滑溜水(页岩及压裂用减阻剂)

2015 年第44 卷第1 期・121・石油化工PETROCHEMICAL TECHNOLOGY页岩气是指蕴藏于页岩层中的天然气。

与常规天然气相比，页岩气储集层的孔隙度仅为4%～5%，渗透率低（小于1×10-3 μm 2），大多数页岩气井需通过压裂等增产措施提高储层导流能力才能具有工业开采价值［1］。

压裂液是指压裂改造过程中的工作液，起传递压力、形成地层裂缝和携带支撑剂进入裂缝的作用。

压裂液由高压泵注增压后通过管柱高速泵入地层，但在高速泵注下，压裂液在管内流动时会出现严重的紊流现象，压裂液与管壁水溶性减阻剂在页岩气滑溜水压裂中的应用进展张文龙，伊 卓，杜 凯，祝纶宇，刘 希，林蔚然（中国石化 北京化工研究院，北京 100013）［摘要］ 滑溜水压裂是致密页岩气开采主要采用的增产手段，水溶性减阻剂是滑溜水压裂液中用于降低流体在管道输送过程中所受阻力的化学试剂。

介绍了减阻剂的减阻机理，综述了水溶性减阻剂在页岩气滑溜水压裂领域应用的研究进展，包括生物基多糖减阻剂、聚氧化乙烯减阻剂和聚丙烯酰胺类减阻剂在页岩气压裂领域应用的研究现状。

对水溶性减阻剂的应用前景进行了展望，减阻性能好、对储层伤害低、环境友好和成本较低廉的减阻剂是未来研究的重点。

［关键词］ 水溶性减阻剂；页岩气；滑溜水压裂［文章编号］ 1000 - 8144（2015）01 - 0121 - 06 ［中图分类号］ TE 357.12 ［文献标志码］ A进 展 与 述 评间存在较大的摩擦阻力［2］，这种摩擦阻力会限制流体在管道中的流动，造成管道输量降低和能量消耗增加。

高聚物减阻是指在湍流状态下的流体中加入少量高分子聚合物使流体的流动阻力下降［3］。

河流中的淤泥、水藻和水生动物的分泌物均有不同程度的减阻作用［4］，也可利用化学添加剂作减阻剂。

Toms ［5］将少量的聚甲基丙烯酸甲酯溶于氯苯中，使湍流的摩擦阻力降低了50%，因此高聚物减阻又称为Toms 效应。

滑溜水压裂液体系中减阻剂的优选张颖;余维初;吴军;胡传炯;丁飞;银伟【摘要】滑溜水压裂液体系是针对页岩气开发而发展起来的一种新型压裂液体系,其中的最核心助剂是减阻剂,它可以有效地降低施工过程中的摩阻,提高压裂效率与页岩气井产能,降低储层改造的生产成本.针对目前页岩气井现场压裂施工工艺要求,对减阻剂分散性能、减阻性能、返排液重复利用性能、生物毒性等性能进行评价,优选出J HFR-2纳米复合液体减阻剂.该减阻剂具有黏度低、高效速溶、适用于返排液、无生物毒性、可以实现自动化泵入、降低工人的劳动强度、节约生产成本的优点.【期刊名称】《石油天然气学报》【年(卷),期】2015(037)009【总页数】3页(P53-55)【关键词】滑溜水;减阻剂;高效速溶;返排水;无毒【作者】张颖;余维初;吴军;胡传炯;丁飞;银伟【作者单位】长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州 434023;长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州 434023;非常规油气湖北省协同创新中心,湖北武汉 430100;非常规油气湖北省协同创新中心,湖北武汉430100;非常规油气湖北省协同创新中心,湖北武汉430100;长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州 434023;中原石油工程井下特种作业公司,河南濮阳457001【正文语种】中文【中图分类】TE357.12页岩储层具有低孔、低渗的特点,其储量丰度低,开采难度大,一般无自然工业产量。

为了实现页岩气的高效开发,主要核心技术就是水平井钻井技术与水平井分段压裂技术。

水力压裂是通过在地层产生诱导应力,改变原始地应力的分布,最终形成网状裂缝,从而提高产能。

水力压裂的关键是选用合适的压裂液,页岩气开发多选用滑溜水压裂液体系[1～3]。

减阻剂是滑溜水压裂液体系中的最核心的组成部分,它的性能尤为重要,但目前国内使用的减阻剂在应用过程中存在着诸多问题,如溶解困难,生物毒性强,抗盐、抗钙性能低,在返排液中减阻性能差等[4]。

consider the effect of the viscosity term on the calculation of the Reynolds number. Based on the indoor and outdoor data sets, the recommended non-Newtonian fluid model coefficients are adjusted, and the calculation software suitable for field engineering parameters is formed.This paper can be used as a reference for the experimental study of slickwater and the study of model. It is of great significance to the field application of drag reduction agent.Key Words：Slickwater Fracturing Fluid；Drag Reduction Rate；Friction Resistance；Evaluation Experiment；Prediction Model目录硕士学位论文独创性声明 (I)硕士学位论文版权使用授权书 (I)摘要............................................................................................................. I I ABSTRACT....................................................................................................... I II 第1章绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 减阻现象与高聚物减阻机理 (2)1.2.2 减阻性能影响因素概述 (3)1.2.3 减阻实验装置 (4)1.2.4 减阻实验测试评价方法 (7)1.2.5 井筒摩阻计算模型和方法 (8)1.3 主要研究内容和技术路线 (9)1.3.1 研究内容 (9)1.3.2 技术路线 (10)第2章滑溜水减阻评价实验装置与测试方法 (11)2.1 减阻剂室内环路评价原理 (11)2.2 减阻剂室内环路测试装置 (12)2.3 室内实验管径的率定 (15)2.3.1 管径率定的重要性 (16)2.3.2 管径率定原则及结果 (16)2.4 基本实验准备与测试方法 (18)2.4.1 试剂、材料、仪表与设备 (18)2.4.2 液样配制与准备 (19)2.4.3 测试方法 (19)2.5 本章小结 (20)第3章滑溜水压裂液减阻性能影响因素 (21)3.1 评价用减阻剂的确定 (21)3.2 变排量对DR800减阻的影响 (22)3.3 变化管径的影响 (25)3.4 减阻性能流动参数的细化选择 (28)3.4.1 控制流速剪切 (29)3.4.2 控制雷诺数剪切 (31)3.4.3 控制剪切速率剪切 (33)3.4.4 流动参数选择评价与建议 (35)3.5 浓度的影响 (36)3.6 温度的影响 (39)3.7 本章小结 (40)第4章摩阻模型研究 (42)4.1 清水摩阻对比与优选 (42)4.1.1 清水摩阻模型介绍 (42)4.1.2 清水摩阻模型优选 (43)4.2 滑溜水减阻预测模型的对比分析 (44)4.2.1 主流速度降阻比法 (45)4.2.2 阻力速度法 (46)4.2.3 改良Virk渐近线法 (47)4.2.4 非牛顿流体模型 (48)4.2.5 Hoyt尺度放大法 (50)4.2.6 滑溜水预测模型小结 (50)第5章现场施工与模型调整 (52)5.1 现场压裂与数据采集 (52)5.2 模型预测比对与调整完善 (55)5.3 摩阻计算软件展示 (58)5.4 本章小结 (59)第6章结论与建议 (60)参考文献 (62)致谢 (67)第1章绪论1.1 研究目的及意义21世纪，美国兴起的“页岩气革命”使其实现了能源自给，并深刻的改变了国际能源格局。

页岩气藏滑溜水压裂用降阻剂性能影响因素研究陈鹏飞唐永帆刘友权吴文刚孙川张亚东龙顺敏(中国石油西南油气田公司天然气研究院摘要“大排量、大液量”体积压裂日益成为页岩气藏开发的有效方式,降阻性能是体积压裂液体关键性能,直接决定了体积压裂的成败。

研究了剪切速率、线速度、雷诺数、降阻剂相对分子质量、降阻剂质量分数与降阻性能的关系,水质对降阻性能的影响。

结果表明,模拟现场降阻性能时,采用剪切速率相似原则并不能完全有效地评价滑溜水降阻性能,建议依据线速度、雷诺数相似模拟;降阻剂结构相似,有效浓度一致时,相对分子质量越大降阻性能越好,但高相对分子质量降阻剂耐剪切、溶解等性能差;降阻剂质量分数提高,降阻性能提高,但质量分数增加到一定值时,降阻性能提高较小,降阻剂质量分数低于一定值时耐剪切性能差;水质对降阻剂性能有影响,矿化度高时,阳离子降阻剂降阻性能较好。

关键词体积压裂降阻剂降阻性能相对分子质量线速度中图分类号:T E 357.1文献标志码:A D O I :10.3969/j.i s s n .1007-3426.2014.04.013I n f l u e n c i n gf a c t o r s o f f r i c t i o n r e d u c e r i n s h a l e s l i c k w a t e rf r a c t u r i ng Ch e n P e n g f ei ,T a n gY o n g f a n ,L i u Y o u q u a n ,W u W e n g a n g ,S u n C h u a n ,Z h a n g Y a d o n g ,L o n g S h u n m i n (R e s e a r c h I n s t i t u t e o f N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y ,P e t r o C h i n a S o u t h w e s t O i l a n d G a s f i e l d C o m p a n y ,C h e n g d u 610213,S i c h u a n ,C h i n a A b s t r a c t :L a r g e d i s p l a c e m e n ta n d l a r g e a m o u n t o f f l u i d v o l u m e f r a c t u r i n g i s i n c r e a s i n g l yb e -c o m i n g a n e f f e c t i v e w a yo f s h a l e g a s r e s e r v o i r d e v e l o p m e n t .T h e f r i c t i o nr e d u c e r p e r f o r m a n c e i s t h e c r i t i c a l p e r f o r m a n c e o fv o l u m e f r a c t u r i n g w h i c h d i r e c t l yd e t e r m i n e s t h e s u c c e s s o r f a i l u r e o f t h e v o l u m ef r a c t u r i ng .Thi s p a p e r s t u d i e d t h e r e l a t i o n s h i pa m o n g “s h e a r v e l o c i t y ,l i n e a r v e l o c i t y ,t h e R e y n o l d s n u mb e r ,r e l a t i v e m o l ec u l a r m a s s ,c o n c e n t r a t i o n a nd w a te r q u a l i t y”w i t h t h e f r i c t i o n r e d u c e r p e r f o r m a n c e .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t u s i n gs h e a r r a t e s i m i l a r p r i n c i p l e c o u l d n o t e f f e c -t i v e l y e v a l u a t e f r i c t i o n r e d u c e r p e r f o r m a n c e o f s l i c k w a t e r .T h e p e r f o r m a n c e o f f r i c t i o n r e d u c i n g w a s r e c o m m e n d e d t o b e e v a l u a t e d b y t h e l i n e a r v e l o c i t ya n d R e y n o l d s s i m i l a r p r i n c i p l e .W h e n t h e f r i c t i o nr e d u c e r s h a d s i m i l a r s t r u c t u r e a n d c o n s i s t e n t e f f e c t i v e c o n c e n t r a t i o n ,t h eb i g ge r r e l a t i v e m o l e c u l a r m a s s ,t h ef r i c t i o n r e d u c i ngp e r f o r m a n c e w a s b e t t e r .B u t h i g h r e l a t i v e m o l e c u l a r m a s s w o u l d c a u s e t h e c u t -r e s i s t a n t a n d d i s s o l v i n g p e r f o r m a n c e p o o r l y .T h e c o n c e n t r a t i o n o f f r i c t i o n r e -d u c e r i n c r e a s e d ,t h e f r i c t i o n r e d u c i n gp e r f o r m a n c e i m p r o v e d ,b u t w h e n t h e c o n c e n t r a t i o n i n -c r e a s e d t o a c e r t a i n v a l u e ,t h e f r i c t i o n r e d u c i n gp e r f o r m a n c e i n c r e a s e d s m a l l e r ;w h e n f r i c t i o n r e -d u c e r c o n c e n t r a t i o n w a s l o w e r t h a n a c e r t a i n v a l u e ,t h e c u t -r e s i s t a n t p e r f o r m a n c e w a s po o r .W a t e r q u a l i t y h a d a n i m p a c t o n f r i c t i o n r e d u c e r p e r f o r m a n c e ,n a m e l yh i g h e r t h e s a l i n i t y ,b e t t e r t h e c a t -i o n i c f r i c t i o n r e d u c e r pe rf o r m a n c e.K e yw o r d s :v o l u m e f r a c t u r i n g ,f r i c t i o n r e d u c e r ,f r i c t i o n r e d u c i n g p e r f o r m a n c e ,r e l a t i v e m o l e c -u l a r m a s s ,l i n e a rv e l o c i t y504石油与天然气化工第43卷第4期 C H E M I C A L E N G I N E E R I N GO F O I L &G A S 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划“南方海相典型区块页岩气开发理论与技术”(2013C B 228006。

滑溜水压裂液中减阻剂的制备及特性研究刘通义;向静;赵众从;林波;戴秀兰;黄趾海;张立丰【摘要】采用反相微乳液法制备了一种用于滑溜水压裂液中的水溶性减阻剂,对减阻剂的粒径大小分布、重均分子量、降阻率和悬砂能力进行了测试.结果表明,减阻剂粒径小,分布窄,分子量高[Mw=(2.08±0.65)×107 g/mol],具备高分子减阻的特性；向清水中加入0.05％的减阻率,减阻率可达55％,并且具有一定的携砂能力.因此,该减阻剂的应用能很好的降低压裂施工摩阻、减小泵功、适当提高砂比,有助于非常规低渗储层的开采.%A water soluble DRA is prepared by inverse micro-emulsion polymerization, which can be applied to slick-water fracturing. The particle size distribution of DRA, weight average molecularweight,drag reduction efficiency and suspension property were tested. The results showed that the DRA has small size and narrow size distribution,higher molecular weight[Mw = (2.08 ±0.65) × 107 g/mol] ,it has drag reduction characteristics of polymer; the resistance-reducing is about 55% when addition of 0. 05% DRA to clean water can reduce friction and it also has the prop-carrying capacity. Therefore, the DRA can applied to slick-water fracturing quite well, thus it can reduce fracturing friction, decrease pump power, properly increasing sand ratio,this performance helpful to the development of low permeable formation.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】4页(P484-487)【关键词】减阻剂;滑溜水压裂液;降阻率;悬砂能力【作者】刘通义;向静;赵众从;林波;戴秀兰;黄趾海;张立丰【作者单位】西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;成都佰椿石油科技有限公司,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;成都佰椿石油科技有限公司,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TQ047.1随着非常规油气资源开采热潮的掀起，实用于开采低渗、低孔非常规储层的滑溜水压裂技术(在清水中加入少量减阻剂和一些添加剂等作为工作液，施工时并加入少量支撑剂的压裂作业［1］)日益得到了推广，因此，滑溜水压裂液中添加剂的使用，特别是减阻剂的应用与需求也越来越多。

1 实验部分1.1 主要实验试剂及仪器丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、白油、乳化剂、引发剂，均为工业品，四川川庆井下科技有限公司生产；氯化钠、氯化钙，分析纯，成都市科龙化工试剂厂生产。

平氏黏度计，管径0.4～0.6 mm ，山东良辰设备仪器有限公司生产；3500型多功能旋转粘度计，美国千德乐工业仪器公司生产；室内管路摩阻仪，四川川庆井下科技有限公司提供。

1.2 合成方法向反应釜中按照2:1的质量比添加白油和乳化剂，搅拌至均匀溶解的油相备用。

在烧杯中加入AM 、DMC 、MMA(质量分数分别为30%～35%，8%～12%，6%～10%)溶于去离子水，搅拌至均匀溶解的水相溶液[6-7]。

在1000 r/min 的高速搅拌条件下，用恒压滴液漏斗将上述水相溶液缓慢加入油相介质，滴加完毕后持续搅拌15 min 直至形成均匀稳定的乳化液，在此过程中同时持续通入氮气[7]。

反应釜在匀速搅拌下，缓慢加入引0 引言滑溜水水力压裂技术是页岩气开采主要采取的核心技术之一[1]。

减阻剂作为滑溜水压裂液技术的核心添加剂，直接决定了页岩气压裂改造增产的效果[2]。

随着页岩平台井不断开发，页岩压裂返排液量也大幅度增加。

由于返排液的成分复杂，处理排放难度大、成本高，对环境危害严重[3]，因此对返排液进行重复利用是最佳的处理方式[4-5]。

目前四川页岩气区块的压裂返排液水质矿化度高达10.0×104 mg/L 左右。

在高矿化度水质条件下，金属阳离子官能团对减阻剂分子具有屏蔽效应[1]，容易使之卷曲甚至产生沉淀，导致滑溜水体系黏度、减阻性能大幅下降。

因此急需研发出一种耐盐性能好的减阻剂，使之可以用于高矿化度复杂成分的返排液中，以解决返排液处理回用难的，环保压力大的问题。

文章在丙烯酰胺(AM)基团中引入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)功能单体，，通过反相乳液聚合的方法，研发了一种耐盐性能良好的聚合物减阻剂KY-2，并考察了该减阻剂在高矿化度水质中的减阻性能。

(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.06.25C N 103881693A (21)申请号 201410101052.8(22)申请日 2014.03.19C09K 8/68(2006.01)(71)申请人中国石油集团川庆钻探工程有限公司地址610051 四川省成都市成华区府青路1段3号川庆钻探公司科技信息处(72)发明人李嘉(74)专利代理机构成都天嘉专利事务所(普通合伙) 51211代理人冉鹏程(54)发明名称一种页岩气滑溜水压裂用反相乳液降阻剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种页岩气滑溜水压裂液用反相乳液降阻剂及其制备方法，涉及石油工程技术领域，所述的反相乳液降阻剂是将丙烯酰胺、丙烯酸钠和甲基丙烯酸十二酯在反相乳液中共聚，偶氮二异丁基脒盐酸盐和亚硫酸氢钠作为复合引发体系得到的高分子水溶性聚合物。

该降阻剂引入了长链疏水单体，提高了降阻剂在高排量泵注过程中耐剪切性能，同时该降阻剂采用反相乳液聚合制备，产品为液剂且速溶，满足页岩气压裂连续混配施工工艺的配液需求，现场使用加量为清水质量的0.06%～0.8%，降阻率最高可达73%。

(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图2页(10)申请公布号CN 103881693 A1/1页1.一种页岩气滑溜水压裂用反相乳液降阻剂，其特征在于：以质量百分比计，各组分的配比如下：水溶性高分子聚合物30%～37.5%；非极性溶剂20%～25%；油溶性乳化剂2.5%～2.75%；助溶剂0.2%～0.3%；其余为水。

2.根据权利要求1所述的所述的页岩气滑溜水压裂用反相乳液降阻剂，其特征在于：水溶性高分子聚合物为丙烯酰胺、丙烯酸钠和甲基丙烯酸十二酯三种单体的共聚物，在水溶性高分子聚合物中，所述的丙烯酰胺的质量百分比为65%～70%，所述的丙烯酸钠的质量百分比为29%～33%；所述的水甲基丙烯酸十二酯的质量百分比为1%～2%；水溶性高分子聚合物中的引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐和亚硫酸氢钠复合引发剂，其中，偶氮二异丁基脒盐酸盐占所述三种单体总质量的0.1%～0.3%，亚硫酸氢钠占所述三种单体总质量的0.1%～0.4%。