一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法与流程

本发明属于油田生产技术领域，具体涉及一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法。

背景技术：

压裂作为油气藏的主要增产、增注措施已得到迅速发展和广泛应用。压裂就是利用压力将地层压开形成裂缝，并用支撑剂将它支撑起来，以减小流体流动阻力的增产、增注措施。压裂的目的就是在地层中形成具有导流能力的裂缝，采用的压裂液在很大程度上决定了压裂效果，同时对压裂液的粘度有一定要求，使其在压裂后能称为低粘度的流体容易返排，以避免对地层中的油气层造成损坏。

国内外最常用的压裂液，主要是以胍胶及其改性物为稠化剂的水基压裂液，目前已在各油田得到了广泛应用，并取得了良好的增产效果。但随着油气田致密油气藏压裂作业模式的改变和环保形势日趋严峻，要求水基压裂液除了具有低伤害、低摩阻、低成本、易返排、易连续混配特点之外，还要具有易回收，重复利用率高的特点，以减少压后返排液对环境和土壤的污染，同时要求减少工业用水数量。而胍胶及其改性物具有植物胶易腐败的先天不足缺点，且压裂液体系成分复杂，冻胶的形成依靠化学交联，破胶后返排液处理难度大，成本高，重复利用可行性差，因而胍胶等植物胶压裂液的既不能缓解环保压力又不能满足上述现场施工要求。

目前使用的丙烯酰胺类聚合物增稠剂品种较多，普遍存在破胶不彻底、易返胶、破胶液残渣含量较高等问题，容易形成堵塞伤害，造成基质渗透率和裂缝导流能力下降，从而影响压裂改造效果，因此，需要形成一种该类聚合物的降解方法，从而使高分子快速降解成小分子，然后迅速返排，降低对地层的伤害，以满足当前致密油气藏储层改造的需要。

专利cn105967306a记载了一种水溶性聚合物溶液降解剂及其制备方法和应用，该专利仅仅是考虑将聚合物溶液表观粘度以及回收处理时更换滤芯频率方面，尽可能提高其采出水的回收利用率，没有从聚合物本身的分子量，粒径大小对地层吼道半径的伤害进行公开，没有对聚合物分子主链和支链降解程度做进一步分析研究，同时在降解时间较长，从根本上没有解决聚合物滞留对地层的伤害。

技术实现要素：

本发明提供了一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，目的之一是提供一种便于后期返排、对储层的伤害较小的压裂液破胶降解方法；本发明的目的之二是提供一种、低成本、快速降解，以减少压后返排液对环境和土壤的污染的压裂液破胶降解方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，包括以下步骤：

步骤一：加入增能剂

在压裂施工的过程中，加入压裂液总质量百分比0.01%-0.03%的增能剂；

步骤二：加入辅助剂

在步骤一完成后压裂施工的末期，依次添加按压裂液体系质量百分比0.05%-0.15%的调节剂、0.01%-0.02%的催化剂、0.02%-0.05%的降解剂；

步骤三：加入co2

在步骤二完成后、顶替液前，注入15-30m³的co2；

步骤四：放喷降压

在步骤三施工完成后，至少关井半个小时，然后采用第一喷嘴放喷直到压力降至8-12mpa，再采用口径小于第一喷嘴的第二喷嘴放喷直到压力降至3-7mpa，最后取掉喷嘴放喷直至压力为零，即可完成压裂返排液的降解。

所述的步骤四中的第一喷嘴为8-12mm喷嘴，第二喷嘴为4-8mm喷嘴。

所述的步骤二中依次添加的是占压裂液体系质量百分比0.10%的调节剂、0.015%的催化剂、0.035%的降解剂；步骤三注入的是20m3的co2。

所述的步骤一中的增能剂为过硫酸铵、双氧水、过硫酸钾或高锰酸钾中的一种。

所述的步骤二中的调节剂为强碱。

所述的强碱为甲醇钠、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、胍及季铵碱中的一种或者两种与氢氧化钠按照质量比3-8：1-2混合而成。

所述的步骤二中的催化剂为高铁酸钾与过硫酸铵按照质量比1：2-9混合而成。

所述的步骤二中的降解剂为维生素c和硫酸亚铁按质量比3-5：1-2的比例组合，同时加入总质量体积比为5%-8%的纳米二氧化硅混合而成。

所述的步骤四中采用第一喷嘴放喷直到压力降至10mpa，再采用口径小于第一喷嘴的第二喷嘴放喷直到压力降至5mpa，最后取掉喷嘴放喷直至压力为零。

有益效果：

本发明通过加入增能剂、加入辅助剂、加入co2和放喷降压四个步骤，在30℃低温条件下可以将聚合物分子迅速，30分钟内分解成无机小分子，使其聚合物返排液粘度降低到2mpa.s以下，分子量降解到20000以下，分子粒径在80nm以内，地层伤害率小于5%，返排率提高10%以上，从而降低对聚合物压裂液地层的伤害，满足低渗透油气田储层改造需要，从而保证压裂施工效果。

增能剂的加入主要为聚合物降解提供一定的能量，其可以快速的融入压裂液中产生大量的热能，使压裂液的温度迅速上升，使其达到90摄氏度以上，满足快速降解的温度；同时其强氧化作用可以使聚合物造成一定程度的分解。

调节剂的加入，可以为聚合物的降解提供碱性环境，使其ph>10；于此同时，调节剂加入到水中可以释放一定的热量，提高地层温度，进一步促进快速降解。

催化剂的加入主要起到加速聚合物降解和预降解的作用。高铁酸钾在聚合物后期降解起到催化作用，达到其达到降解的化学条件；降解剂的主要作用在分子主链降解的同时，通过与催化剂、增能剂作用以及自身相互作用，快速与有机聚合物反应，彻底氧化成无机物小分子，使其分子量迅速降低，使得压裂液的粘度降低到2mpa.s以下，分子量小于20000，粒径小于80nm，同时纳米材料的引入可以加快降解分子的运移，减少地层滞留，对使其对储层的伤害小于5%。

co2的注入可以使降解液与压裂液充分均匀的接触，加快降解速度；同时，co2的注入补充了地层能量，便于后期返排；

放喷阶段控制不同压力放喷，可以减少由于压力变化较大引起返排液对地层的伤害。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

根据图1所示的一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，包括以下步骤：

步骤一：加入增能剂

在压裂施工的过程中，加入压裂液总质量百分比0.01%-0.03%的增能剂；

步骤二：加入辅助剂

在步骤一完成后压裂施工的末期，依次添加按压裂液体系质量百分比0.05%-0.15%的调节剂、0.01%-0.02%的催化剂、0.02%-0.05%的降解剂；

步骤三：加入co2

在步骤二完成后、顶替液前，注入15-30m³的co2；

步骤四：放喷降压

在步骤三施工完成后，至少关井半个小时，然后采用第一喷嘴放喷直到压力降至8-12mpa，再采用口径小于第一喷嘴的第二喷嘴放喷直到压力降至3-7mpa，最后取掉喷嘴放喷直至压力为零，即可完成压裂返排液的降解。

本发明通过加入增能剂、加入辅助剂、加入co2和放喷降压四个步骤，在30℃低温条件下可以将聚合物分子迅速，30分钟内分解成无机小分子，使其聚合物返排液粘度降低到2mpa.s以下，分子量降解到20000以下，分子粒径在80nm以内，地层伤害率小于5%，返排率提高10%以上，从而降低对聚合物压裂液地层的伤害，满足低渗透油气田储层改造需要，从而保证压裂施工效果。

增能剂的加入主要为聚合物降解提供一定的能量，其可以快速的融入压裂液中产生大量的热能，使压裂液的温度迅速上升，使其达到90摄氏度以上，满足快速降解的温度；同时其强氧化作用可以使聚合物造成一定程度的分解。

调节剂的加入，可以为聚合物的降解提供碱性环境，使其ph>10；于此同时，调节剂加入到水中可以释放一定的热量，提高地层温度，进一步促进快速降解。

催化剂的加入主要起到加速聚合物降解和预降解的作用。高铁酸钾在聚合物后期降解起到催化作用，达到其达到降解的化学条件；过硫酸铵主要是其聚合物的主分子链断裂，具体过程如下：

高分子氧化降解包括两个主要过程：自动氧化过程和连锁裂解过程。以p-h表示高分子聚合物，以pooh表示过氧化物。氧化反应过程如下：

pooh→po•+•oh

p-h+•oh→p•+h2o

p•+o2→poo•

poo•→pooh+p•

随后，聚合物上的自由基引发α-裂解反应和β-裂解反应，使主链断裂，如下：

降解剂的主要作用在分子主链降解的同时，通过与催化剂、增能剂作用以及自身相互作用，可以大量生成氧化能力很强的·oh,其氧化电位高达2.80v，电负性极高,具有很强的加成反应特点。其可以快速与有机聚合物反应，夺取聚合物中的h原子形成有机自由基，填充不饱和的c-c键使聚合物迅速降解，从而彻底氧化成无机物小分子，使其分子量迅速降低，使得压裂液的粘度降低到2mpa.s以下，分子量小于20000，粒径小于80nm，同时纳米材料的引入可以加快降解分子的运移，减少地层滞留，对使其对储层的伤害小于5%。

co2的注入可以使降解液与压裂液充分均匀的接触，加快降解速度；同时，co2的注入补充了地层能量，便于后期返排；

放喷阶段控制不同压力放喷，可以减少由于压力变化较大引起返排液对地层的伤害。

本发明的技术方案，在30℃低温条件下可以将聚合物分子迅速分解，30分钟内分解成无机小分子，使其聚合物返排液粘度降低到2mpa.s以下，分子量降解到20000以下，分子粒径在80nm以内，地层伤害率小于5%，返排率提高10%以上。

实施例二：

如图1一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤四中的第一喷嘴为8-12mm喷嘴，第二喷嘴为4-8mm喷嘴。

在实际使用时，第一喷嘴为8-12mm喷嘴，第二喷嘴为4-8mm喷嘴能够使放喷降压过程稳定的进行，且取得良好的效果。

实施例三：

如图1一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤二中依次添加的是占压裂液体系质量百分比0.10%的调节剂、0.015%的催化剂、0.035%的降解剂；步骤三注入的是20m³的co2。

在实际应用时，本技术方案破胶速度快，破胶彻底，从而降低对聚合物压裂液地层的伤害，还可以保证返排液迅速降解，对采用聚合物压裂液体系进行储层改造的低渗透油气田具有重要意义。

实施例四：

如图1一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤一中的增能剂为过硫酸铵、双氧水、过硫酸钾或高锰酸钾中的一种。

在实际使用时，增能剂的加入主要为聚合物降解提供一定的能量，其可以快速的融入压裂液中产生大量的热能，使压裂液的温度迅速上升，使其达到90摄氏度以上，满足快速降解的温度；同时其强氧化作用可以使聚合物造成一定程度的分解。

实施例五：

如图1一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤二中的调节剂为强碱。

优选的是所述的强碱为甲醇钠、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、胍及季铵碱中的一种或者两种与氢氧化钠按照质量比3-8：1-2混合而成。

在实际使用时，采用本技术方案的调节剂的加入，可以为聚合物的降解提供碱性环境，使其ph>10；于此同时，调节剂加入到水中可以释放一定的热量，提高地层温度，进一步促进快速降解。

实施例六：

如图1一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤二中的催化剂为高铁酸钾与过硫酸铵按照质量比1：2-9混合而成。

在实际使用时，本技术方案中高铁酸钾在聚合物后期降解起到催化作用，达到其达到降解的化学条件；过硫酸铵主要是其聚合物的主分子链断裂。

实施例七：

如图1一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤二中的降解剂为维生素c和硫酸亚铁按质量比3-5：1-2的比例组合，同时加入总质量体积比为5%-8%的纳米二氧化硅混合而成。

在实际使用时，本技术方案中所采用的降解剂的主要作用在分子主链降解的同时，通过与催化剂、增能剂作用以及自身相互作用，可以大量生成氧化能力很强的·oh,其氧化电位高达2.80v，电负性极高,具有很强的加成反应特点。其可以快速与有机聚合物反应，夺取聚合物中的h原子形成有机自由基，填充不饱和的c-c键使聚合物迅速降解，从而彻底氧化成无机物小分子，使其分子量迅速降低，使得压裂液的粘度降低到2mpa.s以下，分子量小于20000，粒径小于80nm，同时纳米材料的引入可以加快降解分子的运移，减少地层滞留，对使其对储层的伤害小于5%。

co2的注入可以使降解液与压裂液充分均匀的接触，加快降解速度；同时，co2的注入补充了地层能量，便于后期返排。

实施例八：

如图1一种聚丙烯酰胺类聚合物压裂液破胶降解方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤四中采用第一喷嘴放喷直到压力降至10mpa，再采用口径小于第一喷嘴的第二喷嘴放喷直到压力降至5mpa，最后取掉喷嘴放喷直至压力为零。

在实际使用时，本技术方案中放喷阶段控制不同压力放喷，可以减少由于压力变化较大引起返排液对地层的伤害。

本发明所述聚合物压裂液降解方法主要适用于聚丙烯酰胺类及其衍生物为主要稠化剂的压裂液体系，对其他类聚合物液也有一定的降解作用。

综上所述，本发明通过加入增能剂、加入辅助剂、加入co2和放喷降压四个步骤，提供一种低成本、快速降解，以减少压后返排液对环境和土壤的污染的压裂液破胶降解方法。本发明提供了一种便于后期返排、对储层的伤害较小的压裂液破胶降解方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。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。