CN102304356B

CN102304356B - 一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法

Info

Publication number: CN102304356B
Application number: CN201110187939.XA
Authority: CN
Inventors: 孙虎; 刘国良; 张冕; 廖乐军; 韩文哲; 李婧; 赵文钢; 吕莉; 郭伟林
Original assignee: Changqing Downhole Operation Co of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: Changqing Downhole Operation Co of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: CN102304356A

Abstract

本发明公开了一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，其特征在于该压裂液由基液和交联液组成，并将基液和交联液按下述的重量份混合均匀即得：基液为60～99.99份、交联液为0.01～40.0份；所述的基液是按下述的重量份混合：水为99～99.9份，环保型多效增稠剂为0.1～1.0份；所述的交联液是按下述的重量份混合：水为0～99.9份，交联剂为0.1～100.0份。它可以不再添加杀菌剂、粘土稳定剂、表面活性剂、破乳剂、起泡剂而能达到使用要求。使操作工序简单化，更利于提高液体质量、减少监控所需的条件、减少施工程序和时间应用。

Description

一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法

技术领域

本发明涉及一种用于油井或天然气井的压裂增产工艺中所使用的环保型压裂液配制方法，特别涉及一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法

背景技术

在现有的油气井水力压裂技术中，以植物胶及它们相关的化学改性衍生物作为压裂液的增稠剂占据着主导地位。这类植物胶主要有：

瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、纤维素、魔芋胶及化学改性后的衍生物。

压裂液中除了上述的植物胶增稠剂外，还必须在压裂液中添加相关的添加剂，以便提高压裂液的综合性能、减少压裂液对油气层的伤害。同时由于压裂液中必须使用破胶剂，破胶剂在压裂过程中始终降低压裂液的粘度，影响着施工的可靠性。并且压裂液在压裂施工完成后必须返排至地面，对返排至地面液体的处理，国内外均有严格的要求，返排的液体不可再用，如果不对其进行有效处理，易对环境造成污染。

常用的植物胶水力压裂液必须添加的添加剂主要有：

用于防止压裂液植物胶腐败的杀菌剂；

防止油气层粘土膨胀运移的粘土稳定剂；

降低压裂液与油气层中流体和岩石作用力的表面活性剂；

防止压裂液与原油形成乳状液的破乳剂；

增加地层烃类气体与压裂液形成稳定泡沫的起泡剂。

用于与增稠剂形成网络结构、提高压裂液的效率的交联剂。

基于上述压裂液中存在压裂液增稠剂及众多的添加剂，现场施工工序复杂，质量控制和监督点多，而且因为错加或少加某种添加剂，则会对压裂液的性能造成不同程度的影响。安全与环境风险大。

发明内容

本发明的目的是：提供一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，该方法在于利用瓜尔胶、田菁胶、香豆胶等植物胶及羟丙基、羟乙基衍生物而改性的环保型多效增稠剂来配制环保型水基压裂液。使用环保型多效增稠剂配制的环保型水基压裂液，可以不再添加杀菌剂、粘土稳定剂、表面活性剂、破乳剂、起泡剂而能达到使用要求。在满足压裂液各项性能指标与传统压裂液相当的条件下，使操作工序简单化，更利于提高液体质量、减少监控所需的条件、减少施工程序和时间应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，其特征在于该压裂液由基液和交联液组成，并将基液和交联液按下述的重量份混合均匀即得：基液为60～99.99份、交联液为0.01～40.0份；所述的基液是按下述的重量份混合：水为99～99.9份，环保型多效增稠剂为0.1～1.0份；所述的交联液是按下述的重量份混合：水为0～99.9份，交联剂为0.1～100.0份。

所述的环保型多效增稠剂是利用环保型植物胶或环保型植物胶羟丙基、羟乙基、羧甲基化的衍生物中的一种按以下重量份混合复配：

经化学反应后的物质经干燥、粉碎而得到所述的环保型多效增稠剂；所述的R1是指分子式为的物质，其中m≤5、n≤5；R2是指分子式为的物质，其中a≤5；R3是指分子式为的物质，其中c≥2、d≥3；X是指氯(Cl)或溴(Br)；

所述的环保型植物胶是指瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、纤维素、魔芋胶、槲栗豆胶中的一种。

所述的环保型植物胶或环保型植物胶羟丙基、羟乙基、羧甲基化的衍生物的分子量为1-40万。

所述的交联剂为硼砂、硼酸钠或三乙醇胺硼酸酯中的一种。

对所述的压裂液的返排液进行回收，可以重新作为压裂液使用，即：经压裂施工后从地层返排的液体经过滤除砂后储存于容器中，静置1小时以上，使油水自动分离，取下层水溶液待用；将下层水溶液与pH调节剂，按100：0.0001～10.0的质量比进行混合，形成压裂液基液。

所述的pH调节剂为Na0H、Na₂CO₃、NaHCO₃固体中的一种。

所述的无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化钡中的一种；所述的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种；所述的有机酸为草酸、苹果酸、酒石酸、羧酸中的一种。

所述的压裂液适用于在井温在160℃以内的油气井使用。

本发明相对于现有技术相比，从配方上进行根本上改进，因而具有以下几个优点：

1、环保型压裂液基液的配制在压裂液基液的配置过程中不用添加其他的各种水基添加剂，由传统的多类添加剂变为一种，能使操作工序简单化，更利于提高液体质量、减少监控所需的条件、减少施工程序和时间应用。

2、所形成的环保型压裂液水溶液及破胶的主要性能不低于目前传统瓜尔胶压裂液所用的指标，并且同时具备了常规水基压裂液的防腐败、防粘土膨胀、降低表界面张力、防止并破坏原油乳化、起泡等多种功能。并且，可根据不同地质条件对增稠剂单项性能进行强化，以适应不同地质储层要求，达到智能化的目的。

3、减少了作业过程中的运输及包装，也减少了白色污染和资源浪费等。

4、压裂液无需使用过硫酸铵或者生物酶类破胶剂，因而在泵送过程中避免了压裂液的持续降粘，具有非常稳定的流变性能。

5、在压裂之后，它依靠地层的固有pH环境，使压裂液体系降解至短分子链,可以清洁支撑裂缝并将其伤害降至最低。

6、对这种压裂液的返排液进行回收，可以重新作为压裂液使用，方法为：本发明压裂液经压裂施工后从地层返排的液体经过滤除砂后储存于容器中，静置1小时以上，使油水自动分离，取下层水溶液待用；将下层水溶液：pH调节剂，按100：0.0001～10.0的质量比进行混合，形成压裂液基液，达到重复利用的目的。减少了废液排放的污染，可以节省大量的水和稠化剂；对于水源不足的干旱地区，可以节约宝贵的水资源。上述的pH调节剂为Na0H、Na₂CO₃、NaHCO₃

7、本发明压裂液适用于在井温在160℃以内的油气井使用。

下面通过给出的具体实施例进一步清楚的说明本发明，但不作为对本发明的限定。

具体实施方式

实施例1

环保型多效增稠剂的配制：按以下重量称取原料进行混合复配：

经化学反应后的物质经干燥、粉碎而得到所述的环保型多效增稠剂；所述的R1是指分子式为的物质，其中m≤5、n≤5；R2是指分子式为的物质，其中a≤5；R3是指分子式为的物质，其中c≥2、d≥3；X是指氯(Cl)或溴(Br)，本实施例为X是指氯(Cl)；

所述的环保型植物胶是指瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、纤维素、魔芋胶、槲栗豆胶中的一种。本实施例为瓜尔胶。

所述的无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化钡中的一种；所述的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种；所述的有机酸为草酸、苹果酸、酒石酸、羧酸中的一种。本实施例采用的无机碱为氢氧化钠，无机酸为盐酸。

实施例2

同实施例1基本相同，不同之处是

本实施例为X是指溴(Br)；采用的是环保型植物胶：香豆胶；无机碱为氢氧化钙，采用的是有机酸：草酸。

实施例3

同实施例1基本相同，不同之处是

本实施例为X是指溴(Br)；采用的是香豆胶羟丙基的衍生物；无机碱为氢氧化钙，采用的是有机酸：草酸。

上述实施例1-3中所述的环保型植物胶或环保型植物胶羟丙基、羟乙基、羧甲基化的衍生物的分子量为1-40万。

实施例4

在现场30m³容器中加入29970Kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，慢慢加入30Ｋg环保型多效增稠剂(取实施例1的环保型多效增稠剂)，继续循环或搅拌30分钟，以便液体混合充分，增稠剂充分溶胀，形成基液。

在现场5m³容器中加入4980Kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，加入20Ｋg硼砂，继续循环或搅拌30分钟，以便硼砂溶解，形成含量为0.4％硼砂的交联液。

压裂施工时，在泵注基液的同时，将交联液按基液:交联液＝92公升：8公升的体积比进行混合而形成压裂液。

以上压裂液推荐在井温为不超过60℃的油井进行使用。

实施例5

在现场30m³容器中加入29820Kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，慢慢加入180Ｋg环保型多效增稠剂(取实施例1的环保型多效增稠剂)，继续循环或搅拌30分钟，以便液体混合充分，增稠剂充分溶胀，形成基液。

以上压裂液推荐在井温为60℃-70℃的油井进行使用。

实施例6

在现场1m³容器中加入500Kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，加入500Ｋg三乙醇胺硼酸酯，继续循环或搅拌30分钟，以便三乙醇胺硼酸酯和水混合充分，形成含量为50％三乙醇胺硼酸酯的交联液。

压裂施工时，在泵注基液的同时，将交联液按基液:交联液＝99.4公升：0.6公升的体积比进行混合而形成压裂液。

以上压裂液推荐在井温为70℃-80℃的油气井进行使用。

实施例7

在现场30m³容器中加入29805Kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，慢慢加入195Ｋg环保型多效增稠剂(取实施例1的环保型多效增稠剂)，继续循环或搅拌30分钟，以便液体混合充分，增稠剂充分溶胀，形成基液。

以上压裂液推荐在井温为80℃-120℃的油气井进行使用。

实施例8

在现场5m³容器中加入4960Kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，加入20Ｋg硼酸钠，继续循环或搅拌30分钟，以便硼酸钠溶解，形成含量为0.4％硼酸钠的交联液。

以上压裂液推荐在井温为100℃-160℃的油气井进行使用。

实施例9

将“实施例4”中压裂施工后从地层返排的液体经过滤除砂后储存于10m³容器中，静置1小时以上，使油水自动分离，取下层水溶液A待用。压裂施工时，在泵注溶液A的同时，将pH调节剂以溶液A：pH调节剂＝100：0.1(按100：0.0001～10.0范围均可)的质量比进行混合而形成压裂液基液。所述的pH调节剂为Na0H、Na2CO₃、NaHCO₃固体中的一种。

本发明的压裂液中只要是基液为60～99.99份、交联液为0.01～40.0份，所述的基液是按下述的重量份混合：水为99～99.9份，环保型多效增稠剂为0.1～1.0份；所述的交联液是按下述的重量份混合：水为0～99.9份，交联剂为0.1～100.0份的上述范围内均可。

本发明的压裂液和常规方法配置的压裂液的对比，见表1

表1 本发明的压裂液与常规方法配置的压裂液的对比

本发明的压裂液性能主要性能见下表：(表2、表3)

环保型多效增稠剂配置的压裂液性能

表2 压裂液的耐温耐剪切性能:

时间min	0	15	30	45	60	75	90	105	120	135
											温度℃	24	30	40	48	54	64	68	80	92	96
粘度mPa·s	564	471	360	351	339	285	156	135	102	30

表3 破胶性能：

破胶液起泡性能：泡沫质量：67.74％；半衰期：17min16.4s

破胶液表面张力：25.0mN/m

破胶液防膨率：77.0％

残渣含量：285mg/L。

从上表可看出，本发明的压裂液的性能可以满足现场压裂施工的要求，由于减少了添加剂的使用，因此可以达到节约成本的效果。

本发明的压裂液与常规方法配置的压裂液从现场施工方面进行对比有以下优点：

一、缩短了施工时间：

1、现场配制方便：一剂替代多剂，“傻瓜型”的配液减少了作业程序，使加料程序减少了80％。

2、有望为连续混配作业带来质的提高，使混配车由原来的多环节配合变为单一控制，节省了设备和人力、提高了混配质量。

二、降低了安全和环境风险：

1、消除了液体添加剂带来的安全风险；

2、可减少配液过程中物料的泄漏对人身和环境造成的伤害；

3、减少了70％的塑料包装，节约了资源、减少了白色污染；

4、减少了塑料桶余料的污染和浪费；

5、避免了水基料冬季易受冻结冰的问题，便于冬季库房管理。

Claims

1.一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，其特征在于：该压裂液由基液和交联液组成，并将基液和交联液按下述的重量份混合均匀即得：基液为60～99.99份、交联液为0.01～40.0份；所述的基液是按下述的重量份混合：水为99～99.9份，环保型多效增稠剂为0.1～1.0份；所述的交联液是按下述的重量份混合：水为0～99.9份，交联剂为0.1～100.0份；所述的环保型多效增稠剂是利用环保型植物胶或环保型植物胶羟丙基、羟乙基、羧甲基化的衍生物中的一种按以下重量份混合复配：

经化学反应后的物质经干燥、粉碎而得到所述的环保型多效增稠剂；所述的R1是指分子式为的物质，其中m≤5、n≤5；R2是指分子式为的物质，其中a≤5；R3是指分子式为的物质，其中c≥2、d≥3；X是指氯或溴；

所述的环保型植物胶是指瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、纤维素、魔芋胶或槲栗豆胶。

2.根据权利要求1所述的一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，其特征在于：所述的环保型植物胶或环保型植物胶羟丙基、羟乙基、羧甲基化的衍生物的分子量为1-40万。

3.根据权利要求1所述的一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，其特征在于：所述的交联剂为硼砂、硼酸钠或三乙醇胺硼酸酯。

4.根据权利要求1所述的一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，其特征在于：对所述的压裂液的返排液进行回收，可以重新作为压裂液使用，即：经压裂施工后从地层返排的液体经过滤除砂后储存于容器中，静置1小时以上，使油水自动分离，取下层水溶液待用；将下层水溶液与pH调节剂，按100：0.0001～10.0的质量比进行混合，形成压裂液基液。

5.根据权利要求4所述的一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，其特征在于：所述的pH调节剂为Na0H、Na₂CO₃、或NaHCO₃。

6.根据权利要求1所述的一种利用环保型多效增稠剂配制环保型水基压裂液的方法，其特征在于：所述的压裂液适用于在井温在160℃以内的油气井使用。