降阻劑、包含該降阻劑的降阻水及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于氣井壓裂增產(chǎn)中的降阻劑、包含該降阻劑的降阻水及其應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 頁巖氣、致密氣等非常規(guī)儲層（非常規(guī)儲層、非常規(guī)氣井是近年興起的一種說法， 主要是指滲透率低的儲層及氣井）已經(jīng)成為油氣勘探開發(fā)的熱點，實踐表明，在致密砂巖、 頁巖氣藏等非常規(guī)氣井開發(fā)中需進(jìn)行大規(guī)模、高排量的體積壓裂才能實現(xiàn)效益開發(fā)。在 美國，體積壓裂是頁巖氣藏的主要增產(chǎn)方式，典型水平井體積壓裂的施工液量在20000~ 30000m 3。在四川長寧-威遠(yuǎn)國家級頁巖氣示范區(qū)，一口直井壓裂施工液量也在1500~ 2500m3,水平井20000~30000m 3。施工排量10~14m3/min。采用常規(guī)壓裂液體系摩阻高， 成本高，對儲層的傷害大，難以滿足非常規(guī)儲層效益開發(fā)的要求，因此在非常規(guī)儲層的開發(fā) 中通常采用降阻水壓裂液進(jìn)行增產(chǎn)作業(yè)，其中降阻水又稱為滑溜水。
[0003] US2009/0318313 Al公開了一種滑溜水配方，由水、聚丙酰胺、穩(wěn)定過氧破膠劑、 殺菌劑、粘土穩(wěn)定劑構(gòu)成，聚丙酰胺濃度為0. 001 %~5 %，聚丙酰胺的分子量I X IO3~ 2 X 107,甚至更高，過氧類破膠劑濃度為0. 001 %~20 %。
[0004] 中國專利文獻(xiàn)CN102516975A和CN103275691A公開了一種可回收降阻水配方，該 配方的重點是解決降阻水速溶、可回收。
[0005] 中國專利文獻(xiàn)CN103045226A公開了一種降阻劑及其制備方法和使用該降阻劑的 降阻水壓裂液及其制備方法。
[0006] 以上現(xiàn)有技術(shù)解決了降阻水配方、速溶及降阻水回收重復(fù)利用的問題，但缺點在 于：壓裂施工后殘留的降阻水中高分子量的降阻劑無法降解，會對儲層造成一定傷害。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 發(fā)明目的
[0008] 本發(fā)明的一個目的是提供一種降阻劑，降阻效果好，且可降解、對儲層無傷害。
[0009] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種包含上述降阻劑的降阻水，該降阻水應(yīng)用于非常 規(guī)氣井時降阻率高，且對儲層無傷害。
[0010] 本發(fā)明另一個目的是提供上述降阻水在非常規(guī)氣井體積壓裂施工中的應(yīng)用。
[0011] 本發(fā)明中，所述非常規(guī)氣井是指滲透率小于〇. ImD(毫達(dá)西）的氣井。
[0012] 發(fā)明概述
[0013] 所述降阻劑，由丙烯酰胺、酯類單體A和陽離子單體B按1~4) :0. 5: (0. 5~1) 的摩爾比經(jīng)反相乳液聚合無規(guī)共聚得到，其中所述酯類單體A為甲基丙烯酸和/或丙烯酸 與丙三醇的酯化物，結(jié)構(gòu)式為
[0014]
[0015]其中，RU R2 為 H 或-CH3;
[0016] 所述陽離子單體B為烯丙基三甲基氯化銨或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，所 得共聚物的粘均分子量為5X IO5~8X 105。
[0017] 優(yōu)選的丙烯酰胺、酯類單體A和陽離子單體B的摩爾比為（1~2) :0. 5: (0. 5~ 1)。
[0018] 優(yōu)選的反相乳液聚合條件為：反應(yīng)溫度為63~65°C，反應(yīng)時間為4~5h，引發(fā)劑 為偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（以下簡稱V50)。
[0019] 上述反相乳液聚合反應(yīng)所得直接產(chǎn)物為丙烯酰胺與酯類單體A、陽離子單體B的 三元共聚物乳液，其中有效成分的質(zhì)量百分比濃度為25%~40%。所述有效成分的質(zhì)量百 分比濃度根據(jù)加入的單體總質(zhì)量和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率相乘得到，所述反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的測試方法為： 稱取反應(yīng)后的乳液加入到無水乙醇或丙酮中，充分沉淀后后取固體烘干稱量，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率 為烘干的質(zhì)量與反應(yīng)加入單體總質(zhì)量之比。所述共聚物乳液可以直接作為降阻劑乳液進(jìn)行 應(yīng)用，也可以提純其中的有效成分后再進(jìn)行應(yīng)用。在溫度高于70°C時，降阻劑的酯結(jié)構(gòu)分 解，從而降解成小分子，對儲層無傷害，巖心滲透率恢復(fù)率高，同時降阻效果好，包含該降阻 劑的降阻水降阻率達(dá)73 %~78 %。
[0020] 所述降阻水，包含上述的降阻劑。優(yōu)選所述降阻水的組成按重量百分比包含
[0021] 降阻劑乳液 0· 02 %~0· 08 %
[0022] 攜砂劑 0.5%~1%
[0023] 其中，所述降阻劑乳液包含上述的降阻劑，有效成分濃度為25 %~40 %，所述攜 砂劑為聚乳酸纖維和/或酯類纖維，所述聚乳酸纖維的纖維長度為5-12mm，所述聚乳酸纖 維的降解溫度為70-120°C ;所述酯類纖維的纖維長度為5-12mm，所述酯類纖維的降解溫度 為70-120°C。更優(yōu)選所述酯類纖維為乳酸乙酯纖維、乙酸乙酯纖維、乙酸甲酯纖維中的至少 一種。
[0024] 作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的降阻水組成按重量百分比為
[0025] 降阻劑乳液 0.02% ~ 0.08% 攜砂劑 0.5% ~ 1% 助排劑 0.1% ~ 0.5% 防膨劑 0.1% ~ 0.4% 殺菌劑 0.05% ~ 0.1%
[0026] 余量為水。
[0027] 優(yōu)選所述降阻劑乳液的質(zhì)量百分比為0· 02%~0· 05%。
[0028] 所述助排劑、防膨劑、殺菌劑可按常規(guī)用量選用本領(lǐng)域常用物質(zhì)。
[0029] 作為優(yōu)選方案，所述助排劑的質(zhì)量百分比組成為：
[0030] C7-C8聚氧乙烯型氟碳表面活性劑 0.5 % ~ 1.5% 乙二醇丁醚 0.5% ~1% C7 - C9月旨脈醇- 2 % ~5% C7-C9月旨肪醇聚氧乙烯醚 8 % ~ 13 %
[0031] 余量為水。
[0032] 所述C7-C8聚氧乙烯型氟碳表面活性劑優(yōu)選為FC - 1010,所述C7-C9脂肪醇聚氧 乙烯醚優(yōu)選為平平加〇 - 20。
[0033] 所述防膨劑優(yōu)選為季銨鹽類防膨劑。更優(yōu)選為氯化銨和/或四甲基氯化銨。
[0034] 所述殺菌劑優(yōu)選為戊二醛和/或棉隆。
[0035] 降阻水體系采用常規(guī)方法配置。室內(nèi)配制該降阻水體系時，采用混調(diào)器，先將降阻 劑加入混調(diào)器中，攪拌速度800r/min-1000r/min，然后加入助排劑，防膨劑、殺菌劑，待整個 體系攪拌均勻后，緩慢加入攜砂劑，初始IOs攪拌速度lOOOr/min，然后勻速降低到SOOr/ min，加入到水中攪拌20-60s，降阻水體系均勻。
[0036] 上述降阻水可用于非常規(guī)氣井體積壓裂施工。
[0037] 本發(fā)明的效果是
[0038] (1)采用攜砂劑后，在降阻水中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，顯著降低了支撐劑的沉降速度，提 高了降阻水的攜砂性能；
[0039] (2)攜砂劑在裂縫中可降解返排出地面，壓裂后不影響裂縫的導(dǎo)流能力，對儲層無 傷害；
[0040] (3)攜砂劑與本發(fā)明優(yōu)選的降阻水中其它添加劑具有優(yōu)異的配伍性能，不影響降 阻水的降阻性能；
[0041] (4)降阻水返排液經(jīng)處理后可重復(fù)利用；
[0042] (5)降阻水降阻率高，降阻率73% -78%，在溫度高于70°C時，降阻劑降解成小分 子，對儲層無傷害，巖心滲透率恢復(fù)率高；
[0043] (6)降阻劑可以應(yīng)用于礦化度小于等于2X 105mg/L的高礦化度水中。
【附圖說明】
[0044] 圖1是實施例1體積壓裂返排液處理后配制的降阻水與新配制降阻水降阻性能對 比圖。
【具體實施方式】
[0045] 以下將通過具體實施例來進(jìn)一步地說明本發(fā)明。
[0046] 以下實施例中所涉及測試方法和處理方法如下：
[0047] 粘均分子量測試方法：參照GB/T 265-88試驗方法，測得液體的運動粘度，然后經(jīng) 計算得到分子量。本方法是在某一恒定的溫度下，測定一定體積的液體在重力下流過一個 標(biāo)定好的玻璃毛細(xì)管粘度計的時間，粘度計的毛細(xì)管常數(shù)與流動時間的乘積，即為該溫度 下測定液體的運動粘度。
[0048] 運動粘度測試方法：參照GB/T 10247粘度測量方法，測得液體的運動粘度，測試 溫度30°C。
[0049] 靜態(tài)沉砂測定方法是按配方將配制好的降阻水放置于靜態(tài)沉砂管中，待靜態(tài)沉砂 管中的降阻水升溫到95°C后，加入40-70目的秉陽陶粒支撐劑，記錄Imin支撐劑的沉降距 離得出沉降速度。
[0050] 降阻率測定方法：根據(jù)中國專利ZL01320092441X《一種壓裂液管路摩阻測定裝置》 所述裝置和方法進(jìn)行以下測試：在循環(huán)儲液罐中加入測試所需量的清水，緩慢調(diào)節(jié)動力泵 的轉(zhuǎn)速，使整個測試管路充滿測試液體。打開溫控加熱系統(tǒng)，設(shè)定測試溫度，調(diào)整動力泵轉(zhuǎn) 速達(dá)到設(shè)定線速度或雷諾數(shù)，待液體流量計上的排量和溫度檢測器上的溫度讀數(shù)穩(wěn)定后， 從計算機(jī)讀取該線速度或雷諾數(shù)下清水的壓差。然后按照相同程序測試降阻水流經(jīng)該管 路的壓差。測試溫度可以采用室溫或降阻水使用溫度，實驗時管路內(nèi)徑> 8mm，室內(nèi)線速度 彡10m/s (雷諾數(shù)彡80000,剪切速率彡10000)。根據(jù)SY/T5107-2005《水基壓裂液性能評 價方法》計算得到降阻率。
[0051] 巖心滲透率恢復(fù)率測試方法：參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T5107-2005《水基壓裂液性能評價》。
[0052] 返排液處理方法：返排液從井口出來后，進(jìn)入調(diào)節(jié)池中，根據(jù)需要可在調(diào)節(jié)池中預(yù) 先加入pH調(diào)節(jié)劑，殺菌劑等。接著進(jìn)入反應(yīng)罐利用化學(xué)沉淀法去除返排液中的高價金屬陽 離子（鈣、鎂、鐵等），然后用絮凝方法使沉淀物和懸浮固體成團(tuán)、快速沉降。再過濾分離返 排液中的懸浮固體和水相。過濾后的返排液存放在儲水罐中，經(jīng)檢測若對降阻水性能無影 響，無結(jié)垢趨勢可直接回用。
[0053] 以下實施例中所用原料的廠家與型號如下：
[0054] 二甲基丙烯酸甘油酯：上海紫一試劑廠，純度90%
[0055] 脂肪醇聚氧乙烯醚平平加〇 - 20 :購自江蘇海安石油化工廠
[0056] 辛醇：購自齊魯石化
[0057] 氟碳表面活性劑FC-1010 :購自青島科默化學(xué)有限公司
[0058] EDTA二鈉（乙二胺四乙酸二鈉）：成都市科隆化工試劑廠，分析純
[0059] 引發(fā)劑V50 :國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純
[0060] Span-80 (失水山梨醇單油酸酯）：成都市科隆化工試劑廠，分析純
[0061] Span-85 (失水山梨醇三油酸酯）：浙江省龍游縣聚興糧油醫(yī)藥化工有限公司
[0062] 〔實施例1〕
[0063] 以參與反相乳液聚合的原料總質(zhì)量為基準(zhǔn)，按以下具體步驟合成降阻劑乳液：
[0064] 1)水相的配制：將40. 17g二甲基丙烯酸甘油酯、47. 73g烯丙基三甲基氯化銨、25g 丙烯酰胺溶解于蒸餾水水中，并加入〇. 15gEDTA二鈉，乳化前加入0. 045g引發(fā)劑V50,溶解 均勻。
[0065] 2)油相的配制：稱取質(zhì)量比20 %的白油64g和乳化劑Span-80 (4 %，12. 8g)、 span85 (I %，3. 2g)。
[0066] 3)乳化：在通精氮（即純度為99. 99%的氮氣）條件下滴加水相，滴加時攪拌速度 2000r/min，滴加時間為65-75min。滴加完畢后再攪拌30min。
[0067] 4)反應(yīng)：控制升溫速度，升溫到63~65 °C，反應(yīng)4~5h停止反應(yīng)。
[0068] 取495. 125ml蒸饋水置于1000 ml容積的混調(diào)器中，依次加入0· 3