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一种高强度 纤维压裂液及其制备方法和应用

阅读：561发布：2024-01-19

专利汇可以提供一种高强度纤维压裂液及其制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于石油开采技术领域，提供了一种高强度纤维压裂液及其制备方法和应用，高强度纤维压裂液包括以下重量份数的物质：水 100份，聚合物稠化剂0.1-0.25份，破胶剂0.01份，降解纤维0.3-1.2份。本发明所用纤维具有良好分散性，可在中低温储层温度条件下完全降解，而低于储层温度不溶解不影响施工，改善压裂液的悬砂性，与其他助剂配伍性良好；具有良好的静/动态携砂性能及流变性能，在50℃，24小时降解率仅为0.15-1.51%，在60℃，24小时降解率达到99.05%。既满足了施工强度要求，又在施工后快速降解。，下面是一种高强度纤维压裂液及其制备方法和应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高强度纤维压裂液，其特征在于，包括以下重量份数的物质：水100份，聚合物稠化剂0.1-0.25份，破胶剂0.01份，降解纤维0.3-1.2份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度纤维压裂液，其特征在于：所述破胶剂为过硫化物与坑坏血酸按照质量比1：0.5-1组成的混合物，所述过硫化物为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
3.根据权利要求1所述的一种高强度纤维压裂液，其特征在于：所述聚合物稠化剂由反相微乳液体系和表面活性剂混合组成，所述表面活性剂质量为反相微乳液体系质量的5-
10%；
所述反相微乳液体系由以下质量百分比的物质反应得到：乳化剂3-5%，溶剂油40-42%，亲油性丙烯基单体1-5%，亲水性丙烯基单体10-20%，水32.5-37.5%，引发剂0.25-0.45%，阻聚剂0.05%。
4.根据权利要求1所述的一种高强度纤维压裂液，其特征在于：所述降解纤维抗拉强度为6-8MPa，密度为1.10-1.25g/cm3，长度为3-5mm，直径为10-20μm。
5.根据权利要求1所述的一种高强度纤维压裂液，其特征在于：所述降解纤维为聚乙烯醇缩醛纤维，具体制备过程如下：（1）在95℃将聚乙烯醇缩醛熔解；（2）61℃卧式纺丝成型；
（3）25℃导辊牵伸；（4）76℃湿热牵伸；（5）105℃干燥1小时；（6）160℃干燥1小时；（7）200℃干燥1小时；（8）235℃干热牵伸；（9）240℃热定型；（10）常温冷却；（11）缠绕，切断，打包。
6.根据权利要求3所述的一种高强度纤维压裂液，其特征在于：所述亲水性丙烯基单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯磺酸钠；
所述表面活性剂为仲烷基磺酸钠、十二烷基硫酸酯钠、仲烷基硫酸酯钠、α-烯基磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠氨基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或椰子油二乙醇酰胺；
所述亲油性丙烯基单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯，所述乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯与聚山梨酯的混合物，所述溶剂油为苯、甲苯、二甲苯、环己烷、环戊烷、石脑油、汽油、煤油、柴油或白油，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
7.根据权利要求3或6所述的一种高强度纤维压裂液，其特征在于：所述聚合物稠化剂的制备方法包括以下步骤：
步骤1）反相微乳液体系的制备：
（1）油相的制备：将配方量的乳化剂、溶剂油加入到反应器中，充分搅拌，溶解分散均匀后形成油相，并在油相中加入配方量的亲油性丙烯基单体；
（2）水相的制备：将配方量的亲水性丙烯基单体溶解于配方量的水中，加入氢氧化钠溶液将体系pH 值调至8-9 形成水相，，所述的氢氧化钠溶液为浓度40% 的氢氧化钠水溶液；
（3）单体聚合工艺：将水相滴入油相中搅拌均匀，在搅拌速度为1000 转/min 的条件下充分乳化30min，随后保持搅拌速度为300 转/min，在通入氮气保护的条件下分次加入配方量的引发剂，保持30℃，反应48h，冷却降温，后加入配方量的阻聚剂，即得到反相微乳液体系；
步骤2）将制备的反相微乳液体系和表面活性剂混合，即得到聚合物稠化剂，表面活性剂用量为反相微乳液体系质量的5-10%。
8.根据权利要求1所述的一种高强度纤维压裂液的制备方法，其特征在于：向100 重量份水中加入0.1-0.25重量份聚合物稠化剂，然后搅拌10-15min，得到聚合物稠化剂水溶液，向聚合物稠化剂水溶液中加入0.01 重量份破胶剂，然后加入0.3-1.2重量份低温降解纤维，搅拌10min，得到高强度纤维压裂液。
9.根据权利要求1所述的一种高强度纤维压裂液的应用，其特征在于：用于中低温储层压裂，所述中低温储层温度低于70℃。

说明书全文

一种高强度纤维压裂液及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种高强度纤维压裂液及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 随着勘探开发的不断深入以及对能源需求的日益增加，压裂改造已成为油气藏增产的重要增产措施。其目的是在设计施工的限度范围内达到最大的裂缝导流能力。压后快速返排可以进一步提高增产效果，而提高压裂液的返排速度和控制支撑剂的回吐却相对矛盾，若压裂液返排速度过快，超过临界出砂流速，将产生支撑剂回吐现象，致使缝口处的导流能力大大降低；若压裂液返排速度过慢，致使返排率降低，将增加压裂液对储层的伤害。为解决这一矛盾，纤维压裂技术应运而生，经现场实践与检验，该类技术是目前压裂施工中控制效果相对较好的方式。同时，纤维还具有提高低粘压裂液携砂能力和加强暂堵转向抗压强度的功效。

[0003] 特种纤维用于油气田是伴随美国“水力压裂+水平井”开发页岩油气资源技术而出现的。该纤维是一种聚乳酸纤维，具有可降解特性。纤维加砂压裂技术从美国进入我国后，业内人士利用维纶的水溶性去替代聚乳酸类纤维的可降解性，并于2010年左右获得成功，近几年呈扩展试用趋势。并在中石化西南油气田分公司、中石油长庆油田辽河油田等应用且效果都比较明显。纤维随着支撑剂进入地层深部，如果降解不彻底，会造成原本细小的储层吼道堵塞，对储层造成伤害。目前大部分纤维材料在高温条件下（85℃以上）降解性能较好，在中低温地层降解性能较差。中国专利（申请公开号：CN 106479475A）发布了一种可低温水解中低温储层压裂用高强度纤维压裂液配制工艺，其在70-75℃降解率为85%以上，在90-95℃降解率为95%以上。仍未解决纤维中低温（70℃以下）降解问题，并且滞留地层的纤维会加重对低渗透油层渗透率的伤害。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种高强度纤维压裂液，高支撑强度、高分散性、对地层适应性强，防止支撑剂回流、提高低粘压裂液携砂能力，降低稠化剂使用，降低对低渗透油层渗透率的伤害。

[0005] 本发明提供的技术方案如下：一种高强度纤维压裂液，包括以下重量份数的物质：水100份，聚合物稠化剂0.1-0.25份，破胶剂0.01份，降解纤维0.3-1.2份。

[0006] 所述破胶剂为过硫化物与坑坏血酸按照质量比1：0.5-1组成的混合物，所述过硫化物为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。

[0007] 所述聚合物稠化剂由反相微乳液体系和表面活性剂混合组成，所述表面活性剂质量为反相微乳液体系质量的5-10%；所述反相微乳液体系由以下质量百分比的物质反应得到：乳化剂3-5%，溶剂油40-42%，亲油性丙烯基单体1-5%，亲水性丙烯基单体10-20%，水32.5-37.5%，引发剂0.25-0.45%，阻聚剂0.05%。

[0008] 所述降解纤维抗拉强度为6-8MPa，密度为1.10-1.25g/cm3，长度为3-5mm，直径为10-20μm。

[0009] 所述降解纤维为聚乙烯醇缩醛纤维，具体制备过程如下：（1）在95℃将聚乙烯醇缩醛熔解；（2）61℃卧式纺丝成型；（3）25℃导辊牵伸；（4）76℃湿热牵伸；（5）105℃干燥1小时；（6）160℃干燥1小时；（7）200℃干燥1小时；（8）235℃干热牵伸；（9）240℃热定型；（10）常温冷却；（11）缠绕，切断，打包。

[0010] 所述亲水性丙烯基单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯磺酸钠；所述表面活性剂为仲烷基磺酸钠、十二烷基硫酸酯钠、仲烷基硫酸酯钠、α-烯基磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠氨基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或椰子油二乙醇酰胺；
所述亲油性丙烯基单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯，所述乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯与聚山梨酯的混合物，所述溶剂油为苯、甲苯、二甲苯、环己烷、环戊烷、石脑油、汽油、煤油、柴油或白油，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

[0011] 所述聚合物稠化剂的制备方法包括以下步骤：步骤1）反相微乳液体系的制备：
（1）油相的制备：将配方量的乳化剂、溶剂油加入到反应器中，充分搅拌，溶解分散均匀后形成油相，并在油相中加入配方量的亲油性丙烯基单体；
（2）水相的制备：将配方量的亲水性丙烯基单体溶解于配方量的水中，加入氢氧化钠溶液将体系pH 值调至8-9 形成水相，，所述的氢氧化钠溶液为浓度40% 的氢氧化钠水溶液；
（3）单体聚合工艺：将水相滴入油相中搅拌均匀，在搅拌速度为1000 转/min 的条件下充分乳化30min，随后保持搅拌速度为300 转/min，在通入氮气保护的条件下分次加入配方量的引发剂，保持30℃，反应48h，冷却降温，后加入配方量的阻聚剂，即得到反相微乳液体系；
步骤2）将制备的反相微乳液体系和表面活性剂混合，即得到聚合物稠化剂，表面活性剂用量为反相微乳液体系质量的5-10%。

[0012] 本发明还提供了一种高强度纤维压裂液的制备方法，向100 重量份水中加入0.1-0.25重量份聚合物稠化剂，然后搅拌10-15min，得到聚合物稠化剂水溶液，向聚合物稠化剂水溶液中加入0.01 重量份破胶剂，然后加入0.3-1.2重量份低温降解纤维，搅拌10min，得到高强度纤维压裂液。

[0013] 一种高强度纤维压裂液的应用，用于中低温储层压裂，所述中低温储层温度低于70℃。

[0014] 本发明的有益效果是：本发明所用纤维具有良好分散性，可在中低温储层温度条件下完全降解，而低于储层温度不溶解不影响施工，改善压裂液的悬砂性，与其他助剂配伍性良好；具有良好的静/动态携砂性能及流变性能，在50℃，24小时降解率仅为0.15-1.51%，在60℃，24小时降解率达到99.05%。既满足了施工强度要求，又在施工后快速降解。

[0015] 下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

[0016] 图1是中低温储层压裂时用无纤维压裂液的流变曲线；图2是中低温储层压裂用高强度纤维压裂液（0.5份降解纤维）的流变曲线；
图3是不同纤维添加量压裂液的静态悬砂实验图。

具体实施方式

[0017] 本发明提供了一种高强度纤维压裂液，包括以下重量份数的物质：水100份，聚合物稠化剂0.1-0.25份，破胶剂0.01份，降解纤维0.3-1.2份。

[0018] 实施例1：本实施例提供了一种高强度纤维压裂液，包括以下重量份数的物质：水100份，聚合物稠化剂0.1份，破胶剂0.01份，降解纤维0.3份。

[0019] 制备过程为：搅拌条件下，向100 重量份水中加入0.1 聚合物稠化剂，然后搅拌20min，得到聚合物稠化剂水溶液；在搅拌条件下，向上述聚合物稠化剂水溶液中加入0.01量份破胶剂，得到聚合物压裂液；向上述聚合物压裂液中加入0.3 重量份降解纤维，搅拌混合均匀，得到高强度纤维压裂液。

[0020] 在本实施例中，降解纤维为聚乙烯醇缩醛纤维( 抗拉强度6MPa，真实密度为1.10g/cm3，长度为3mm，直径为10μm)；破胶剂为过硫酸铵-抗坏血酸（质量比1:0.5）。

[0021] 聚乙烯醇缩醛纤维具体制备过程如下：（1）在95℃将聚乙烯醇缩醛熔解；（2）61℃卧式纺丝成型；（3）25℃导辊牵伸；（4）76℃湿热牵伸；（5）105℃干燥1小时；（6）160℃干燥1小时；（7）200℃干燥1小时；（8）235℃干热牵伸；（9）240℃热定型；（10）常温冷却；（11）缠绕，切断，打包。

[0022] 所述聚合物稠化剂由反相微乳液体系和表面活性剂混合组成，所述表面活性剂质量为反相微乳液体系质量的5-10%；所述反相微乳液体系由以下质量百分比的物质反应得到：乳化剂3-5%，溶剂油40-42%，亲油性丙烯基单体1-5%，亲水性丙烯基单体10-20%，水32.5-37.5%，引发剂0.25-0.45%，阻聚剂0.05%。

[0023] 所述聚合物稠化剂的制备方法包括以下步骤：步骤1）反相微乳液体系的制备：
（1）油相的制备：将配方量的乳化剂、溶剂油加入到反应器中，充分搅拌，溶解分散均匀后形成油相，并在油相中加入配方量的亲油性丙烯基单体；
（2）水相的制备：将配方量的亲水性丙烯基单体溶解于配方量的水中，加入氢氧化钠溶液将体系pH 值调至8-9 形成水相，，所述的氢氧化钠溶液为浓度40% 的氢氧化钠水溶液；
（3）单体聚合工艺：将水相滴入油相中搅拌均匀，在搅拌速度为1000 转/min 的条件下充分乳化30min，随后保持搅拌速度为300 转/min，在通入氮气保护的条件下分次加入配方量的引发剂，保持30℃，反应48h，冷却降温，后加入配方量的阻聚剂，即得到反相微乳液体系；
步骤2）将制备的反相微乳液体系和表面活性剂混合，即得到聚合物稠化剂，表面活性剂用量为反相微乳液体系质量的5-10%。

[0024] 所述表面活性剂为仲烷基磺酸钠、十二烷基硫酸酯钠、仲烷基硫酸酯钠、α-烯基磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠氨基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或椰子油二乙醇酰胺。

[0025] 所述亲水性丙烯基单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯磺酸钠；所述亲油性丙烯基单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯，所述乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯与聚山梨酯的混合物，所述溶剂油为苯、甲苯、二甲苯、环己烷、环戊烷、石脑油、汽油、煤油、柴油或白油，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

[0026] 实施例2：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高强度纤维压裂液，包括以下重量份数的物质：水100份，聚合物稠化剂0.2份，破胶剂0.01份，降解纤维0.5份。

[0027] 制备过程为：搅拌条件下，向100 重量份水中加入0.2 聚合物稠化剂，然后搅拌20min，得到聚合物稠化剂水溶液；在搅拌条件下，向上述聚合物稠化剂水溶液中加入0.01量份破胶剂，得到聚合物压裂液；向上述聚合物压裂液中加入0.5重量份降解纤维，搅拌混合均匀，得到高强度纤维压裂液。

[0028] 在本实施例中，降解纤维为聚乙烯醇缩醛纤维( 抗拉强度6MPa，真实密度为1.10g/cm3，长度为3mm，直径为10μm)，制备过程见实施例1；破胶剂为过硫酸铵-抗坏血酸（质量比1:1）。

[0029] 聚合物稠化剂的制备过程见实施例1。其中，表面活性剂质量为反相微乳液体系质量的5%；反相微乳液体系由以下质量百分比的物质反应得到：乳化剂3%，溶剂油40%，亲油性丙烯基单体3%，亲水性丙烯基单体17%，水32.7%，引发剂0.25%，阻聚剂0.05%。

[0030] 表面活性剂为仲烷基磺酸钠，亲水性丙烯基单体为丙烯酰胺，亲油性丙烯基单体为丙烯酸甲酯，乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯与聚山梨酯的混合物，溶剂油为苯，引发剂为过硫酸铵。

[0031] 实施例3：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高强度纤维压裂液，包括以下重量份数的物质：水100份，聚合物稠化剂0.1份，破胶剂0.01份，降解纤维1.2份。

[0032] 制备过程为：搅拌条件下，向100 重量份水中加入0.1聚合物稠化剂，然后搅拌20min，得到聚合物稠化剂水溶液；在搅拌条件下，向上述聚合物稠化剂水溶液中加入0.01量份破胶剂，得到聚合物压裂液；向上述聚合物压裂液中加入1.2重量份降解纤维，搅拌混合均匀，得到高强度纤维压裂液。

[0033] 在本实施例中，降解纤维为聚乙烯醇缩醛纤维( 抗拉强度6MPa，真实密度为1.10g/cm3，长度为3mm，直径为10μm)，制备过程见实施例1；破胶剂为过硫酸铵-抗坏血酸（质量比1:0.5）。

[0034] 聚合物稠化剂的制备过程见实施例1。其中，表面活性剂质量为反相微乳液体系质量的10%；反相微乳液体系由以下质量百分比的物质反应得到：乳化剂5%，溶剂油42%，亲油性丙烯基单体5%，亲水性丙烯基单体10%，水37.5%，引发剂0.45%，阻聚剂0.05%。

[0035] 所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，亲水性丙烯基单体为甲基丙烯酰胺，亲油性丙烯基单体为甲基丙烯酸甲酯，乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯与聚山梨酯的混合物，溶剂油为白油，引发剂为过硫酸钾。

[0036] 实施例4：在前述实施例的基础上，本实施例提供了一种高强度纤维压裂液的应用，用于中低温储层压裂，所述中低温储层温度低于70℃。

[0037] 对降解纤维（聚乙烯醇缩醛纤维）降解性能进行评价。评价结果见表1。

[0038] 表1由表1可知，聚乙烯醇缩醛纤维在50℃，24小时降解率仅为0.15-1.51%，在60℃，24小时降解率达到99.05%。既满足了施工强度要求，又在施工后快速降解。

[0039] 对降解纤维（聚乙烯醇缩醛纤维）分散性能进行评价。

[0040] 分散性评价方法：1000mL聚合物稠化剂溶液，加入30g纤维样品，在300rpm机械搅拌2min，放置2h后，倒出顶部100mL记为1#样品，倒出400mL，再倒出100mL记为2#样品，倒出200mL，再倒出最后100mL记为3#样品。将1#、2#、3#样品置入离心机中，3000rpm，离心30min，弃去上层清液，将样品105℃干燥至恒重。

[0041] 表2由表2可知，纤维试验管中各层段纤维分布均匀，分散性好，满足现场施工需求。

[0042] 图2、图1分别是储层压裂用高强度纤维压裂液和无纤维压裂液的流变曲线对比。结论是，高强度纤维压裂液可以明显改善压裂液的悬砂性，具有良好的流变性能。

[0043] 图3是不同纤维添加量压裂液的静态悬砂实验图，图中从左至右降解纤维的添加量依次为0%， 0.5%，0.8%，1.1%，1.4%，实验结果表明，高强度纤维压裂液具有良好的静/动态携砂性能。其中，降解纤维的添加量是指降解纤维占水的质量百分比。

[0044] 以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，此处不再一一详细说明。

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