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CN106883835A - 具有控水功能的自缔合压裂液体系及其制备方法 - Google Patents

具有控水功能的自缔合压裂液体系及其制备方法 Download PDF

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CN106883835A CN201710149596.5A CN201710149596A CN106883835A CN 106883835 A CN106883835 A CN 106883835A CN 201710149596 A CN201710149596 A CN 201710149596A CN 106883835 A CN106883835 A CN 106883835A
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徐克彬
任孝柯
陈清
孙海林
白田增
曾昊
杨煜
王航
穆海林
刘汉强
张鹏
瞿红霞
江新民
徐昊洋
杜鑫芳
陈天昊
郑立军
高秀君
夏克文
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Abstract

本发明公开了一种具有控水功能的自缔合压裂液体系及其制备方法，其采用阳离子聚合物为稠化剂，阴离子表面活性剂为交联剂，二者交联体系与相应破胶剂作用后，将阳离子聚合物的大分子链段打断，由高分子变成小分子，并形成一定浓度的小分子阳离子聚合物溶液；这种小分子阳离子聚合能在地层中发生强烈吸附，从而改变地层的润湿性，将地层岩石表面改变成强亲水性质，增大水的附着能和流动阻力，起到控水降水的作用；该自缔合压裂液体系制备方法简单，反应条件温和，操作方便，易于工业化生产。

Description

具有控水功能的自缔合压裂液体系及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气井压裂改造作业技术领域，特别涉及一种具有控水功能的自缔合压裂液体系及其制备方法。
背景技术
压裂是一种油田油井增产措施，通过高粘流体压裂液体系压开地层形成裂缝并携带支撑剂进入地层裂缝，施工后支撑剂残留在裂缝中并防止裂缝闭合，从而在地层形成一条高导流通道以增加产量。
现有的压裂液体系主要包括胍胶压裂液、滑溜水压裂液、VES清洁压裂液、阴离子聚合物压裂液和缔合聚合物压裂液等；利用这些压裂液体系压开地层后形成的渗流通道既是油气流的通道也是地层水的通道；然而，地层水的产出必然会造成油产量降低，因此，有必要开发一种具有控水功能的压裂液体系，使压裂施工后增加油气产量的同时，能阻止地层水的产出，即在压裂改造后增加油气产量的同时，还能有效控制和阻止地层水的产出。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效控制和阻止地层水的产出的具有控水功能的自缔合压裂液体系。
本发明的另一目的是提供一种制备上述自缔合压裂液体系的制备方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种具有控水功能的自缔合压裂液体系，包括阳离子聚合物、阴离子表面活性剂、破胶剂和溶剂水；其中，所述阳离子聚合物为二甲基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚物，其分子量为150～300万；所述阴离子表面活性剂为碳数为12～18的烷基苯磺酸；所述阳离子聚合物和阴离子表面活性剂的质量比为(4～6):(3～5)；所述溶剂水的质量为所述阳离子聚合物和所述阴离子表面活性剂的总质量的100～150倍；所述破胶剂占所述阳离子聚合物、所述阴离子表面活性剂和溶剂水的总质量的0.04～0.05％。
优选，所述阳离子聚合物的分子量为200～260万。
优选，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸或或十二烷基苯磺酸盐，如十二烷基苯磺酸钠。
优选，所述破胶剂为过硫酸铵，也可以选用过硫酸铵胶囊。
一种具有控水功能的自缔合压裂液体系的制备方法，包括如下步骤：
S1、阳离子聚合物的制备：将摩尔比为1～1.5:1的二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)加入溶剂水中，并搅拌混合均匀，使两种单体总质量占所述混合反应液中的质量分数为20～30％，得到混合反应液；室温下向混合反应液中继续加入占二甲基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵总质量的0.05～0.1％的引发剂，在氮气氛围保护下反应25～35min，停止反应，将得到白色的胶状体在65～70℃下烘干、粉碎，即为阳离子聚合物；
阳离子聚合反应式如下：
S2、自缔合压裂液体系制备：现场使用时，将阳离子聚合物和阴离子表面活性剂按照质量比(4～6):(3～5)加入至溶剂水中，搅拌1～2min至完全混合均匀，使二者发生自缔合交联形成交联体系，其中，溶剂水的加入量为所述阳离子聚合物和所述阴离子表面活性剂的总质量的100～150倍；然后加入占所述交联体系总质量的0.04～0.05％的破胶剂。
优选，所述步骤S1中，与所述引发剂同时加入的还包括占所混合反应液总质量3～5％的发泡剂，其可以将整个聚合体系构建成一个水溶液泡沫聚合体系，有效提高合成聚合物的分子量。
优选，所述引发剂为氧化-还原体系引发剂，具体地为过硫酸铵—亚硫酸氢钠引发体系。
优选，一种分子量为150～200万的阳离子聚合物的制备方法：将摩尔比为1～1.5:1的二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)加入溶剂水中，搅拌混合均匀，得到混合反应液，其中，两种单体总质量占混合反应液的质量分数为25～30％；室温下向混合反应液中继续加入占所述混合反应液的总质量的0.05～0.1％的引发剂，在氮气氛围保护下反应25～35min，最终得到白色的胶状体，在65～70℃下烘干、粉碎，即为阳离子聚合物。该分子量为150～200万的阳离子聚合物与相应的阴离子表面活性剂缔合稠化形成交联体系适用于井温＜80℃的井下压裂作业。
优选，一种分子量为200～260万的阳离子聚合物的制备方法：将摩尔比为1～1.5:1的二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)加入溶剂水中，搅拌混合均匀，得到混合反应液，其中，两种单体总质量占混合反应液的质量分数为25～30％；室温下向混合反应液中继续加入占所述混合反应液的总质量的0.05～0.1％的引发剂和占所述混合反应液的总质量的3～5％的发泡剂，在氮气氛围保护下反应25～35min，最终得到白色的胶状体，在65～70℃下烘干、粉碎，即为阳离子聚合物。该分子量为200～260万的阳离子聚合物与相应的阴离子表面活性剂缔合稠化形成交联体系适用于井温为40～180℃的井下压裂作业，且其在井温为80～130℃下的井下压裂作业效果更为显著。
优选，一种分子量为260～300万的阳离子聚合物的制备方法：将摩尔比为1～1.5:1的二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)加入溶剂水中，搅拌混合均匀，得到混合反应液，其中，两种单体总质量占混合反应液的质量分数为20～25％；室温下向混合反应液中继续加入占所述混合反应液的总质量的0.05～0.1％的引发剂和占所混合反应液总质量的3～5％的发泡剂，在氮气氛围保护下反应25～35min，最终得到白色的胶状体，在65～70℃下烘干、粉碎，即为阳离子聚合物。该分子量为260～300万的阳离子聚合物与相应的阴离子表面活性剂缔合稠化形成交联体系适用于井温为130～180℃的井下压裂作业。
此外，经上述步骤S2得到的所述交联体系的冻胶粘度为230～300mPa.S，满足其携带支撑剂的要求。
其中，所述阳离子聚合物作为稠化剂，其聚合物大分子为T型网状结构，支链上具有带有阳离子基团，与作为交联剂的阴离子表面活性剂混合时依靠电荷吸引作用发生自缔合稠化形成交联体系。
所述步骤S2中，所述破胶剂和交联体系的混合现用现配，其具体加入量与下入井下温度和对应破胶时间相关，使破胶后的压裂液为平均分子量8000～10000的小分子阳离子聚合物溶液，能在地层中发生强烈吸附，从而改变地层的润湿性，将地层岩石表面改变成强亲水，增大水的附着力和流动阻力，起到控水降水的作用。
此外，这些小分子阳离子聚合物由于在地层中发生强烈吸附，从而使地层的润湿性变为强亲水，水与岩石的接触角小于30°，能有效防止粘土水化膨胀；相比于其它目前使用的压裂体系：1)不用考虑瓜胶类压裂体系的降解变质问题；2)无需再加入其它辅助化学试剂，即具有良好的防膨特性。
该具有控水功能的自缔合压裂液体系采用阳离子聚合物为稠化剂，阴离子表面活性剂为交联剂，二者交联体系与相应破胶剂作用后，将阳离子聚合物的大分子链段打断，由高分子变成小分子，并形成一定浓度的小分子阳离子聚合物溶液；这种小分子阳离子聚合能在地层中发生强烈吸附，从而改变地层的润湿性，将地层岩石表面改变成强亲水性质，增大水的附着能和流动阻力，起到控水降水的作用；该自缔合压裂液体系制备方法简单，反应条件温和，操作方便，易于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
称取20gDMDAAC(纯度为65％)和20gDMC(纯度为78％)依次加入到60g的去离子水中，搅拌混合均匀，得到混合反应液；室温下向混合反应液中继续加入各0.02g的过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在氮气氛围保护下反应30min，最终得到白色的胶状体，在65～70℃下烘干、粉碎，即为阳离子聚合物；阳离子聚合物的平均分子量为150万；
现场使用时，在每100毫升水中加入0.4g阳离子聚合物，然后加入0.3g的十二烷基苯磺酸，搅拌2分钟形成冻胶，冻胶粘度为236mPa.S；继续加入0.05g过硫酸铵，混合均匀，即得到具有控水功能的自缔合压裂液体系。
将实施例1制备的压裂液体系进行破胶实验，实验结果如下：
可见，实施例1制备的压裂液体系满足井温＜80℃的井下压裂作业要求。
实施例2
称取20gDMDAAC(纯度为65％)和20gDMC(纯度为78％)依次加入到60g的去离子水中，搅拌混合均匀，得到混合反应液；室温下向混合反应液中继续加入各0.02g的过硫酸铵和亚硫酸氢钠和4g的碳酸氢铵，在氮气氛围保护下反应30min，最终得到白色的胶状体，在65～70℃下烘干、粉碎，即为阳离子聚合物；阳离子聚合物的平均分子量为200万；
现场使用时，在每100毫升水中加入0.4g阳离子聚合物，然后加入0.3g的十二烷基苯磺酸，搅拌2分钟形成冻胶，冻胶粘度为240mPa.S；继续加入0.05g过硫酸铵，混合均匀，即得到具有控水功能的自缔合压裂液体系。
将实施例2制备的压裂液体系进行破胶实验，实验结果如下：
可见，实施例2制备的压裂液体系满足适用于井温为40～180℃的井下压裂作业的井下压裂作业要求。
实施例3
称取15gDMDAAC(纯度为65％)和15gDMC(纯度为78％)依次加入到70g的去离子水中，搅拌混合均匀，得到混合反应液；室温下向混合反应液中继续加入各0.01g的过硫酸铵和亚硫酸氢钠和4g的碳酸氢铵，在氮气氛围保护下反应30min，最终得到白色的胶状体，在65～70℃下烘干、粉碎，即为阳离子聚合物；阳离子聚合物的平均分子量为260万；
现场使用时，在每100毫升水中加入0.4g阳离子聚合物，然后加入0.3g的十二烷基苯磺酸，搅拌2分钟形成冻胶，冻胶粘度为250mPa.S；继续加入0.05g过硫酸铵，混合均匀，即得到具有控水功能的自缔合压裂液体系。
将实施例3制备的压裂液体系进行破胶实验，实验结果如下：
可见，实施例3制备的压裂液体系满足适用于井温为130～180℃的井下压裂作业的井下压裂作业要求。
将实施例1～3制备的压裂液体系破胶后的破胶液分别与采集的地层岩石进行充分润湿，进行分组实验，并用接触角测试仪分别测试未润湿的地层岩石和润湿的地层岩石的接触角。经测试，每组实验中，水与润湿后的地层岩石的接触角小于30°，可见，破胶液能够吸附在岩石表面并改变地层的吸附性，有效达到控水降水的作用。
此外，根据SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》对实施例1～3制备的压裂液体系进行评价，经测试，实施例1～3制备的压裂液体系的各项性能均满足SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》对水基压裂液的要求。
实施例4
利用实施例2制备的具有控水功能的自缔合压裂液体系用于阿尔3-26井施工，井层位为K1bt1，油层深度为1840m；阳离子聚合物浓度为0.35％，设计加砂总量为38m3。现场施工排量4.5m3/min，破裂压力为21MPa，实际入地砂量为38.4m3，平均砂比26％。
施工中油压曲线较为平滑，表现出了该压裂液良好抗剪切性及携砂性；根据压降数据，计算得摩阻系数为4.95MPa/1000m，能够大幅降低施工摩阻。压后效果：该井压后日产液20.7吨、油19.2吨(压前产油为0)，含水7.1％(压前含水为100％)，增油降水效果十分明显。
实施例5
利用实施例2制备的具有控水功能的自缔合压裂液体系在陈平15-3井进行了现场施工测验，施工井所在层位为长六层第一段，油层深度为2803m，厚度为10m，射孔深度为2793m，厚度为5.5m，压裂方式为机械分层，阳离子聚合物浓度为0.4％，支撑剂为直径为0.425～0.85mm的中密度陶粒，设计加砂总量为20m3。该井压前日产油0.6t/d，日产液4.2t/d，含水85.7％。压后一个月统计数据，平均液量11.7m3/d，平均日产油8.6t/d，含水12.1％，增油降水效果十分明显。
实施例6
利用实施例2制备的具有控水功能的自缔合压裂液体系在固平44-65井进行了现场施工测验，施工井所在层位为长七第六段，油层深度为2048m，厚度为15.5m，射孔段深度为2038m，厚度为10m，压裂方式为机械分层，稠化剂浓度为0.4％，支撑剂为直径为0.425～0.85mm的中密度陶粒，设计加砂总量为26.6m3。该井压前日产油1.2t/d，日产液15.6t/d，含水92.3％。压后一个月统计数据，平均日产水16.7m3/d，平均日产油33.4t/d，增油降水效果十分明显。

Claims (9)

1.一种具有控水功能的自缔合压裂液体系，其特征在于，包括阳离子聚合物、阴离子表面活性剂、破胶剂和溶剂水；其中，所述阳离子聚合物为二甲基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚物，其分子量为150～300万；所述阴离子表面活性剂为碳数为12～18的烷基苯磺酸；所述阳离子聚合物和阴离子表面活性剂的质量比为(4～6):(3～5)；所述溶剂水的质量为所述阳离子聚合物和所述阴离子表面活性剂的总质量的100～150倍；所述破胶剂占所述阳离子聚合物、所述阴离子表面活性剂和溶剂水的总质量的0.04～0.05％。
2.根据权利要求1所述的具有控水功能的自缔合压裂液体系，其特征在于，所述阳离子聚合物的分子量为200～260万。
3.根据权利要求1所述的具有控水功能的自缔合压裂液体系，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸或十二烷基苯磺酸盐。
4.根据权利要求1所述的具有控水功能的自缔合压裂液体系，其特征在于，所述破胶剂为过硫酸铵。
5.一种具有控水功能的自缔合压裂液体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备分子量为150～300万的阳离子聚合物，所述阳离子聚合物为二甲基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚物；
S2、现场使用时，将阳离子聚合物和阴离子表面活性剂按照质量比(4～6):(3～5)加入一定量的溶剂水中，搅拌1～2min，混合均匀，使二者发生自缔合稠化形成交联体系，其中，溶剂水的加入量为所述阳离子聚合物和所述阴离子表面活性剂的总质量的100～150倍；然后加入占所述交联体系总质量的0.04～0.05％的破胶剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中阳离子聚合物的具体制备方法为：将摩尔比为1～1.5:1的二甲基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵加入溶剂水中，搅拌混合均匀，得到混合反应液，其中，两种单体总质量在所述混合反应液中的质量分数为20～30％；室温下向混合反应液中继续加入占所述混合反应液总质量的0.05～0.1％的引发剂，在氮气保护下反应25～35min后，停止反应；将得到白色胶状体在65～70℃下烘干、粉碎，即为阳离子聚合物。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，与所述引发剂同时加入的还包括占所述混合反应液的总质量3～5％的发泡剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为碳酸氢铵。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵—亚硫酸氢钠引发体系。
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