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CN113480988B - 一种适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂及其制备方法与应用 Download PDF

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CN113480988B CN202110752982.XA CN202110752982A CN113480988B CN 113480988 B CN113480988 B CN 113480988B CN 202110752982 A CN202110752982 A CN 202110752982A CN 113480988 B CN113480988 B CN 113480988B
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Abstract

本发明提供一种适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂及其制备方法与应用，属于油田化学用剂技术领域。本发明以环保、高效为出发点，研制出一种绿色环保、易于降解的两亲聚合物压裂液驱油剂，其制备方法原理可靠，操作简便，制备的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂具有优异的携砂性、强抗剪切性、耐温抗盐性等性能，同时兼有生物相容性和可降解性质，适用性广，可作为优良的低渗致密油藏压裂驱油一体化体系，提高低渗致密油藏开采效率，因此具有良好的实际应用之价值。

Description

一种适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂及其制备方 法与应用
技术领域
本发明属于油田化学用剂技术领域，具体涉及一种适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着现代工业的迅猛发展，对能源的需求量日益剧增，促进了油气藏开采技术的进步。目前，我国常规油气资源的勘探开发己经处在中后期发展阶段，表现出采出程度高、开采难度大等特点，影响了石油工业持续稳定发展。非常规油气藏特别是中低渗透油气资源的储量丰富、分布广泛，对非常规油气资源的密集开发己经成为保障能源供应和安全的重要措施。然而低渗透致密油气藏储层具有孔隙度特低、渗透率特低，非均质性严重、孔喉连通性差、油层分布散乱、地层敏感性强等物性条件极差的特征。为实现非常规油气藏资源的有效开发，采用压裂改造技术这一重要措施来提高油气藏采收率迫在眉睫。
压裂改造技术是将大排量的高粘液体通过高压泵组以远高于储层吸收能力的排量注入地层，当井底压力超过储层破裂压力以及岩石的抗拉强度后，储层被压开，在储层和井筒之间形成裂缝，并且随着压裂液的持续注入逐渐向前延伸，直至压裂液的注入速度和滤失速度达到平衡。随后，注入混有一定量支撑剂的压裂液。支撑剂通过压裂液沿着裂缝缝长的方向运移沉降，在压裂完成后起到支撑裂缝的作用，可以防止返排过程中泵压降低的问题使得裂缝在地层应力作用下出现闭合现象；并且支撑剂的存在使得裂缝具有一定的尺寸，从而导流能力得到提高，大大降低了储层流体流向井筒的流动阻力，达到提高采收率的效果。而在压裂工作中压裂液起着至关重要的作用，其性能好坏直接影响压裂施工成败和增产效果。目前矿场应用最多的压裂液是以胍胶为代表的水基压裂液，该类压裂液虽然增粘效果好，携砂能力强，但是耐温性较差，压裂之后破胶困难，对地层伤害大，并且，压裂改造后形成的裂缝渗透率与基质渗透率相差较大，现场存在“驱油介质注不进，原油采不出”的问题，针对于此，目前解决这一难题的有效办法就是在压裂液进入地层压裂完成后，通过降解作用降解为驱油介质，再进行后续驱油，达到压裂驱油同时完成，即“压裂驱油一体化”。然而，发明人发现，现有用于“压裂驱油一体化”的压裂液仍然现有报道。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂及其制备方法与应用。本发明通过酯化反应生成可降解型单体，其后通过三元共聚反应将其引入聚合物主链，通过添加耐温耐盐型功能单体提高压裂驱油体系抗温抗盐性能。由此构筑的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂体系可以实现两亲聚合物的低效增粘，而且体系与原油之间可以形成低界面张力、乳化性能好，在进入地层之后，通过酯基的生物降解，体系由两亲聚合物转变为聚丙烯酰胺和表面活性剂，同时实现聚合物驱和活性水驱的效果，使其驱油性能与生物可降解性质达到有机统一，适用于现有复杂油藏的压裂作业。
具体的，本发明涉及以下技术方案：
本发明的第一个方面，提供一种适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂，所述可降解压裂液驱油剂其原料包括以下组分：
丙烯酰胺(AM)单体
丙烯酸单体
甜菜碱表面活性剂
阴离子表面活性剂
阳离子表面活性剂
甲基丙烯酸-2-羟基乙酯
交联剂
引发剂。
所述可降解压裂液驱油剂其原料还包括水，如蒸馏水、去离子水等。
本发明制备的适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂实际为一种新型生物可降解两亲聚合物，其主要是利用酯基的生物可降解性。利用甜菜碱表面活性剂与具有羟基的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯通过酯化反应生成阳离子型单体，其后与丙烯酰胺、丙烯酸进行三元共聚，其结构类似于AP-C16，因此可以实现两亲聚合物的低效增粘，也同样可以通过引入甜菜碱单体提高耐盐性能。在进入地层之后，通过酯基的生物降解，可以由两亲聚合物转变为聚丙烯酰胺和甜菜碱表面活性剂，同时实现聚合物驱和活性水驱的效果。
因此，本发明的第二个方面，提供上述适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂的制备方法，所述制备方法包括：
Figure BDA0003145742540000041
具体的，利用甜菜碱表面活性剂与具有羟基的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯通过酯化反应生成阳离子型单体，其后与丙烯酰胺、丙烯酸进行三元共聚反应制得。
本发明的第三个方面，提供上述可降解两亲聚合物压裂液驱油剂在压裂驱油一体化工艺中的应用，所述应用特别适合低渗致密油藏的开采。
本发明的第四个方面，提供一种压裂驱油一体化工艺方法，所述工艺方法包括：将上述可降解两亲聚合物压裂液驱油剂注入到地下，在进入地层之后，通过酯基的生物降解，可以由两亲聚合物转变为聚丙烯酰胺和甜菜碱表面活性剂，同时实现聚合物驱和活性水驱的效果，所述工艺方法特别适合于低渗致密油藏。
以上一个或多个技术方案的有益技术效果：
(1)本发明提出的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂，通过酯基的生物降解，体系可以由两亲聚合物转变为聚丙烯酰胺和甜菜碱表面活性剂，降解后利用降解产物作为驱油剂，同时实现聚合物驱和活性水驱的效果。并且破胶液无需返排，真正实现一剂多用、降低施工成本。
(2)本发明将可降解的疏水单体，引入到聚合物结构主链上，从而增加了所合成压裂体系的可降解功能，将甜菜碱型耐盐单体引入到两亲聚合物主链上增强其耐盐性能，制备出的可降解压裂液驱油体系抗盐性好，作用有效期长，可作为优良的低渗油藏压裂作业用剂，用于提高低渗油层的有效渗透率。其在低渗致密油藏条件下抗剪切性好，压裂效率高，稳定性好，可达到长期有效的压裂效果，因此具有良好的实际应用之价值。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1制备的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂体系的流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
结合具体实例对本发明作进一步的说明，以下实例仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或按照销售公司所推荐的条件；实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过商业途径购买得到。
如前所述，目前，我国新增的储量大多为低渗、特低渗或非常规油气资源，由于储层低渗透性，导致三次采油过程中驱油剂难以注入地层，原油无法采出，油田采收率低。常规水基压裂液存在破胶不完全、对地层伤害大等问题，严重影响压裂作业效果。
而“压裂驱油一体化”技术关键在于如何实现压裂液在地层中降解难题，目前破解这一难题的关键思路是基于天然高分子的生物活性，以天然大分子为主链,引入亲水基团和少量疏水基团，构筑以天然大分子为主链、两亲分子链为支链的压裂液。
基于此，本发明以环保、高效为出发点，研制出一种绿色环保、易于降解的两亲聚合物压裂液驱油剂，其制备方法原理可靠，操作简便，制备的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂具有优异的携砂性、强抗剪切性、耐温抗盐性等性能，同时兼有生物相容性和可降解性质，适用性广，可作为优良的低渗致密油藏压裂驱油一体化体系，提高低渗致密油藏开采效率。本发明先通过酯化反应生成可降解型单体，其后通过三元共聚反应将其引入聚合物主链，通过添加耐温耐盐型功能单体提高压裂驱油体系抗温抗盐性能。由此构筑的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂体系可以实现两亲聚合物的低效增粘，而且体系与原油之间可以形成低界面张力、乳化性能好，在进入地层之后，通过酯基的生物降解，体系由两亲聚合物转变为聚丙烯酰胺和表面活性剂，同时实现聚合物驱和活性水驱的效果，使其驱油性能与生物可降解性质达到有机统一，适用于现有复杂油藏的压裂作业。
本发明的一个典型具体实施方式中，提供一种可降解两亲聚合物压裂液驱油剂，所述可降解压裂液驱油剂其原料包括以下组分：
丙烯酰胺(AM)单体
丙烯酸单体
甜菜碱表面活性剂
阴离子表面活性剂
阳离子表面活性剂
甲基丙烯酸-2-羟基乙酯
交联剂
引发剂。
本发明的又一具体实施方式中，所述可降解两亲聚合物压裂液驱油剂还包括水，如蒸馏水、去离子水等。
本发明的又一具体实施方式中，所述甜菜碱表面活性剂包括：甜菜碱型两性表面活性剂依据官能团种类的不同可以划分为酰胺甜菜碱和烷氧基甜菜碱等，其中比较常见的有烷基甜菜碱型和烷基羟基磷酸甜菜碱型。
本发明的又一具体实施方式中，所述引发剂(诱导单体发生聚合反应)为过硫酸铵、过硫酸钾等。本发明的又一具体实施方式中，所述交联剂(在线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成3维网状结构)包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯等。优选为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
本发明的又一具体实施方式中，还可在上述的适用于低渗致密油藏的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂原料组成基础上添加其他助剂等。
本发明制备的适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂实际为一种新型生物可降解两亲聚合物，其主要是利用酯基的生物可降解性。利用甜菜碱表面活性剂与具有羟基的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯通过酯化反应生成阳离子型单体，其后与丙烯酰胺、丙烯酸进行三元共聚，其结构类似于AP-C16，因此可以实现两亲聚合物的低效增粘，也同样可以通过引入甜菜碱单体提高耐盐性能。在进入地层之后，通过酯基的生物降解，可以由两亲聚合物转变为聚丙烯酰胺和甜菜碱表面活性剂，同时实现聚合物驱和活性水驱的效果。
因此，本发明的又一具体实施方式中，提供上述适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂的制备方法，所述制备方法包括：
Figure BDA0003145742540000091
本发明的又一具体实施方式中，所述制备方法包括采用上述原料进行反应制备得到。
本发明的又一具体实施方式中，利用甜菜碱表面活性剂与具有羟基的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯通过酯化反应生成阳离子型单体，其后与丙烯酰胺、丙烯酸进行三元共聚反应制得。
本发明的又一具体实施方式中，所述方法包括：将所述丙烯酰胺、丙烯酸和上述阳离子单体溶于水中(单体浓度25％)，在室温下通入氮气，升温后加入引发剂(引发剂占单体总质量0.03％)，反应始终处于氮气氛围中，当反应体系变黏稠时停止搅拌，密封并进行共聚反应，反应结束后得到白色透明胶体即得。
本发明的又一具体实施方式中，所述制备方法还包括：将上述胶体在无水乙醇中脱水沉淀，将固体沉淀物干燥后造粒即得。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述可降解两亲聚合物压裂液驱油剂在压裂驱油一体化工艺中的应用。
本发明的又一具体实施方式中，提供一种压裂驱油一体化工艺方法，所述工艺方法包括：将上述可降解两亲聚合物压裂液驱油剂注入到地下，在进入地层之后，通过酯基的生物降解，可以由两亲聚合物转变为聚丙烯酰胺和甜菜碱表面活性剂，同时实现聚合物驱和活性水驱的效果。
以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
第一实施例
一种适用于低渗油藏的可降解单体的制备方法：
利用甜菜碱表面活性剂与具有羟基的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯通过酯化反应生成阳离子型单体。其后与丙烯酰胺、丙烯酸进行三元共聚。
准确称取一定量的丙烯酰胺、丙烯酸、上述阳离子单体溶于一定量的去离子水中(单体浓度25％)，并置于250mL三口烧瓶中。将三口烧瓶置于恒温水浴中，在室温下通入N2半小时除去溶液中氧气。将水浴升温至40℃，用注射器将一定量的引发剂(过硫酸铵)注入(引发剂占单体总质量0.03％)，反应始终处于N2氛围中，当反应体系变黏稠时停止搅拌，将三口烧瓶密封并进行6h的共聚反应，反应结束后得到白色透明胶体。将胶体从三口烧瓶中取出，用剪刀剪成小块，然后浸泡在无水乙醇中脱水沉淀。将固体沉淀物放入真空干燥箱烘干后造粒，最终得到目标产物。
可降解两亲聚合物超分子压裂体系的反应流程图如图1所示。经红外谱图分析，-NH2和-OH的伸缩振动吸收峰位于3120cm-1，-CH-的伸缩振动吸收峰位于2890cm-1,-NH2和-NH-的弯曲振动及-C＝O的伸缩振动吸收峰位于1598cm-1，-C-O-C-的振动吸收峰位于1020cm-1，-CH-的弯曲振动吸收峰位于660cm-1。在3075～3090cm-1区间和900～1000cm-1区间没有峰，表明没有C＝C，产物不含没有聚合的单体。
第二实施例
可降解两亲聚合物超分子压裂体系性能评价
(1)表观粘度
去离子水配制的两亲聚合物超分子压裂液在30℃的表观粘度为325mPa·s,60℃的表观粘度为270mPa·s，粘度保留率为83％。
(2)携砂性能
在30℃到60℃之间，同一携砂比下，随着温度的升高，压裂液的表观黏度降低，石英砂的静态沉降速度加快，携砂性能降低，可见携砂能力与压裂液的表观黏度相关；在同一温度下，随着携砂量的增加，石英砂的静态沉降速率也会加快。
Figure BDA0003145742540000121
(3)耐剪切性能
在30℃下随时间增加，黏度逐渐降低，连续剪切60min后，黏度仍然保持在167mPa·s，按照行业标准：在剪切速率170s-1下连续剪切60min，至少有150m Pa·s，所以满足携砂造缝标准，说明该可降解两亲聚合物超分子压裂液体系抗剪切性能良好。
(4)压裂液的可降解性能
去离子水配制的可降解压裂液溶液，加生物活性酶，静置，在设定的时间间隔测定生物酶作用下的溶液表观粘度，分析发现，生物酶作用后，溶液的表观粘度由初始的325mPa·s下降到31mPa·s，粘度保留率仅为9.5％，表现出良好的可降解特性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (3)

1.一种适用于低渗致密油藏的可降解压裂液驱油剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
Figure 940727DEST_PATH_IMAGE001
；
所述制备方法包括采用原料进行反应制备得到；
利用甜菜碱表面活性剂与具有羟基的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯通过酯化反应生成阳离子型单体，其后与丙烯酰胺、丙烯酸进行三元共聚反应制得；
将所述丙烯酰胺、丙烯酸和上述阳离子单体溶于水中，在室温下通入氮气，升温后加入引发剂，反应始终处于氮气氛围中，当反应体系变黏稠时停止搅拌，密封并进行共聚反应，反应结束后得到白色透明胶体即得；
将上述白色透明胶体在无水乙醇中脱水沉淀，将固体沉淀物干燥后造粒即得。
2.根据权利要求1所述制备方法制得的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂在压裂驱油一体化工艺中的应用。
3.一种压裂驱油一体化工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括：将权利要求1所述的制备方法制备得到的可降解两亲聚合物压裂液驱油剂注入到地下, 在进入地层之后，通过酯基的生物降解，可以由两亲聚合物转变为聚丙烯酰胺衍生物和甜菜碱表面活性剂，同时实现聚合物驱和活性水驱的效果。
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