一种低伤害降阻剂及其制备方法、应用与流程

1.本发明涉及油气田开发技术领域，特别是一种低伤害降阻剂及其制备方法、应用。


背景技术：

2.随着油气勘探开发的发展，常规油气储层产量不断下降，非常规储层致密油气、页岩气储层勘探开发快速发展，成为我国目前油气勘探开发的主力储层。我国非常规储层致密油气、页岩气资源丰富，水力压裂技术是提高油气井产能和油藏采收率的主要增产措施之一，是储层增产改造的重要手段，油气资源的开发均须进行大规模压裂才能形成工业产能，实现高效开发。
3.随着非常规油气的开发，以高泵压、大排量、大液量为特点的大规模、超大规模压裂日益增多，但现有水力压裂技术的滑溜水压裂液核心添加剂降阻剂主要存在以下缺点：应用的降阻剂的油相悬浮体系和非油相悬浮体系配方差异较大而无法通用；传统w/o型反相乳液聚丙烯酰胺聚合时表面活性剂用量较大，成本较高，其含有的油相会带来一系列的环保污染，从而存在潜在的环保风险；作为压裂液的重要组成部分的降阻剂，因溶解效果不佳，难以实现在线连续配液，降低摩阻的效果有限，在水马力有限的情况下，难压储层提升排量有限，从而增加对设备的损耗，增大压裂施工难度、影响压裂效果，甚至无法达到压裂施工的目的，最终影响油气井的增产、稳产，不利于非常规储层高压、大排量、超大规模的压裂生产。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种低伤害降阻剂及其制备方法、应用，生成的降阻剂为乳液产品，在不影响正常性能的情况下能够在线配制，提高了高泵注排量下的结构稳定性和降阻性能，利于连续混配施工工艺大规模压裂施工；并且通过细菌产生的气体，让工作液快速返排，从而提高产量。
5.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种低伤害降阻剂，其制备包括下述重量份的原料：溶剂92～97份，降粘剂2～5份，增效剂1～3份，发泡剂1～3 份；其制备后形成乳液。
6.进一步地，溶剂为非油相的醇类溶剂，该醇类溶剂没有特别限定。例如可举出乙醇、聚乙二醇、二乙二醇单甲醚、丙二醇、丙三醇等，可以是其中的一种或多种。
7.需要说明的是，储层的损害，其实质是有效渗透率的下降，包括绝对渗透率下降(渗透空间的改变)、相对渗透率下降。渗透空间改变，包括外来固相侵入、水敏性损害、酸敏性损害、结垢等。相对渗透率的下降，包括水锁、贾敏损害、润湿翻转、乳化堵塞。
8.而采用醇类作为溶剂，相比于水相而言(指水)，不会造成水在储层聚集，不会影响储层油气的排出；由于醇能良好地与油相容，于是具有良好的渗透性，能将降阻剂送入储层的更深处，延伸缝网，沟通远端裂缝，提高液体波及范围及波及体积，增加储层泄流面积，形成较高的导流能力，达到深度改造从而增大储层改造体积，提高油气井产量。相比于油相而
言，醇类溶剂能够大幅度降低表面张力，以及界面压力，从而降低入井工作液的滞留时间及滞留体积，有利于液体的快速返排。相比于水相、油相而言，醇类溶剂对储层具有冲洗作用，利于破胶液的返排。
9.因此本方案采用醇类作为溶剂，即能溶于非油相(在本领域，一般特指水相)又能溶于油相，不会对储层造成损害。
10.进一步地，降粘剂为聚丙烯酸类，该聚丙烯酸类没有特别限定。如聚丙烯酸、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等，可以是其中的一种或多种，也可以是其他聚丙烯酸类物质。
11.进一步地，低伤害降阻剂为丙烯酸聚合物，其分子量为1000万～4000万。丙烯酸聚合物的低伤害降阻剂，其分子量的优选范围为1000万～2000万。更优选地，丙烯酸聚合物的低伤害降阻剂的，分子量范围为1000万～1200万。
12.需要说明的是，流体在流动过程中，当流速较小时，粘性滑溜水呈层状运动，降阻剂分子呈无序排列，降阻作用较小，随着流速的增加，降阻剂分子充分分散，长链沿流动方向自然拉升且呈线性排列，降阻效果明显增大。如果不同部分的流体存在速度差，那么就会在时间上产生滞后或者在空间上扩延，于是形成湍流区域，进而增强运动阻力。因此本方案通过引入聚合物，通过长链高分子(当低伤害降阻剂投入使用后，在整个工作液表现为少量)，那么能够大幅度降低湍流区的运动阻力，从而减缓湍流的发生。从而阻止工作液形成紊流，或者减弱紊流的程度，从而达到降阻的目的。
13.但是，降阻剂的粘度并不是越高越好，降阻剂溶液为非牛顿流体，浓度越大，降阻剂粘度越高，导致流动过程中引起的粘滞阻力越大，降阻效果就会变差，且浓度过高会造成聚合物吸附在储层上，降低储层的渗透率，因此降低粘度。而本方案选用聚丙烯酸类作为降粘剂。由于聚丙烯酸，为丙烯酸单体在水介质中自由基反应聚合而成，并且采用异丙醇作为分子调节剂；除了能够能够降低粘度，还能使分子量分布小范围较窄。从而有效控制，丙烯酸聚合物形成的低伤害降阻剂的分子量情况。让低伤害降阻剂，分子量在小范围内，进而让低伤害降阻剂的性能不会由于配比的不同，形成性能上的大幅度波动。
14.进一步地，增效剂没有特别限定，只要能起到增效效果均可以。例如可举出tween-10、span-60、op-4等，也可以是其中的一种或多种。
15.进一步地，作为优选方案，溶剂为92份，降粘剂为3份，增效剂为2份，发泡剂为2份。
16.一种低伤害降阻剂的制备方法，其制备步骤为：
17.s1、将溶剂置入反应容器中，调整搅拌速率在800～1000r/min后依次加入所述降粘剂、增效剂、发泡剂，添加结束后调节搅拌速率至2000～3000r/min；
18.s2、搅拌30分钟后制备形成乳液成品。
19.一种低伤害降阻剂的应用，包括以下步骤：
20.先向自来水或矿化水中加入0.05～1.0wt％的权利要求1～6的低伤害降阻剂；
21.控制速率为400～1500r/min，搅拌2～5分钟，再泵入地层中。
22.进一步地，作为优选，在矿化水中，其矿化度≤100.0g/l。
23.进一步地，低伤害降阻剂在与矿化水混合过程中，是在压裂施工期间在混砂车供液时通过混砂车添加剂泵加入低伤害降阻剂；
24.在加入低伤害降阻剂的同时，还加入有营养物质、细菌，三者随工作液进入地层；
25.营养物质在地层内被还原菌、铁细菌、腐生菌分解，同时在发泡物质、温度和压力环境下，产生气体；气体让入井工作液的快速返排，提高地层原油、天然气的产量以及产出时间
26.进一步地优选地，细菌选用硫酸盐还原菌、铁细菌、腐生菌；所述的营养物质为单糖、二糖、多糖中的一种或多种糖类物质。
27.需要说明的是，本方案的低伤害降阻剂，其作为降阻的有效组分是作为降粘剂的丙烯酸聚合物。
28.当由于采用醇类作为溶剂，当低伤害降阻剂渗透入储层中后，醇类会带动丙烯酸聚合物进入地层内，丙烯酸聚合物可能吸附在储层上，可能会造成储层的微堵塞；为此，本方案通过引入细菌、相应的营养物质。通过细菌的生长、分解，然后再在发泡剂的作用下，从而产生气体，该气体能避免丙烯酸聚合物造成堵塞；同时产生的气体可增加地层能量，有利于入井工作液的快速返排及地层原油、天然气的产出。
29.此外，由于降粘剂的分子量窄，配制过程中，不会因为分子量大小不均，导致配制后溶液性能产生太多差异性，便于设置生产条件。并且能够实现在线连续混配。
30.本发明具有以下优点：
31.(1)本发明所述的低伤害降阻剂，其非油相溶剂型低伤害降阻剂解决了矿物油对储层的损害，降低了岩心伤害，达到了绿色环保开采的目的；
32.(2)引入的溶剂为醇类物质，不仅可大幅度降低表面张力及界面张力，有利于提高返排率，且醇类物质对储层具有冲洗作用，利于破胶液的返排；
33.(3)通过引入营养物质以及相应细菌，再结合发泡剂，能够使地层细菌产生的氢气、二氧化碳等气体，可在地层水及地层温度、压力下使地层能量增加，有利于入井工作液的快速返排及地层原油、天然气的产出；
34.(4)本发明所述的低伤害降阻剂压裂液体系可直接利用自来水或返排液、地层水等高矿化度水质进行配制，可适用于高矿化度油气藏，简化了压裂工艺，降低了作业成本；
35.本发明低伤害降阻剂在低加量条件下就能达到良好的降阻效果，具有较好的变粘、减阻、抗盐、携砂等性能，可实现在线配制，现场应用简便，具有优异的稳定性，适用范围广；
36.本发明所述的低伤害降阻剂压裂液体系，通过调节低伤害降阻剂的使用量得到具有不同性能的滑溜水或线性胶、交联液体系，实现对不同地层及压裂条件的高效匹配，可一剂多用。
具体实施方式
37.下面对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
38.(实施例1)
39.通过表1中的原料、对应原料的含量，来制备低伤害降阻剂。
40.需要说明的是，表1中乙醇占比为95％也可表示为95份，关键在于各组分比例；其他组分比例类推。
41.表1实施例1原料表
[0042][0043]
制备实施例1对应的低伤害降阻剂时，具有以下步骤：
[0044]
s1，先将乙醇溶剂置于反应容器中，控制搅拌速率在1000r/min；
[0045]
s2、依次加入降粘剂聚丙烯酸、增效剂tween-10，发泡剂甲苯磺酰叠氮，添加结束后调节搅拌速率至2500r/min，搅拌30分钟完成低伤害降阻剂的制备。
[0046]
(实施例2)
[0047]
通过表2中的原料、对应原料的含量，来制备低伤害降阻剂。
[0048]
需要说明的是，表2中的乙醇占比我94％也可表示为94份，关键在于各组分比例，其他组分比例类推。
[0049]
表2实施例2原料表
[0050][0051]
制备实施例2对应的低伤害降阻剂时，具有以下步骤：
[0052]
s1、将溶剂乙醇置入反应容器中，控制搅拌速率在1000r/min；
[0053]
s2、依次加入增效剂聚丙烯酸、增效剂tween-10，发泡剂甲苯磺酰叠氮，添加结束后调节搅拌速率至2500r/min，搅拌30分钟完成低伤害降阻剂的制备。
[0054]
(实施例3)
[0055]
通过表3中的原料、对应原料的含量，来制备低伤害降阻剂。
[0056]
表3实施例3原料表
[0057][0058]
基于实施例3的低伤害降阻剂的制备方法：
[0059]
s1、将溶剂聚乙二醇置入反应容器中，控制搅拌速率在800r/min；
[0060]
s2、依次加入降粘剂聚丙烯酸丁酯、增效剂span-60，发泡剂甲苯磺酰叠氮，添加结束后调节搅拌速率至3000r/min，搅拌30分钟完成低伤害降阻剂的制备。
[0061]
(实施例4)
[0062]
通过表4中的原料、对应原料的含量，来制备低伤害降阻剂。
[0063]
表4实施例4原料表
[0064][0065]
基于实施例4的低伤害降阻剂的制备方法：
[0066]
s1、将溶剂二乙二醇单甲醚置入反应容器中，控制搅拌速率在800r/min；
[0067]
s2、依次加入降粘剂聚丙烯酸丁酯、增效剂span-60，发泡剂硝基胍，添加结束后调节搅拌速率至2000r/min，搅拌30分钟完成低伤害降阻剂的制备。
[0068]
(实施例5)
[0069]
通过表5中的原料、对应原料的含量，来制备低伤害降阻剂。
[0070]
表5实施例5原料表
[0071][0072]
基于实施例5的低伤害降阻剂的制备方法：
[0073]
s1、将溶剂二乙二醇单甲醚置入反应容器中，控制搅拌速率在800r/min；
[0074]
s2、依次加入降粘剂聚丙烯酸甲酯、增效剂span-60、发泡剂硝基胍，添加结束后调节搅拌速率至2500r/min，搅拌30分钟后完成低伤害降阻剂的制备。
[0075]
(实施例6)
[0076]
通过表6中的原料、对应原料的含量，来制备低伤害降阻剂。
[0077]
表6实施例6原料表
[0078][0079]
基于实施例6的低伤害降阻剂的制备方法：
[0080]
s1、将溶剂丙二醇置入反应容器中，控制搅拌速率在800r/min；
[0081]
s2、依次加入降粘剂聚丙烯酸甲酯、增效剂op-4、发泡剂硝基胍，添加结束后调节搅拌速率至2500r/min，搅拌30分钟后完成低伤害降阻剂的制备。
[0082]
(实施例7)
[0083]
通过表7中的原料、对应原料的含量，来制备低伤害降阻剂。
[0084]
表7实施例7原料表
[0085][0086]
基于实施例7的低伤害降阻剂的制备方法：
[0087]
s1、将溶剂丙二醇置入反应容器中，控制搅拌速率在1000r/min；
[0088]
s2、依次加入降粘剂聚甲基丙烯酸甲酯、增效剂op-4、发泡剂碳酸氢钠，添加结束后调节搅拌速率至2500r/min，搅拌30分钟后完成低伤害降阻剂的制备。
[0089]
(实施例8)
[0090]
通过表8中的原料、对应原料的含量，来制备低伤害降阻剂。
[0091]
表8实施例8原料表
[0092][0093]
基于实施例8的低伤害降阻剂的制备方法：
[0094]
s1、将溶剂丙三醇置入反应容器中，控制搅拌速率在1000r/min；
[0095]
s2、依次加入降粘剂聚甲基丙烯酸甲酯、增效剂op-4、发泡剂碳酸氢钠，添加结束后调节搅拌速率至2500r/min，搅拌30分钟后完成低伤害降阻剂的制备。
[0096]
(实验例1)
[0097]
对实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂进行性能测试，实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂依次标记为：样品1、样品2、样品3、样品4、样品5、样品6、样品7、样品8。进行静止稳定性、本体粘度检测。
[0098]
①
静止稳定性
[0099]
测试方法：分别将实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂样品在恒温 25℃静置放置，观察降阻剂样品的外观。检测结果，如表9所示。
[0100]
从表9中可以看出：本发明实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂，在静置30天后后，外观仍为白色乳状液；并且在25℃的温度环境下静置30天后，无分层沉淀。
[0101]
从而可以得知，本产品具有良好的产品稳定性。
[0102]
②
本体粘度
[0103]
测试方法：分别取实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂样品500ml 用六速旋转粘度计测得样品粘度。检测结果，如表9所示。
[0104]
从表9中可以看出，各个样品的本体粘度均适中，不会因为粘度较高导致施工过程中的泵送困难、设备及地面管线流程的堵塞及对储层的堵塞伤害，不会因为粘度小而产生的降阻作用小。
[0105]
表9样品的静止稳定性、本体粘度测试结果表
[0106][0107]
(实验例2)
[0108]
实施例1～实施例8中制得的低伤害降阻剂，采用自来水为溶剂，通过相应的方法配置成对应的溶液样品1～样品8，分别进行表观粘度、溶解性、降阻率、细菌产气能力的检测。
[0109]
①
表观粘度
[0110]
测试方法：取上述自来水配制的样品1～样品8用毛细管粘度计测其运动粘度或六速粘度计测定170s-1下粘度。测试结果，如表10所示。
[0111]
表10样品表观粘度测试结果
[0112][0113][0114]
从表10中可以看出，本发明实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂具有较好的表观粘度，wt％1.0％表观粘度可达110mpa
·
s以上。
[0115]
②
溶解性
[0116]
测试方法：分别在1000ml烧杯中加入500ml自来水，手动搅拌并分别添加0.5ml降阻剂样品1～样品8，记录加入降阻剂后的起粘时间(搅拌时可明显感知到粘度增加的现象，玻璃棒可牵丝)，并观察样品是否溶解完全。测试结果如表11所示。
[0117]
表11样品溶解性能测试结果
[0118]
样品用量(wt％)类型起粘时间(s)溶解状态样品10.05滑溜水10～15均匀液体样品20.05滑溜水10～15少量溶胀胶粒样品30.05滑溜水12～15均匀液体样品40.05滑溜水15～20均匀液体样品50.05滑溜水10～15均匀液体样品60.05滑溜水15～18均匀液体样品70.05滑溜水10～15少量溶胀胶粒样品80.05滑溜水10～15均匀液体
[0119]
从表11中可以看出，本发明实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂具有较好的溶解性能，wt％0.05％均可在20s内拉丝起粘，溶解后液体均匀，不分层。
[0120]
③
降阻率
[0121]
测试方法：降阻率的测试标准按照标准nb/t 14003.2-2016《页岩气压裂液第2部分：降阻剂性能指标及测试方法》中规定的方法进行，降阻剂质量分数为0.1％。测试结果如表12所示。
[0122]
从表12中可以看出，表12样品降阻性能测试结果
[0123]
样品用量(wt％)类型降阻率(％)样品10.1滑溜水75.6样品20.1滑溜水73.4样品30.1滑溜水83.5样品40.1滑溜水74.8样品50.1滑溜水79.8样品60.1滑溜水82.1样品70.1滑溜水80.2样品80.1滑溜水70.6
[0124]
由表12可以看出，本发明实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂具有较好的降阻性能，wt％0.1％降阻率可达83％以上。
[0125]
④
生成气体能力
[0126]
测试方法：分别取实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂样品配制成滑溜水体系并加入糖类营养物质接种硫酸盐还原菌、铁细菌、腐生菌，在生物培养皿中进行发酵试验并用甲基红指示剂检测，若细菌能分解糖类产生气体则会出现气泡，并使培养基的ph值下降至4.4以下，加入甲基红指示剂后变为红色，否则不变色。
[0127]
并且将加入营养物质的低伤害降阻剂滑溜水体系、未加入营养物质的低伤害降阻剂滑溜水体系，进行生成气体实验对比。
[0128]
(1)加入营养物质的低伤害降阻剂滑溜水体系生成气体实验
[0129]
表13样品加入营养物质产生气体情况测试结果
[0130][0131][0132]
(2)未加入营养物质的低伤害降阻剂滑溜水体系生成气体实验
[0133]
表14样品未加入营养物质产生气体情况测试结果
[0134][0135]
从表13、14两组对比试验中可以看出，加入糖类营养物质的低伤害降阻剂滑溜水与硫酸盐还原菌、铁细菌、腐生菌在生化培养皿中进行生化培养后，产生了气泡并使甲基红变红，说明产生了二氧化碳等酸性气体，而未加入营养物质的低伤害降阻剂滑溜水与细菌生化培养并未产生气泡，同时并未使甲基橙指示剂变色，说明加入营养物质可使细菌产生气体，从而增加地层能量，有利于储层天然气、原油等的快速、彻底产出。
[0136]
(3)将加入营养物质的低伤害降阻剂滑溜水体系、未加入营养物质的低伤害降阻剂滑溜水体系，用于油气生产时，对产量的影响。详见表15所示。
[0137]
表15两种不同低伤害降阻剂滑溜水体系，对油气产量的影响
[0138]
从表15实施例1～实施例8中制备的低伤害降阻剂配制的滑溜水体系中加
[0139]
入与不加入营养物质的对比试验可以看出，当滑溜水体系加入一定质量的营养物质时，入井工作液返排率以及天然气产量均有明显提高，说明细菌在营养物质的作用下产生了气体并增加了地层能量从而有利于储层中天然气体的产出，大幅度提高井口产量，同时提高了返排率，缩短了投产时间，降低了试油周期，从而减少了作业成本。
[0140]
上述实施例仅表达了较为优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。