一种页岩气压裂用滑溜水及其制备方法.pdf

本发明提供一种页岩气压裂用滑溜水，所述滑溜水由降阻剂0.03～0.2wt%、粘土稳定剂0.3～1.0wt%、助排剂0.3～1.0wt%、氯化钾0.5～2.0wt%、杀菌剂0.05～1.0wt%和余量为水组成。具体地，本发明所述降阻剂为丙烯酰胺系共聚物，它以丙烯酰胺为主体结构单元、添加离子型结构单元和功能性单体共聚而得。所述降阻剂的粘均相对分子质量为400～600万，特性粘数为1300～1600mL·g-1。本发明的滑溜水体系溶解速度快，分散均匀，现场应用时可使用连续混配或使用在线混配装置配液，以满足页岩气藏高排量大液量压裂施工的技术要求。

权利要求书
1.  一种页岩气压裂用滑溜水，所述滑溜水由降阻剂0.03～0.2wt%、粘土稳定剂0.3～1.0wt%、助排剂0.3～1.0wt%、氯化钾0.5～2.0wt%、杀菌剂0.05～1.0wt%和余量为水组成。

2.  根据权利要求1所述的滑溜水，其特征在于，降阻剂为0.03wt%、粘土稳定剂为0.3wt%、助排剂为0.3wt%、氯化钾为1.0wt%、杀菌剂为0.05wt%。

3.  根据权利要求1或2所述的滑溜水，其特征在于，所述降阻剂为丙烯酰胺系共聚物，它以丙烯酰胺为主体结构单元、添加离子型结构单元和功能性单体共聚而得。

4.  根据权利要求3所述的滑溜水，其特征在于，所述降阻剂的粘均相对分子质量为400～600万，特性粘数为1300～1600mL·g-1。

5.  根据权利要求3所述的滑溜水，其特征在于，所述离子型结构单元为选自2-丙烯酰胺基二甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸和2-丙烯酰胺基十六烷基磺酸中的一种或多种，所述功能性单体为选自偶氮二异丁基脒二盐酸盐、二乙二醇单乙烯基醚、丙烯酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。

6.  根据权利要求1或2所述的滑溜水，其特征在于，所述粘土稳定剂为选自聚N-羟甲基丙烯酰胺、聚异丙醇基二甲基氯化铵、丙烯酰胺与丙烯酸乙酯三甲基氯化铵的共聚物、环氧氯丙烷和二甲胺的共聚物中的一种或多种。

7.  根据权利要求1或2所述的滑溜水，其特征在于，所述助排剂为选自非离子型氟碳类表面活性剂、阴离子型氟碳类表面活性剂、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种。

8.  根据权利要求1或2所述的滑溜水，其特征在于，所述杀菌剂为选自甲醛、乙二醛、季铵盐类中的一种或多种；优选所述季铵盐类为十二烷基三甲基氯化铵。

9.  根据权利要求1～8中任意一项所述的滑溜水，其特征在于，所述降阻剂为干粉型降阻剂，且所述降阻剂是通过液相聚合获得。

10.  一种如权利要求1～9中任意一项所述滑溜水的制备方法，包括先在水中加入氯化钾并搅拌使之溶解，再在其中加入降阻剂并搅拌使之溶解，后加入粘土稳定剂、助排剂和杀菌剂并搅拌使之溶解，即得到所述滑溜水。

说明书一种页岩气压裂用滑溜水及其制备方法
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体涉及页岩气大型压裂改造所用滑溜水压裂液的配方组成、配制方法和主要性能评价。
背景技术
国内常规石油天然气资源量有限，页岩气等非常规油气资源必将成为其替代能源。随着国内页岩气开发力度的不断加大，滑溜水压裂技术必将快速发展，滑溜水压裂液体系中添加剂的研发和优选优化、体系性能的评价等研究都将快速深入推进。
美国页岩气的有效开发，改变了世界能源的格局。页岩气资源的勘探开发是我国“十二五”关注的重点，也是研究热点之一，国内许多研究机构对页岩气的研究正在逐步展开。
“滑溜水压裂液”的概念是由美国研究人员提出的，最初是由Halliburton、Schlumberger和Messina公司针对德克萨斯州东部的Barnett页岩地区共同开发的一种新型压裂液。滑溜水压裂定义是“为了获得商业价值，使用大量水和少量添加剂作为压裂液以形成一定几何形态和导流能力的裂缝的一种压裂方法”。采用滑溜水压裂可使压裂费用较常规大型水力压裂减少65%。
页岩气藏的独特性、气藏类型和岩石的敏感程度都与普通砂岩气差异性很大，其特殊的地质条件决定了常规的开发技术无法直接适用于页岩气藏的生产。页岩气藏能够成功开发的关键在于水平井大型压裂技术的进步，滑溜水是页岩气藏压裂常用的压裂液。
降阻剂是滑溜水中最重要的添加剂，其性能的好坏对页岩气压裂的成败有直接影响，它通过降低摩擦阻力，在相同泵压下增加流速，从而提高泵车的泵入压力和注入速率。降阻剂一般有阳离子型、阴离子型和非离子型。美国Barnett页岩地区的聚丙烯酰胺型降阻剂的降阻率一般为50～70%。
我国页岩气压裂还处于探索阶段，初期所使用的滑溜水压裂液主要是国外石油服务公司提供的技术，国内性能优良的滑溜水体系报道还较少，尤其是适合于页岩气压裂的降阻剂、粘土稳定剂、表面活性剂等添加剂的研发和评价刚刚起步。常规压裂液所使用的粘土稳定剂、表面活性剂等添加剂不完全适合于页岩压裂，需要开展针对性研究进行筛选评价。
国外公司提供的滑溜水存在如下问题：首先是与国内地层的适应性研究较少，不论添加了何种添加剂，对地层有无伤害拿来就用；其次是国外页岩气埋藏相对较浅，压裂设备先进，对管柱摩阻损耗关心少，而我国页岩气埋藏较深，管柱摩阻损耗很大，滑溜水的降摩阻性能对压裂影响较大；另外国外液体材料费用高，加大了压裂综合成本，因此需要针对国内页岩气藏重点区域开展滑溜水压裂液体系的适应性研究。
目前国内现场所用滑溜水体系存在降阻率偏低、携砂性能差、高分子添加剂在地层吸附量大而造成较大伤害等问题，需要开发对压裂目的层配伍性好的高降阻率滑溜水体系，在相同作业规模的前提下，降阻剂用量降低，降低滑溜水压裂液的成本。
在山区或丘陵地带的页岩气井压裂施工时，由于运输不便，粉剂添加剂比液态添加剂更具优势，本发明所用降阻剂即为干粉型添加剂。
发明内容
发明提供一种适应国内页岩气藏地质特征的低成本低伤害滑溜水配方体系，添加剂运输方便，溶解速度快，降摩阻率高、对页岩岩石伤害低，现场使用方便，为页岩气压裂高排量大液量施工提供技术支撑。
因此，本发明提供一种页岩气压裂用滑溜水，所述滑溜水由降阻剂0.03～0.2wt%、粘土稳定剂0.3～1.0wt%、助排剂0.3～1.0wt%、氯化钾0.5～2.0wt%、杀菌剂0.05～1.0wt%和余量为水组成。
优选的，所述滑溜水中降阻剂为0.03wt%、粘土稳定剂为0.3wt%、助排剂为0.3wt%、氯化钾为1.0wt%、杀菌剂为0.05wt%。
在本发明的一个具体实施方式中，所述降阻剂为丙烯酰胺系共聚物，它以丙烯酰胺为主体结构单元、添加离子型结构单元和功能性单体共聚而得。其中，所述离子型结构单元为选自2-丙烯酰胺基二甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸和2-丙烯酰胺基十六烷基磺酸中的一种或多种；所述功能性单体为选自偶氮二异丁基脒二盐酸盐、二乙二醇单乙烯基醚、丙烯酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。所述降阻剂的粘均相对分子质量为400～600万，特性粘数为1300～1600mL·g-1。
本发明中使用的降阻剂优选为申请人在在先申请中公开的：一种滑溜水压裂用丙烯酰胺系降阻剂及其制备方法和应用（201210265047.1）、一种滑溜水压裂用丙烯酰胺系降阻剂及其制备方法和应用（201210265039.7）、一种滑溜水压裂用丙烯酰胺系降阻剂及其制备方法和应用（201210265032.5）、一种丙烯酰胺系三元共聚物及其制备方法和应用（201210265136.6）、一种丙烯酰胺系共聚物及其制备方法和应用（201210421047.6）、一种滑溜水压裂用丙烯酰胺系降阻剂及其制备方法和应用（201210422133.9）、一种滑溜水压裂用丙烯酰胺系降阻剂及其制备方法和应用（201210421155.3）、一种滑溜水压裂用丙烯酰胺系降阻剂及其制备方法和应用（201210420912.5）、一种滑溜水压裂用丙烯酰胺系降阻剂及其制备方法和应用（201210421124.8）、一种丙烯酰胺系三元共聚物及其制备方法和应用（201210409930.3），在上述十项专利申请中，只要其内容与本申请中的内容不相冲突，则这十项申请均以引用的方式并入本发明中。
在本发明的一个具体实施方式中，所述粘土稳定剂为选自聚N-羟甲基丙烯酰胺、聚异丙醇基二甲基氯化铵、丙烯酰胺与丙烯酸乙酯三甲基氯化铵的共聚物、环氧氯丙烷和二甲 胺的共聚物中的一种或多种。
在本发明的一个具体实施方式中，所述助排剂为选自非离子型氟碳类表面活性剂、阴离子型氟碳类表面活性剂、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种。
所述氯化钾为工业品KCl。
在本发明的一个具体实施方式中，所述杀菌剂为选自甲醛、乙二醛、季铵盐类中的一种或多种；优选所述季铵盐类为十二烷基三甲基氯化铵。
所述水既可为清水，也可为湖水、河水，还可为经有效处理的压裂液返排液。
在本发明的一个具体实施方式中，所述降阻剂为干粉型降阻剂，且所述降阻剂是通过液相聚合获得。
本发明的滑溜水压裂液具有降阻率高、高表面活性、对页岩气藏岩心伤害小、低成本、现场配制方便等特点，既能满足大液量压裂施工需求又适合页岩气藏的特点，对提高我国页岩气开发具有重要的技术推进作用。
本发明还提供一种上述滑溜水的制备方法，包括先在水中加入氯化钾并搅拌使之溶解，再在其中加入降阻剂并搅拌使之溶解，后加入粘土稳定剂、助排剂和杀菌剂并搅拌使之溶解，即得到所述滑溜水。
发明的效果：1）所述的干粉型降阻剂溶解速度快，溶解时间小于5min，适用于现场连续混配装置配液，满足大液量或超大液量滑溜水速配的需要；2）降阻剂的分子量适中，粘均相对分子质量400-600万，对页岩岩石吸附小，伤害低，压裂后的返排液可循环利用；3）本发明的滑溜水体系成本低，运输方便，对于山区或丘陵地带等交通不便的页岩气井施工具有运输优势，还可实现页岩气压裂用滑溜水低成本的技术要求。
具体实施方式
1、滑溜水组成：降阻剂占0.03%，粘土稳定剂占0.3%，助排剂占0.3%，氯化钾占1.0%，杀菌剂占0.05%。所述降阻剂为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基二甲基丙磺酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸的共聚物，它属于阴离子型聚丙烯酰胺类降阻剂，其粘均相对分子质量为560万，特性粘数为1490mL·g-1；所述粘土稳定剂为以环氧氯丙烷、二甲胺和乙二胺聚合合成的季铵盐型阳离子共聚物；所述助排剂为阴离子氟碳表面活性剂和甲醇的水溶液；所述杀菌剂为甲醛。
2、滑溜水配制：
按照上述组成，称量好所需清水，准确称量并记录各添加剂种类及用量。
先加入氯化钾：在搅拌条件下加入KCl固体粉末，搅拌2min使之完全溶解；再加入降阻剂：在搅拌条件下加入干粉型降阻剂，充分搅拌5min使之完全溶解；后加入其它添加剂：按照配方设计加入液态粘土稳定剂、助排剂和杀菌剂，搅拌3min使之充分溶解，停止搅拌，配制完毕。
3、滑溜水压裂液性能检测：
1）稳定性实验：
将配制好的滑溜水放置在室温（23℃）下，分别在2小时、4小时、6小时、8小时、12小时、24小时和48小时观察液体的变化情况，实验结果显示所配制的滑溜水一直为均匀液体，无分层、无悬浮、无絮凝、无沉淀现象，说明液体的稳定性好，放置2天不影响使用。
2）热稳定性实验：
将配制好的滑溜水放置在75℃的水浴锅中，分别在2小时、4小时、6小时和8小时观察滑溜水的变化情况，实验结果显示所配制的滑溜水一直为均匀液体，无沉淀物、无絮状物、无分层现象，说明液体的热稳定性好。
3）降阻性能：
使用管式摩阻测定仪测试本发明中的滑溜水溶液在室温下、直径为15mm的直管中、不同流速下的压降，并与相同流速下的清水压降进行对比，确定“剪切速率和降阻率之间的关系曲线”并将实验结果列于表1。
表1

表1实验结果表明：在平均流速为8.29（m/s）条件下，滑溜水的降阻率为65.81%。说明本发明中以干粉型降阻剂配制的滑溜水的降阻率高，降摩阻效果好，可以满足大液量压裂液在8-20m3/min的高排量下施工的要求。
4）表面活性性能：
使用K100界面张力仪测得滑溜水体系的表面张力为23.61mN/m，界面张力为1.18mN/m；使用动态接触角仪测得滑溜水体系的接触角为69°。说明本发明中的滑溜水具有高表面活性，有助于压裂施工后的快速返排，降低压裂液对超低渗致密页岩储层的伤害。
5）防膨性能：
使用页岩膨胀仪评价滑溜水对2口页岩岩心的防膨性能，结果显示防膨率大于80%，说明本发明中的滑溜水具有很好的防膨效果，可防止压裂过程中粘土矿物膨胀和微粒运移对页岩气藏的伤害。
6）动态伤害性能：
使用压裂液伤害评价仪测定滑溜水体系对页岩岩心基质渗透率的损害实验，实验按石油天然气行业标准SY/T5107-2005《水基压裂液性能评价方法》中压裂液滤液对岩心基质渗透率损害实验执行。实验结果表明滑溜水对页岩岩心的平均伤害率为9.46%。说明本发明中滑溜水对页岩气藏岩心伤害小。
4、滑溜水压裂液的现场应用：
本发明的滑溜水添加剂性价比高，干粉型降阻剂运输方便，溶解速度快，分散均匀，现场应用时可使用连续混配或在线混配装置配液，可满足页岩气藏大排量大液量压裂施工的技术要求。