CN114456794A - 一种丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，由A剂和B剂构成，所述A剂包括以下质量百分比的组分：氧化剂15‑40％，氧化剂稳定剂0.01‑0.1％，余量为水；所述氧化剂为过硫酸盐与次氯酸盐的混合物，或过硫酸盐与过氧化氢的混合物；所述B剂包括以下质量百分比的组分：引发剂7.5‑20％，引发剂稳定剂1‑5％，pH调节剂3‑25％，离子稳定剂10‑30％，强化剂0‑5％，余量为水；所述引发剂为伯胺化合物、氯化亚铜或碘化亚铜中的一种；引发剂稳定剂为葡萄糖酸钠、抗坏血酸钠、盐酸羟胺、硫酸羟胺中的一种。本发明的破胶剂可实现聚合物压裂液快速彻底的破胶，在10‑50℃地层温度下，破胶时间小于2h，满足现场工艺要求。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，尤其是一种能够使丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶的破胶剂。
背景技术
近些年，随着国内非常规油气开发技术的发展，越来越多的致密油气、页岩油气等非常规油气储层得以开发，这些储层自然条件下往往孔渗条件较差，不具备经济的开发价值，通常采用压裂的方式来改善地层渗流条件，提高油气产量。压裂液作为压裂工艺的工作液，其性能决定了压裂改造是否成功，增产是否有效，而致密油气、页岩油气等非常规油气储层以其低渗、低压的特点，对压裂液性能要求较高，聚丙烯酰胺和其改性产物为主的聚合物清洁压裂液具有低伤害、低摩阻、易返排、可使用污水和返排液配置，在线连续配液等特点，取得了良好的应用效果，近些年得到了广泛的应用。
聚丙烯酰胺聚合物压裂液主链由-C-C-键组成，稳定性远高于瓜胶类植物胶压裂液的-C-O-C-键，不易破胶，特别是在低温环境中(50℃以下)，常用过硫酸铵破胶剂分解速率较慢，自由基释放速率较低，因此压裂液难以快速、彻底破胶，易出现压裂液未完全破胶造成的返砂和污染地层的问题，影响压裂改造效果。
在致密油气、页岩油气储层压裂改造中，为减少压裂液对地层的潜在伤害，降低对微孔隙产生堵塞或引发粘土矿物水化膨胀对渗透率造成的影响，通常采用尾追加入破胶剂，压裂后1-2h快速防喷的现场工艺，因此要求压裂液可实现快速彻底的破胶。目前，国内科研人员对压裂液低温破胶技术已经进行了一定研究，也取得了一定成果，现有低温破胶技术虽可实现低温条件破胶，但普遍破胶速度较慢，难以实现现场工艺要求的1-2h内彻底破胶。例如专利CN112745822 A公开的一种聚合物压裂液高效低温破胶剂，其在温度10-20℃需6-8h完全破胶，30-40℃需3-4h可完全破；再如专利CN 113122218A公开的破胶剂，聚丙烯酰胺压裂液40℃需12h完全破胶，45℃需10h完全破胶，50℃需8h完全破胶。因此，现有技术还无法真正实现快速破胶，同时也无法实现返排液及污水配液的低温快速破胶，难以适应压裂技术的发展需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有压裂液破胶剂难以实现快速低温破胶的问题，提供一种能够使丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶的破胶剂。
本发明提供的丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，由A剂和B剂构成。所述A剂包括以下质量百分比的组分：氧化剂15-40％，氧化剂稳定剂0.01-0.1％，余量为水。所述氧化剂为过硫酸盐与次氯酸盐的混合物，或过硫酸盐与过氧化氢的混合物。
所述B剂包括以下质量百分比的组分：引发剂7.5-20％，引发剂稳定剂1-5％，pH调节剂3-25％，离子稳定剂10-30％，强化剂0-5％，余量为水。其中，所述引发剂为伯胺化合物、氯化亚铜或碘化亚铜中的一种。引发剂稳定剂为葡萄糖酸钠、抗坏血酸钠、盐酸羟胺、硫酸羟胺中的一种。
根据使用的低温条件不同，本发明的破胶剂成分上存在差异。
针对35-50℃低温条件，本发明的破胶剂，组分如下：
所述A剂中，氧化剂为过硫酸盐与次氯酸盐按照质量比8:2的混合物，氧化剂稳定剂为乙二胺四乙酸二钠或二乙烯三胺五乙酸五钠。将各成分混合搅拌均匀至完全溶解，得到A剂，避光密封保存。
所述B剂中，引发剂为伯胺化合物，引发剂稳定剂为葡萄糖酸钠或抗坏血酸钠，pH调节剂为柠檬酸，离子稳定剂为氨基三亚甲基膦酸钠或乙二胺四甲叉膦酸五钠。将各成分混合搅拌均匀至溶解，得到B剂，避光密封保存。
在35-50℃地层温度下，利用伯胺化合物的强还原性，大幅降低氧化剂的活化能，提高自由基产生速率，同时氧化剂采用过硫酸盐和次氯酸盐的双氧化组合，提高破胶效果。在此温度区间内，A剂用量为压裂液体积的0.05-0.2％，B剂用量为压裂液体积的0.05-0.2％，可实现清水、污水和返排液配制的丙烯酰胺聚合物压裂液1h内快速彻底破胶，破胶后粘度小于5mPa·s。
针对15-35℃低温条件，本发明的破胶剂，组分如下：
所述A剂中，氧化剂为过氧化物和过硫酸盐按照质量比5：5-7：3的混合物，氧化剂稳定剂采用乙二胺四乙酸二钠。将各成分混合搅拌均匀溶解，得到A剂，避光密封保存。
所述B剂中，引发剂采用氯化亚铜或碘化亚铜，引发剂稳定剂为盐酸羟胺或硫酸羟胺，pH调节剂为氨水和氯化铵，离子稳定剂乙二胺四亚甲基叉膦酸钠或2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸四钠，强化剂为2-氨基乙醇。
B剂的制备方法：首先向含水的反应釜中加入pH调节剂，调节pH至11-12，然后依次引发剂稳定剂、引发剂、离子稳定剂和强化剂，搅拌至溶解均匀，得到B剂，避光密封保存。
在10-35℃地层温度下，利用强化芬顿反应，利用过氧化物与亚铜离子产生羟基自由基，并利用强化剂加速反应，快速分解水中聚合物，同时氧化剂采用过氧化物和过硫酸盐的双氧化组合，提高破胶效果。在此温度区间内，A剂用量为压裂液体积的0.04-0.2％，B剂用量为压裂液体积的0.02-0.1％，可实现清水、污水和返排液配制的丙烯酰胺聚合物压裂液0.5-1h快速彻底破胶，破胶后粘度小于5mPa·s。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
(1)本发明通过改变反应类型和破胶剂用量，可实现10-50℃低温环境中不同配液水质(清水、污水、返排液等)的丙烯酰胺聚合物压裂液的快速破胶，破胶时间小于2h，破胶彻底，粘度符合现场要求，解决了现有技术在低温地层压裂中无法快速返排防喷的问题。
(2)具有产品存储稳定、工艺简单用量少、有利于减少压裂液对地层的潜在伤害，加入离子稳定剂不会产生二次沉淀等优势，有利于提高低温致密油气、页岩油气储层压裂改造效果，迎合了现场工艺需求。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1、现场压裂液(左图)及破胶后效果(右图)对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了在35-50℃地层温度下，一种丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂制备方法和不用水质配液的用量及破胶效果。
A剂配制：依次向反应釜中加入过硫酸钠20％，次氯酸胺8％，二乙烯三胺五乙酸五钠0.01％，加水搅拌溶解均匀。
B剂配制：依次向反应釜中加入二氧化硫脲10％，加入葡萄糖酸钠2.5％，抗坏血酸钠2.5％，柠檬酸3％,氨基三亚甲基膦酸钠10％，加水升温至40℃搅拌溶解均匀。
测试不同水质的压裂液和不同温度的破胶实验数据如表1所示。
表1、不同水质的压裂液和不同温度的破胶实验数据
对比例1
为了说明本发明的A剂和B剂组成的破胶剂的破胶效果，发明人进行了以下对比实验，实验条件同实施例1，不同点是破胶剂不同，对比实验中单独使用实施例1的A剂或、B剂和现场用破胶剂过硫酸铵作为破胶剂，测试破胶效果。测试结果见表2，不同水质的压裂液在35℃的破胶实验数据。
表2、不同水质的压裂液在45℃，不同破胶剂条件下的破胶实验数据
实施例2
本实施例提供了在10-35℃地层温度下，一种丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂制备方法和不用水质配液的用量及破胶效果。
A剂配制：依次向反应釜中加入过氧化氢18％，过硫酸铵12％，二乙烯三胺五乙酸五钠0.01％，加水搅拌溶解均匀。
B剂配制：依次向反应釜中加入氯化铵2.7％,加入氨水22.5％，加水搅拌至溶解，随后依次加入盐酸羟胺2.5％，氯化亚铜5％，2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸四钠15％，2-氨基乙醇5％，搅拌溶解均匀。
测试不用水质压裂液和不同温度的破胶实验数据表3所示。
表3、不用水质压裂液和不同温度的破胶实验数据
对比例2
为了说明本发明的A剂和B剂组成的破胶剂的破胶效果，发明人进行了以下对比实验，实验条件同实施例2，不同点是破胶剂不同。对比实验中单独使用实施例2的A剂、B剂和现场用破胶剂过硫酸铵作为破胶剂，测试破胶效果。测试结果见表4，不同水质的压裂液在30℃的破胶实验数据。
表4、不同水质的压裂液在30℃，不同破胶剂条件下的破胶实验数据
由对比例1和2可以看出，本发明的由A剂和B剂构成的破胶剂的破胶性能显著优于单独使用的A剂、B剂和现场用破胶剂。
实施例3
本实施例给出了一种丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂制备方法的现场应用案例。郭8XX-5位于延安市东部，压裂层位为长6层，油层深度422-424m，地层温度24-25℃，使用临井压裂返排液配液，矿化度2.1w，水型为氯化钙型。
低温破胶剂A剂材料配比为过氧化氢15％，过硫酸钠15％，邻苯二甲酸氢钾0.5％,乙二胺四乙酸二钠0.03％，其余为水。
B剂材料配比为氯化铵2.7％，氨水22.5％，盐酸羟胺2.5％，氯化亚铜5％，2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸四钠7.5％，乙二胺四亚甲基叉膦酸钠7.5％，2-氨基乙醇3％，其余为水。
现场采用1.45％丙烯酰胺聚合物配制压裂液，施工总液量120.5m3，尾追按总液量的0.06％和0.03％的浓度加入破胶剂A剂75kg，B剂37.5kg。现场配液水破胶情况见图1，经测试0.5h后破胶液粘度小于5mPa·s，满足现场要求。压裂结束1小时后，现场实施防喷，返排液破胶彻底，粘度3mPa·s，最终返排率61.5％。该井压裂后投产前6个月，平均产液量1.2m3/d,产油量0.9m3/d，产量稳定，产量大幅高于临近压后的平均产液量0.5m3/d，可见破胶剂效果良好，满足现场工艺要求，可有减少效压裂液在油层滞留时间，降低地层伤害，有助于提高产量。
实施例4
本实施例提供了一种丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂制备方法的现场应用案例。XX丛6位于富县西北部，压裂层位为长7层，油层深度1460-1474m，地层温度42-44℃，采用地表清水配液。
低温破胶剂A剂材料配比为过硫酸铵6％，过硫酸钠6％，次氯酸铵8％，二乙烯三胺五乙酸五钠0.01％，其余为水。
B剂引发剂采用硫脲10％，葡萄糖酸钠5％，乙二胺四甲叉膦酸五钠12.5％，柠檬酸4.5％，其余为水。
现场采用滑溜水+高粘液的压裂工艺，滑溜水采用0.08％丙烯酰胺聚合物配制，高粘液采用0.9％丙烯酰胺聚合物配制，施工总液量808.4m3，其中滑溜水642.4m3，高粘液166m3，追按高粘液的0.03％浓度加入破胶剂A剂50kg，B剂50kg。压裂结束2小时后，现场实施防喷，返排液破胶彻底，粘度4.5mPa·s，破胶剂效果良好，最终返排率63.4％。
综上，本发明的破胶剂可实现聚合物压裂液快速彻底的破胶，在10-50℃地层温度下，破胶时间小于2h，满足现场工艺要求，有利于减少压裂液对地层的潜在伤害，提高压裂改造效果。该破胶剂可用于清水、污水、返排液等不同水质配制的压裂液破胶，适用范围广。破胶剂用量小，破胶活性高，尾追加入工艺简单，有利于降低压裂成本和简化现场施工流程。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，其特征在于，由A剂和B剂构成，所述A剂包括以下质量百分比的组分：氧化剂15-40％，氧化剂稳定剂0.01-0.1％，余量为水；所述氧化剂为过硫酸盐与次氯酸盐的混合物，或过硫酸盐与过氧化氢的混合物；
所述B剂包括以下质量百分比的组分：引发剂7.5-20％，引发剂稳定剂1-5％，pH调节剂3-25％，离子稳定剂10-30％，强化剂0-5％，余量为水；所述引发剂为伯胺化合物、氯化亚铜或碘化亚铜中的一种；引发剂稳定剂为葡萄糖酸钠、抗坏血酸钠、盐酸羟胺、硫酸羟胺中的一种。
2.如权利要求1所述的丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，其特征在于，所述A剂中，氧化剂为过硫酸盐与次氯酸盐的混合物，氧化剂稳定剂为乙二胺四乙酸二钠或二乙烯三胺五乙酸五钠；所述B剂中，引发剂为伯胺化合物，引发剂稳定剂为葡萄糖酸钠或抗坏血酸钠，pH调节剂为柠檬酸，离子稳定剂为氨基三亚甲基膦酸钠或乙二胺四甲叉膦酸五钠。
3.如权利要求2所述的丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸盐与次氯酸盐按照质量比8:2的混合物。
4.如权利要求2或3所述的丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，其特征在于，适用于35-50℃低温条件使用。
5.如权利要求1所述的丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，其特征在于，所述A剂中，氧化剂为过氧化物和过硫酸盐的混合物，氧化剂稳定剂采用乙二胺四乙酸二钠；所述B剂中，引发剂采用氯化亚铜或碘化亚铜，引发剂稳定剂为盐酸羟胺或硫酸羟胺，pH调节剂为氨水和氯化铵，离子稳定剂乙二胺四亚甲基叉膦酸钠或2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸四钠，强化剂为2-氨基乙醇。
6.如权利要求5所述的丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，其特征在于，所述氧化剂为过氧化物和过硫酸盐按照质量比5：5-7：3的混合物。
7.如权利要求5所述的丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，其特征在于，所述B剂的制备方法：首先向含水的反应釜中加入pH调节剂，调节pH至11-12，然后依次引发剂稳定剂、引发剂、离子稳定剂和强化剂，搅拌至溶解均匀，得到B剂，避光密封保存。
8.如权利要求5-7任意一项所述的丙烯酰胺聚合物压裂液快速低温破胶剂，其特征在于，适用于15-35℃低温条件使用。
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