液的粘度就達到基液 最終粘度的80%以上。
[0040] 表 1
[0041]
【權利要求】
1. 一種低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其包括基液、pH調節交聯劑和破膠劑，以重量計， 基液的用量：pH調節交聯劑的用量：破膠劑的用量= 100 : (0.25-1.2) : (0.03-0.05); 其中，以重量份計，所述基液包括如下組分：海水96. 2-98. 35重量份，稠化劑0. 15-0. 3重量 份，防膨助溶劑〇. 5-1重量份，助排劑1-2重量份，防乳抗渣劑0-0. 5重量份。
2. 根據權利要求1所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其特徵在於：所述稠化劑包括 瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠、羧甲基羥丙基瓜爾膠、改性瓜爾膠和速溶瓜爾膠中的一種或幾種的 組合。
3. 根據權利要求1所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其特徵在於：所述防膨助溶劑 為有機酸；優選的，所述防膨助溶劑包括甲酸、檸檬酸、氨基磺酸和乙酸中的一種或幾種的 組合。
4. 根據權利要求1所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其特徵在於：所述助排劑包括 氟碳型表面活性劑、聚醚型表面活性劑、聚醚羧酸鹽型表面活性劑和季銨鹽型表面活性劑 中的一種或幾種的組合，其中，表面活性劑及表面活性劑的組合能夠將壓裂液的表面張力 降低到25mN/m ;優選的，所述聚醚型表面活性劑包括烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯 醚和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或幾種的組合，所述聚醚羧酸鹽型表面活性劑包括脂肪醇 聚氧乙烯醚硫酸鈉。
5. 根據權利要求1所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其特徵在於：所述pH調節交聯 劑包括55-83重量份的pH調節劑和45-17重量份的交聯劑。
6. 根據權利要求1所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其特徵在於：所述pH調節劑包 括乙二胺和/或三乙醇胺；優選的，所述pH調節劑為北京科麥仕油田化學劑技術有限公司 生產的SC-150型pH調節劑。
7. 根據權利要求1所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其特徵在於：所述交聯劑為可 多頭交聯的有機硼交聯劑；優選的，所述交聯劑為北京科麥仕油田化學劑技術有限公司生 產的YP150型交聯劑。
8. 根據權利要求1所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液，其特徵在於：所述破膠劑包括 過硫酸銨、雙氧水、過硫酸鈉、過硫酸鉀中的一種或幾種的組合，或者所述破膠劑為過硫酸 銨、雙氧水、過硫酸鈉、過硫酸鉀中的一種或幾種與亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、三乙醇胺中的一 種或幾種組合而成的混合物。
9. 權利要求1-8任一項所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液的製備方法，該方法包括如 下步驟： 按配比依次向容器中加入海水、防膨助溶劑、助排劑、防乳抗渣劑、稠化劑，混合均勻， 得到基液； 按配比將pH調節劑和交聯劑混合復配，得到pH調節交聯劑； 將基液、pH調節交聯劑和破膠劑按配比在線混合均勻，即得到連續混配的低濃度瓜爾 膠海水基壓裂液。
10. 權利要求1-8任一項所述的低濃度瓜爾膠海水基壓裂液在儲層溫度低於100°C的 中低溫油氣藏的壓裂增產改造中作為壓裂液的應用。
【文檔編號】E21B43/26GK104498018SQ201410811500
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】高瑩, 石陽, 楊賢友, 周福建, 徐敏傑, 熊春明, 連勝江, 李向東, 韓秀玲 申請人:中國石油天然氣股份有限公司