一种高减阻滑溜水及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于到油气开发中低渗致密性砂岩页岩地层气及油井的压裂增产领域，具 体涉及一种低伤害、低成本、高减阻及高返排的工作液体系滑溜水。
【背景技术】
[0002] 在石油开发过程中，压裂求产技术已成为通用的增产作业措施，新近的开发热 点一页岩气由于埋藏深、超低孔低渗、致密连续的地层特点，对压裂技术提出了更为高端的 要求。常规压裂开采中，通常采用瓜胶压裂液，但瓜胶压裂液对低孔低渗的砂岩地层和页岩 地层的改造则效果极差。结合低孔低渗的砂岩地层及页岩地层的特性，往往埋层厚且天然 裂缝发育，无不溶物含量的低粘流体更易进入并有效沟通天然裂缝，从而可形成复杂的网 络裂缝体系，为沟通更大的裂缝及增大泄流面积，则需要尽可能地提高入井流体的排量，排 量提高的同时往往流体与管柱及地层的摩阻会呈几何倍增的方式递增，所以排量与摩阻形 成了一种对立的矛盾；同时由于页岩储层改造规模大，所用液量也大，所以对成本的要求也 极高，过高的成本即使性能满足现场施工要求，也不具备大面积开发推广的价格。
[0003] 目前国内及市面上的减阻剂还处在研发试用阶段，理论及现场应用还在进一步的 摸索与探讨中；新型减阻滑溜水及配套体系的研发与成熟应用将会对国内正在积极开发的 页岩气开米有着极为重大的科研意义。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 为适应低孔低渗致密性的砂岩及页岩地层的地质特性，为非常规油气开采提供一 种新型且有效的增产技术，本发明提供一种滑溜水。
[0006] (二）技术方案
[0007] 本发明所述的滑溜水，包括如下重量份的物质：减阻剂0. 05~0. 2份、助排剂 0. 15~0. 3份、粘土稳定剂0. 2~0. 4份、清水99. 1~99. 6份；所述减阻剂为丙烯酸、丙烯 酰胺与烯丙基磺酸钠聚合而成的聚合物。由于入井液体在地面高压向井下注入的过程中， 在井下金属管具中呈旋涡状湍流状态，在湍流中，流体质点的运动速度随机变化着，形成大 大小小的旋涡，大尺度旋涡从流体中吸收能量发生变形、破碎，向小尺度旋涡转化。小尺度 旋涡又称耗散性旋涡，在粘滞力作用下被减弱、平息。它所携带的部分能量转化为热能而耗 散。在近管壁边层内，由于管壁剪切应力和粘滞力的作用，这种转化更为严重。在减阻剂加 入到管道以后，减阻剂呈连续相分散在流体中，靠本身特有的粘弹性，分子长链顺流向自然 延伸呈流状，其微元直接影响流体微元的运动。来自流体微元的径向作用力作用在减阻剂 微元上，使其发生扭曲，旋转变形。减阻剂分子间的引力抵抗上述作用力反作用于流体微 元，改变流体微元的作用方向和大小，使一部分径向力被转化为顺流向的轴向力，从而减少 了无用功的消耗，宏观上得到了减少摩擦阻力损失的效果。简而言之，减阻剂的引入主要就 是通过改变流体流型，抑制湍流，甚至将湍流向层流转变，减少流动阻力，从而起到降低摩 阻的作用。丙烯酸、丙烯酰胺与烯丙基磺酸钠的聚合后，由于聚合物分子中具有不同的官能 团，具有较好的柔性与粘性，产品的减阻效果更好。
[0008] 本发明中，所述丙烯酸、丙烯酰胺与烯丙基磺酸钠的聚合方法如下：
[0009] 1)在反应釜中，将白油、水和表面活性剂司班-80按质量比6 :4 :0. 2比例混合，搅 拌均匀，制成油包水悬浮液，向所述油包水悬浮液中通氮气，去除悬浮液中的空气，将油包 水悬浮液的温度升高至55~65°C。
[0010] 2)按照物质的量之比0. 5~0. 8 :1~1. 4 :0. 2~0. 5投入聚合单体丙烯酸、丙烯 酰胺与烯丙基磺酸钠，添加引发剂，引发聚合反应；反应过程中通过冷凝装置严格控制反应 温度在55~65°C范围内，反应过程中持续搅拌，反应4~6小时至溶液变为粘稠类半固体， 停止反应，得到丙烯酸、丙烯酰胺与烯丙基磺酸钠的聚合物。
[0011] 本发明中，所述助排剂由阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和小分子醇复配 而成。利用氟碳表面活性剂、阴离子表面活性剂和醇类的协同效应，从而降低体系表界面张 力，提高残液的返排效率，并有良好的驱油效果。由于阴离子表面活性剂本身吸附时同电 荷相斥，分子排列不够紧密，加入非离子表面活性剂后，由于疏水效应及产生的偶极一离子 相互作用，易进入松散的离子表面活性剂吸附层中，减小了同电荷相斥，故分子排列较为紧 密，从而使表面活性提高；小分子量醇尽管其本身甚至不具有表面活性，但它具有类似表面 活性剂的两亲分子结构，易通过疏水效应进入表面活性剂间，导致更紧密的表面分子定向 排列，从而更有效地降低表界面张力。较高的表面活性使得体系具有极低的表界面张力，从 而使得工作液在作业束后，通过大幅度降低地层的毛细管阻力，使得残液便于排出，同时表 面活性剂会在地层岩石表面吸附成膜，超低的界面张力可使接触角θ增大，而令工作液更 易进入油气层，改变地层岩石的亲水亲油平衡，使油珠易于从所吸附的岩石表面剥落，从而 更易从地层中被带出，提高采收率。
[0012] 本发明中，所述阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、小分子醇的物质的量之比 为：10 ~20 :5 ~12 :25 ~35。
[0013] 所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸盐，优选十二烷基苯磺酸铵、十二烷基 苯磺酸钠。根据疏水基长度对表面活性的影响，并参照HLB值与溶解性的关系，选用了十二 烷基苯磺酸盐为阴离子表面活性剂，其中十二烷基磺酸铵的效果最好。
[0014] 本发明中，所述非离子表面活性剂为非离子氟碳表面活性剂。
[0015] 本发明中，所述小分子醇选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇中的一种或几 种。
[0016] 本发明中，所述粘土稳定剂为阳离子单体DMDACC的均聚物。入井流体会使得岩 石结构表面性质发生变化，尤其是相对于各粘土矿物成份而言，会产生各种形式的水化、膨 胀、分散和运移，对储集层的渗透率造成伤害，甚至堵塞孔隙喉道，对作业效果产生极大的 不利影响；常规的无机盐与长链阳离子聚合物粘土稳定剂会因一定的盐效应和与阴离子体 系的不配伍，适用性差，针对粘土构成，采用阳离子活性剂的低分子聚合物。使用阳离子单 体DMDACC的均聚物作为粘土稳定剂，其具有的多核或多官能团能和粘土表面的各交换点 联结，形成单层的聚合物吸附膜，从而稳定地层，且这种表面吸附作用非常强而不可逆，具 有长效性，同时也不存在润湿反转问题，适用范围极广。
[0017] 本发明所述的滑溜水，其组成优选为减阻剂0. 1~0. 2份、助排剂0. 2~0. 3份、 粘土稳定剂0. 2~0. 4份和清水99. 1~99. 5份，所述减阻剂为丙烯酸、丙烯酰胺和烯丙基 磺酸钠的聚合物，所述助排剂为十二烷基苯磺酸铵、非离子氟碳表面活性剂和乙二醇按物 质的量15 :10 :30复配而成，所述粘土稳定剂为阳离子单体DMDACC的均聚物。
[0018] 本发明所述的滑溜水，其组成进一步优选为减阻剂0. 1份、助排剂0. 2份、粘土稳 定剂0. 2份和清水99. 5份，所述减阻剂为丙烯酸、丙烯酰胺和烯丙基磺酸钠的聚合物，所述 助排剂为十二烷基苯磺酸铵、非离子氟碳表面活性剂和乙二醇按物质的量15 :10 :30复配 而成，所述粘土稳定剂为阳离子单体DMDACC的均聚物。
[0019] 本发明所述的重量份可为本领域常用的标准单位，如kg，t等。
[0020] 本发明所述的滑溜水，可在低渗致密性砂岩页岩地层石油和天然气的压裂中应 用。
[0021] (三）有益效果
[0022] 本发明所述的高减阻滑溜水增产技术体系，首先需要各组份间应具有良好的配伍 协同效应而不相互影响，体系中阴、阳、非三种离子共存，但经过充分的优化实验，整体性能 更加完善，甚至由于离子间的相互作用，助排剂的表面活性还有所提高，同时该工作液体系 对配制水质要求不高，在不高于lOOOOOppm的矿化度下性能基本不变，同时通过大量的入 井实验，该工作液不仅低温稳定性好（可防冻至一 30°C )，即使在高温作业中（130°C )仍具 有良好的减阻性能，便于配制，不受环境限制，应用范围较广。而且，本发明所述的滑溜水组 成简单，便于连续配制，更能完美地实现高排量低摩阻的泵入，以实现更大地裂缝沟通能力 及增大泄油面积，同时在入井的同时满足作为入井流体所须具备的基本性能：稳定地层，从 而消除因地层不稳定而引起的工程事故及可能导致的作业失败；体系性能需具备足够低的 表界面张力，对作业后残液的返排及表面活性剂对储层的驱油具有良好的效果，便于改善 地层亲水亲油平衡，便于吸咐油珠的脱落，从而大幅度提高作业效率。
【具体实施方式】
[0023] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0024] 实施例1
[0025] 本实施例涉及一种油气压裂过程中使用的滑溜水，其具体组分如下：
[0026] 清水 99. 5 吨；
[0027] 减阻剂0. 1吨，减阻剂为丙烯酸、丙烯酰胺和烯丙基磺酸钠的聚合物；
[0028] 助排剂0. 2吨，助排剂为十二烷基苯磺酸铵、非离子氟碳表面活性剂和乙二醇按 物质的量15 :10 :30复配而成；
[0029] 粘土稳定剂0. 2吨，粘土稳定剂为阳离子单体DMDACC的均聚物。
[0030] 本实施例中，所述减阻剂的制备步骤如下：
[0031] 1)在反应釜中，将白油、水和司班-80按质量比6 :4 :0. 2比例混合，搅拌均匀，制 成油包水悬浮液，向所述油包水悬浮液中通氮气，去除油包水悬浮液中的空气，将悬浮液的 温度升高至60°C。
[0032] 2)按照物质的量之比0. 7 :1. 2 :0. 3投入聚合单体丙烯酸、丙烯酰胺与烯丙基磺酸 钠，添加引发剂，引发聚合反应；反应过程中通过冷凝装置严格控制反应温度在60°C，反应 过程中持续搅拌，反应4~6小时至溶液变为粘稠类半固体，停止反应，得到丙烯酸、丙烯酰 胺与烯丙基磺酸钠的聚合物。
[0033] 实施例2
[0034] 本实施例涉及一种滑溜水，其具体组分如下：
[0035] 清水 99. 6 吨；
[0036] 减阻剂0. 05吨所述减阻剂为丙烯酸、丙烯酰胺和烯丙基磺酸钠经聚合反应聚合 而成的聚合物，
[0037] 助排剂0. 15吨助排剂为十二烷基苯磺酸钠、非离子氟碳表面活性剂和乙醇按物 质的量10 :5 :25复配而成；
[0038] 粘土稳定剂0. 2吨粘土稳定剂为阳离子单体DMDACC的均聚物。
[0039] 本发实施例中，所述减阻剂的制备步骤如下：
[0040] 1)在反应釜中，将白油、水和司班-80按质量比6 :4 :0. 2比例混合，搅拌均匀，制 成油包水悬浮液，向所述油包水悬浮液中通氮气，去除油包水悬浮液中的空气，将悬浮液的 温度升高至55°C。
[0041] 2)按照物质的量之比0.5:1 :0.2投入聚合单体丙烯酸、丙烯酰胺与烯丙基磺酸 钠，添加引发剂，引发聚合反应；反应过程中通过冷凝装置严格控制反应温度在55°C范围 内，反应过程中持续搅拌，反应4~6小时至溶液变为粘稠类半固体，停止反应，得到丙烯 酸、丙烯酰胺与烯丙基磺酸钠的聚合物。
[0042] 实