[發明專利]壓裂液降阻劑及其應用

在審

• 申請號: 201610806145.X
• 申請日: 2016-09-06
• 公開（公告）號: CN107794028A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 吳欣悅;張衛東;李應成;沙鷗;鮑新寧;張立;何立
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: C09K8/68
• 分類號: C09K8/68
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及壓裂液降阻劑及其應用。

背景技術

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態為主要存在方式的天然氣聚集。根據頁巖氣可采資源底數和開采潛力，頁巖氣已成為繼致密砂巖氣和煤層氣之后的第三種重要的資源。頁巖氣儲層具有滲透率極低的特點，90％以上的頁巖氣井需要采取壓裂等增產措施溝通天然裂縫，實現經濟開采的重要因素之一就是裂縫的發育程度。美國是最早開發頁巖氣的國家，我國與美國在頁巖氣地質條件上具有許多相似之處，頁巖氣富集地質條件優越，具有與相當可觀的頁巖氣資源開發潛力。頁巖氣開采技術主要包括水平井分段壓裂技術、重復壓裂技術、同步壓裂技術和清水壓裂技術等，這些技術不斷提高著頁巖氣井的產量。清水壓裂是指應用在清水中加入降阻劑、活性劑、防膨劑或線性膠等作為工作液進行的壓裂作業。清水壓裂具有成本低、傷害低以及能夠深度解堵等優點。清水壓裂很少需要清理，基本上不存在殘渣傷害問題，且可提供更長的裂縫，并將壓裂支撐劑運到遠至裂縫網絡。該技術自1997年在美國首次成功使用以來，已發展成為頁巖氣開發的一個重要手段。

油層水力壓裂的過程是在地面采用高壓大排量的泵，利用液體傳壓的原理，將具有一定粘度的壓裂液，以大于油層的吸收能力的壓力向油層注入，并使井筒內壓力逐漸升高，從而在井底憋起高壓，當此壓力大于井壁附近的地應力和地層巖石的抗張強度時，便在井底附近地層產生裂縫：繼續注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑，關井后裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地層內形成具有一定幾何尺寸和高導流能力的填砂裂縫，達到增產增注的目的。壓裂液的用量大，而且需要經過地下長距離的傳輸，因此需要耗費巨大的能量。在頁巖氣壓裂過程中，隨著排量的提高，工作液在管線中的摩擦阻力將成倍地增加，使施工的泵壓大部分消耗在克服管路摩阻上，實際作用于產層用于壓開產層的壓力不大；又因摩阻增大，排量難于提高，裂縫很難向前延伸，達不到形成縫網的目的。所以降低壓裂液在管線及地層的摩阻是提高排量、提高液體效率的有效途徑。降阻劑的加入可以大大降低壓裂液體系的摩阻，這樣在同樣的泵壓下，壓裂液就可以傳輸的更快、更遠，能夠降低能耗，從而產生經濟效益。

根據降阻劑的作用原理可以將水基降阻劑可分為高柔性高分子和粘彈性表面活性劑兩種。高分子量高柔性線性高分子主要包括聚丙烯酰銨類聚合物、羥丙基瓜膠等植物膠高分子以及纖維素類高分子。高分子聚合物可以在流體當中自由伸展，抑制流體分子在湍流區發生的分子碰撞而產生的能量損耗，達到降阻的目的。高分子聚合物降阻劑的優點在于使用濃度低，較低濃度就可以實現降阻目的。專利US 4637418A報道了采用含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)結構的高分子聚合物與醇類復配，可形成一種壓裂液降阻劑。但這類降阻劑的缺點在于在高分子在高剪切速率下容易斷裂而使分子量下降，甚至失去降阻功能，這種降解是永久的，不可逆的。此外，高分子聚合物降阻劑另一個缺點在于容易吸附到儲層壁面上，改變儲層的潤濕性，造成水鎖傷害。粘彈性表面活性劑降阻劑主要包括季銨鹽類陽離子表面活性劑、甜菜堿兩性離子表面活性劑等。其作用機理為當表面活性劑濃度達到一定值時，在管道剪切作用下，溶液中形成了粘彈性網狀結構，可以將湍流漩渦中的一部分動能儲存起來，減少漩渦動能損耗，達到降阻目的，隨著剪切速率的提高，這種粘彈性網狀結構還可以增強，提高降阻效果。表面活性劑降阻劑的優點主要體現在以下三個方面：一是降阻性能優良；二是表面活性劑不會發生剪切降解而導致降阻作用消失；三是可以降低壓裂液的表面張力，抑制水鎖傷害。因此粘彈性表面活性劑降阻劑體系有良好的應用前景，越來越受到人們的重視。

CN101528889A提供了烷基三甲基氯化銨與聚合物或單體促進劑復配形成的油田懸浮降阻劑流體；US4534875公開了采用十六烷基三甲基氫氧化銨和水楊酸鈉按照適當比例復配可形成粘彈性表面活性劑；專利CN104370753A報道了N-烷基-N,N-二甲基乙二胺與水楊酸鈉、順丁烯二酸酐復配形成粘彈性溶液；專利CN102151514A介紹了長鏈烷基二羥乙基雙子季銨鹽混合物的合成方法和其作為循環水管道減阻節能劑的應用。但是上述產品用于壓裂液普遍存在適用溫度范圍窄、適用流速范圍窄，降阻率低的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中含降阻劑的壓裂液組合物降阻率低的問題，提供一種適用于頁巖氣藏的壓裂液降阻劑。該降阻劑用于頁巖氣開采過程中，具有降阻效率高的特點。

本發明所要解決的技術問題之二是提供一種與解決技術問題之一相對應的壓裂液降阻劑的制備方法。