CN102996107A - 一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，通过现场在线添加的方式，通过比例泵按照比例，将高含量的液体聚合物直接抽汲到混砂车，通过加入支撑剂，水，在混砂车的搅拌下，根据配比，将水，支撑剂，增稠聚合物混合在一起，砂比可达15％-100％，甚至可达250％；该方法不需在配液站或配制池中配制，可以实现连续配制和施工，将配制和施工紧密的结合在一起，真正的实现了操作简便、降低施工成本，节约环保、保护油藏，增产增效的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种水基压裂液配制及施工工艺，具体涉及一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法。
背景技术
压裂液自从1947年首次用于裂缝增产以来已经历了巨大的演变。早期的增产处理是通过向汽油中添加形成足以压开和延伸裂缝的黏性流体;后来,现场工程师开始采用胍胶及其衍生物基工作液,随着井深的增加和井温的升高,对压裂液黏度的要求也比以前使用的线性凝胶所能提供的黏度要高。为了在高温储层中达到足够的黏度和提高其高温稳定性能,开始采用硼、锆、钛等无机和有机金属离子交联线性凝胶。上世纪80年代,泡沫压裂液因其对地层伤害小而受到广泛研究和应用。20世纪90年代,人们通过使用高效化学破胶剂和降低聚合物浓度的方法来减少胍胶对地层的伤害。选择何种压裂液时主要考虑的因素包括安全、易得,混配和使用方便,和地层的相容性,返排能力以及成本。按照组成不同,压裂液可分为:(1)油基或水基,(2)油水混合物组成的乳状液,(3)油基或水基泡沫(氮气或二氧化碳)体系。
压裂液是压裂技术的重要组成部分，是决定压裂成败的关键。水基压裂液具有成本低、安全性高等优点，使用最为广泛。水基压裂液是以水作溶剂或分散介质，向其中加入稠化剂（植物胶—胍胶、田菁、魔芋；纤维素衍生物；合成聚合物）、根据油藏需要和流体需要还要补充添加剂配制而成。当前水基压裂液的使用最为广泛普及，约占压裂液市场的90％，成为油气藏的主要增产、增注措施。
从压裂发展历史和过程看，主要的水基压裂液包括如下几种方式：1.聚合物交联压裂液。2.粘弹性压裂液。3.清水压裂。聚合物水基压裂液,其大致可分为3种类型:(1)天然植物胶压裂液;(2)纤维素压裂液;(3)合成聚合物压裂液。
其中聚合物交联的压裂液都是通过聚合物（主要是固体粉剂）溶解均匀后，加入添加剂，并采取添加各种交联剂，产生较高的井下最终粘度和更好的施工效率。施工过程是，一般要提前将压裂液的主剂聚合物在配制站用清水配制好，用罐车拉到现场，或者在现场池子、罐等容器中配制好，这样就需要花费很多的时间、费用、程序先将聚合物溶解好，然后要根据压裂液特性需要，溶解过程中加入一些提高压裂液性能的添加剂，防膨剂，杀菌剂，助排剂等，然后在混砂车中交联裹砂支撑剂用泵注入油气藏，
清洁压裂液和清水压裂液配制方法也是提前用形成压裂液的药剂和清水一起在配制站和配制池等容器中配制好，然后用泵注入，在混砂车中和支撑剂均匀混合后，携带支撑剂一起进入地层。
综合上述的水基压裂液的配制和施工工艺描述，水基压裂液在配液及施工工艺方面仍存在不足：
1.上述压裂液都是先配制好，再施工，时间和工序比较繁琐，需要时间和费用大，效率低。
2.清水压裂液携带支撑剂不会太多，一般不超过5％。
3.采取交联压裂液体系施工的缺陷,还有破胶不完全,凝胶易存在油藏中，破胶不彻底，残渣残留在裂缝内，严重降低支撑剂充填层的渗透率,从而伤害产层,油藏保护性不好，导致压裂效果变差。
4.聚合物压裂液，因特殊情况无法施工，配制好的压裂液、交联液等会过期变质导致大量的浪费，还会造成废液处理困难，给周边环境造成压力。
随着油田发展压裂措施的规模越来越大，几千方到上万方的压裂液进行大规模高水平的压裂施工，配制时间长，管理程序复杂，如采取常规压裂液配制施工，施工成本非常大。如何实现快速配制并有高水平的携带支撑剂的能力的压裂操作方式的发明迫在眉睫。
发明内容
为了克服现有常规压裂液配制和施工工艺的缺点，满足压裂工艺发展的需求，本发明的目的在于提供一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，该发明可以广泛应用于油井、气井、水井等各种井的压裂措施，也可用于页岩气、煤层气高砂比的压裂工艺中，完善现压裂工艺；本发明将配制和施工紧密的结合在一起，可实现连续配制和施工，操作十分简便，并能够满足稳定携带支撑剂，达到携砂比高于15％的能力，现场可达100％，室内直至250％。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，包括以下步骤：
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、选取聚合物，通过在线添加的方式，将聚合物用比例泵直接抽汲到混砂车，同时用另一台比例泵将水注入到混砂车中，聚合物和水混合形成压裂液，压裂液中聚合物的体积使用浓度≤30％，
步骤三、在混入聚合物和水的同时，在混砂车中也混入支撑剂，支撑剂与压裂液的体积比即砂比≤250％，保证砂比即支撑剂与压裂液的体积比达到现场需求，在混砂车的搅拌下，聚合物、水、支撑剂相互之间迅速分散，聚合物溶解时间是10s-20min，混合均匀后泵入地层；
所述的聚合物为以液体为形式存在的聚合物，包括合成基聚合物、植物胶聚合物和纤维素衍生物中的一种或上述多种任意比例的混合物；
所述的合成基聚合物为乳液或悬浮液聚合物，包括聚丙烯酰胺及衍生物、丙烯酸聚合物及衍生物、丙烯酸酯聚合物及衍生物、丙烯酸醇聚合物及衍生物或聚乙烯亚胺中的一种或上述多种任意比例的混合物；聚丙烯酰胺及衍生物包括非离子、阴离子、阳离子或两性离子；丙烯酸聚合物及衍生物包括丙烯酸-丙烯酸乙酯聚合物。
所述的植物胶聚合物包括胍胶、田菁或魔芋中的一种或上述多种任意比例的混合物。
所述的纤维素衍生物包括含阳离子或两性离子基团纤维素衍生物。
所述的支撑剂为石英砂、陶粒砂或树脂包层砂；支撑剂与压裂液的体积比，即砂比≤250％。
所述的步骤二中，将水注入到混砂车中时，注入添加剂，添加剂可根据现场选择性加入，来提高携砂效果和压裂效果；所述的添加剂包括占水质量浓度为0-20％氯化铵、质量浓度为0-20％氯化钾无机物、质量浓度为0-20％表面活性剂如液体α-烯基磺酸钠、质量浓度为
0-20％破胶剂如酶或氧化剂、质量浓度为0-20％交联剂如有机锆、质量浓度为0-50％酸如盐酸或质量浓度为0-20％碱如碳酸钠中的一种或上述多种任意比例的混合物。目的是促进溶解效率、降低压裂阻力、促进更好携砂、改善岩层，提高助排及破胶、提高压裂效能，提高增产效率。
所述的步骤三中，可根据压裂需要，用泵车直接将二氧化碳，氮气或空气注入地层，注入量为1-200方，匹配提高压裂效果。
本发明的优势是：
（1）减少施工设备，降低作业成本，操作简易，缩短工作时间，提高效率。药剂无需在配制站或现场配制池配制，将配制、携砂一体化。在满足压裂液稳定携带支撑剂能力下，可有效的简化工序，提高液体质量、减少监控所需的条件、降低成本、提高效率。特别是对于连续配制几千方和上万方压裂液的实际操作更具有重要的价值，可减少大量的作业成本，提高压裂效率。
（2）节约环保。一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法采取在线添加、随用随配的方式，可以避免当天因特殊情况无法施工造成的压裂液浪费现象，不会造成环境压力，会产生很好的节约环保效果。
（3）压裂液靠液体聚合物溶解后的本身粘度携砂，使得支撑剂更容易切入，支撑剂的添加能够促进流体更加稳定，携带支撑剂的能力更加优良，因此可以有效的提高砂比。压裂液在条件允许下，可以保证支撑剂持续添加，室内实验携砂比可达250％。
（4）油藏保护，该工艺是液体聚合物遇水自我溶解扩散释放增粘的过程，可被水任意比稀释，所以无残渣，对油藏伤害低。对于水井压裂，该工艺甚至不用反排。
（5）为了提高快速反排能力，也可以采取加入破胶剂（酶或者氧化剂，如过硫酸铵），让聚合物大分子降解为小分子，成为水状，或更低的粘度，从而实现快速反排。
（6）携砂液流体流变性好，摩阻小，可以更好的保护油藏。
（7）增产作用好。
（8）适用范围广，可应用于常规油井、水井、气井压裂，也可用于页岩气、煤层气高砂比的压裂工艺中，完善现有压裂工艺。适用于各种支撑剂，包括石英砂，陶粒砂，树脂包层砂等不同类型规格的支撑剂。
（9）采用步骤二的方案在混砂过程中，流体流变性好，降阻好，同时能够保证支撑剂沉降速度符合压裂的要求。
附图说明
附图是施工工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细描述。
实施例一
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，用于油井，包括以下步骤：
本实施例所用聚合物是合成基聚合物中的聚丙烯酰胺衍生物，具体为甲壳素接枝聚合物，由甲克素和丙烯酰胺接枝而成，咖啡色乳液聚合物，分子量为800万，固含量35％，聚合物本身粘度为102mpa.s（ZNN-D6六速粘度计在170s-1下所测）
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、同时用比例泵抽取1吨（方）甲壳素接枝聚合物到混砂车，混砂车搅拌同时用第二台比例泵注入100立方水，
步骤三、同时倒入30立方支撑剂，支撑剂为石英砂，直径为0.425mm，控制排量，保证施工过程中液体聚合物的体积浓度为1％，平均砂比为30％，在混砂车搅拌50s后泵入地层。
施工过程中施工压力平稳，整个过程35min，施工完毕后关井。2h后反排，反排液无不溶物。初期日产液2.16方，产油1.47吨，与邻井常规瓜胶压裂相比，产量略有高出。
实施例二
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，用于油井，包括以下步骤：
本实施例所用聚合物是合成基聚合物中的聚丙烯酰胺衍生物，具体为甲壳素接枝聚合物，由甲克素和丙烯酰胺接枝而成，咖啡色乳液聚合物，分子量为800万，固含量35％，聚合物本身粘度为102mpa.s（ZNN-D6六速粘度计在170s-1下所测）
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、同时用比例泵抽取1吨（方）甲壳素接枝聚合物到混砂车，混砂车搅拌同时用第二台比例泵注入100立方水、80公斤添加剂，添加剂为液体α-烯基磺酸钠，
步骤三、同时倒入30立方支撑剂，支撑剂为石英砂，直径为0.425mm，控制排量，保证施工过程中液体聚合物的体积浓度为1％，平均砂比为30％，在混砂车搅拌30s后泵入地层。
施工过程中施工压力平稳，整个过程35min，施工完毕后关井。2h后反排，反排液无不溶物。初期日产液3.03方，产油2.12吨，与邻井常规瓜胶压裂相比，产量略有高出。
实施例三
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，用于油井，包括以下步骤：
本实施例所用聚合物是合成基聚合物中的阴离子乳液聚丙烯酰胺，咖啡色乳液聚合物，分子量为1000万，固含量35％，聚合物本身粘度为99mpa.s（ZNN-D6六速粘度计在170s-1下所测）
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、同时用比例泵抽取1.2吨（方）阴离子乳液聚丙烯酰胺到混砂车，混砂车搅拌同时用第二台比例泵注入100立方水，
步骤三、同时倒入50立方支撑剂，支撑剂为石英砂，直径为0.425mm，控制排量，保证施工过程中液体聚合物的体积浓度为1.2％，平均砂比为50％，在混砂车搅拌50s后泵入地层。
施工过程中施工压力平稳，整个过程35min，施工完毕后关井。2h后反排，反排液无不溶物。初期日产液3方，产油2.12吨，与邻井常规瓜胶压裂相比，产量略有高出。
实施例四
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，用于水井，包括以下步骤：
本实施例所用聚合物是合成基聚合物中的阳离子乳液聚丙烯酰胺为例，其为咖啡色乳液聚合物，分子量800万，粘度为80mpa.s，固含量40％，聚合物本身粘度为102mpa.s（ZNN-D6六速粘度计在170s-1下所测），
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、同时用比例泵抽取2吨（方）阳离子聚丙烯酰胺到混砂车，混砂车搅拌同时，用第二台比例泵注入200立方水，
步骤三、同时注入100立方支撑剂，支撑剂为陶粒砂，直径为0.84mm，，在混砂车搅拌40s泵入地层，控制排量，保证施工过程中液体聚合物的体积浓度为1％，砂比为50％，混砂车搅拌30s泵入地层。
施工过程中施工压力平稳，整个过程40min，施工完毕后直接注水，注入水的启动压力减小。
实施例五
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，用于水井，包括以下步骤：
本实施例所用聚合物是合成基聚合物中的阳离子乳液聚丙烯酰胺为例，其为咖啡色乳液聚合物，分子量800万，粘度为80mpa.s，固含量40％，聚合物本身粘度为102mpa.s（ZNN-D6六速粘度计在170s-1下所测），
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、同时用比例泵抽取1吨（方）阳离子乳液聚合物到混砂车，混砂车搅拌同时，用第二台比例泵注入100立方水，
步骤三、同时注入100立方支撑剂，支撑剂为陶粒砂，直径为0.84mm，，在混砂车搅拌40s泵入地层，控制排量，保证施工过程中液体聚合物的体积浓度为1％，砂比为100％，混砂车搅拌30s泵入地层。
施工过程中施工压力平稳，整个过程40min，施工完毕后直接注水，注入水的启动压力减小。
实施例六
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，用于气井，包括以下步骤：
本实施例所用聚合物是合成基聚合物中的聚丙烯酰胺衍生物，具体为以淀粉-AM接枝聚合物为例，其为乳白色乳液聚合物，分子量为1200万，粘度为93mpa.s（ZNN-D6六速粘度计在170s-1下所测），
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、同时用比例泵抽取15吨（方）淀粉-AM接枝聚合物到混砂车，混砂车搅拌同时用第二台比例泵注入3000立方水；
步骤三、同时混入300立方支撑剂，支撑剂为陶粒砂，直径为0.84mm，控制排量，保证施工过程中液体聚合物的体积浓度为0.5％，砂比为10％，混砂车搅拌30s泵入地层。
施工过程中施工压力平稳，整个过程30h，5h后反排，反排液无不溶物。初期日产气4.2方，比邻井常规压裂产量提高。
实施例七
一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，用于油井，包括以下步骤：
本实施例所用聚合物是合成基聚合物中的聚丙烯酰胺衍生物，具体为甲壳素接枝聚合物，由甲克素和丙烯酰胺接枝而成，是一种咖啡色乳液聚合物，分子量为800万，有效含量35％，聚合物本身粘度为102mpa.s（ZNN-D6六速粘度计在170s-1下所测），
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、同时用比例泵抽取1吨（方）甲壳素接枝聚合物到混砂车，混砂车搅拌同时用第二台比例泵注入100立方水，80公斤活性剂，活性剂为α-烯基磺酸钠，
步骤三、同时倒入30立方支撑剂，支撑剂为石英砂，直径为0.425mm，控制排量，保证施工过程中液体聚合物的体积浓度为1％，平均砂比为30％，在混砂车中搅拌40s后，携砂液与液氮50方在地面三通汇合经油管泵入地层。
施工过程中施工压力平稳，整个过程50min，施工完毕后关井。压后采取强制闭合措施，2h后自喷排液，反排液无不溶物。初期日产液3.02方，产油1.67吨，与邻井常规瓜胶压裂相比，产量略有高出。
Claims (3)
1.一种基于液体聚合物在线连续配制的压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、连接压裂施工管线，清水试压，压开地层；
步骤二、选取聚合物，通过在线添加的方式，将聚合物用比例泵直接抽汲到混砂车，同时用另一台比例泵将水注入到混砂车中，聚合物和水混合形成压裂液，压裂液中聚合物的体积使用浓度≤30％，
步骤三、在混入聚合物和水的同时，在混砂车中也混入支撑剂，支撑剂与压裂液的体积比即砂比≤250％，保证砂比即支撑剂与压裂液的体积比达到现场需求，在混砂车的搅拌下，聚合物、水、支撑剂相互之间迅速分散，聚合物溶解时间是10s-20min，混合均匀后泵入地层；
所述的聚合物为以液体为形式存在的聚合物，包括合成基聚合物、植物胶聚合物和纤维素衍生物中的一种或上述多种任意比例的混合物；
所述的合成基聚合物为乳液或悬浮液聚合物，包括聚丙烯酰胺及衍生物、丙烯酸聚合物及衍生物、丙烯酸酯聚合物及衍生物、丙烯酸醇聚合物及衍生物或聚乙烯亚胺中的一种或上述多种任意比例的混合物；聚丙烯酰胺及衍生物包括非离子、阴离子、阳离子或两性离子；丙烯酸聚合物及衍生物包括丙烯酸-丙烯酸乙酯聚合物；
所述的植物胶聚合物包括胍胶、田菁或魔芋中的一种或上述多种任意比例的混合物。
所述的纤维素衍生物包括含阳离子或两性离子基团纤维素衍生物。
所述的支撑剂为石英砂、陶粒砂或树脂包层砂；支撑剂与压裂液的体积比，即砂比≤250％。
2.根据权利要求1所述的压裂方法，其特征在于，所述的步骤二中，将水注入到混砂车中时，注入添加剂，添加剂可根据现场选择性加入，来提高携砂效果和压裂效果；所述的添加剂包括占水质量浓度为0-20％氯化铵、质量浓度为0-20％氯化钾无机物、质量浓度为
0-20％表面活性剂如液体α-烯基磺酸钠、质量浓度为0-20％破胶剂如酶或氧化剂、质量浓度为0-20％交联剂如有机锆、质量浓度为0-50％酸如盐酸或质量浓度为0-20％碱如碳酸钠中的一种或上述多种任意比例的混合物。目的是促进溶解效率、降低压裂阻力、促进更好携砂、改善岩层，提高助排及破胶、提高压裂效能，提高增产效率。
3.根据权利要求1所述的压裂方法，其特征在于，所述的步骤三中，可根据压裂需要，用泵车直接将二氧化碳，氮气或空气注入地层，注入量为1-200方，匹配提高压裂效果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130327 |