CN103173200A

CN103173200A - 一种水基压裂液及其制备方法

Info

Publication number: CN103173200A
Application number: CN2012105664156A
Authority: CN
Inventors: 秦升益; 王中学; 胡宝苓; 王光; 许智超; 钟毓娟
Original assignee: Beijing Rechsand Science and Technology Group Co Ltd
Current assignee: Beijing Rechsand Science and Technology Group Co Ltd
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2032-12-24
Also published as: CN103173200B

Abstract

本发明提供了一种不含有金属交联剂的水基压裂液，以及该水基压裂液的制备方法，所述水基压裂液包括1wt%-2.5wt%的稠化剂、0.5wt%-2wt%的破胶剂和水；其中所述稠化剂由纤维素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺组成，所述破胶剂包括过硫酸盐，所述质量百分数以水为基准。本发明中纤维素衍生物与部分水解聚丙烯酰胺之间通过分子间的氢键缔合形成三维网状冻胶结构，不再依附于金属交联剂，从而有效避免了重金属离子在地层中的沉淀，减少了对地层的伤害；此外在压裂液注入地层的过程中，由于氢键剪切后还可以再形成，进而提高了压裂液的抗剪切能力，减少了压裂液冻胶结构在传输过程中的破坏。

Description

一种水基压裂液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种压裂液，具体涉及一种不含有交联剂的水基压裂液，以及该水基压裂液的制备方法。

背景技术

水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。当地面高压泵组将高粘度液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起超过井壁附近地应压力及岩石抗张强度的压力后，即在地层中形成裂缝。随着带有支撑剂的液体注入裂缝中，裂缝逐渐向前延伸。这样在地层中形成了足够的长并具有一定宽度及高度的填砂裂缝。由于其具有很高的渗透能力，使油气能顺畅的流入井中，起到增产的作用。压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液，它起到传递压力，形成地层裂缝，携带支撑剂进入裂缝的作用。

目前，国内国外广泛使用的压裂液体系可分为水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液和乳化压裂液，其中水基压裂液占整个压裂液体系的绝大多数。水基压裂液由聚合物稠化剂、交联剂、破胶剂、pH调节剂、粘土稳定剂等组成，其中稠化剂主要是胍胶和其衍生物，但是，最近几年，胍胶的价格陡然增加。这使得油田压裂增产的成本急剧增加，其压裂液成本由300-400元猛然增加到1000元以上。

为此，中国专利文献CN100591743C公开了一种复合压裂液，其中复配成胶剂为压裂液质量的0.4-1.0wt%，金属交联剂为压裂液质量的0.05-0.7wt%，氧化破胶剂为压裂液质量的0.05-0.5wt%，其余为水。目前水基压裂液配制的工艺一般包括稠化水的配制、稠化水的交联和冻胶的破胶三个阶段，上述专利文献公开的技术中，采用金属交联剂通过交联离子（基团）将溶解于水中的高分子链上的活性基团以化学键连接起来形成三维网状冻胶结构，上述交联剂在稠化水的交联方面起到良好的作用，但由于压裂液注入地层后存在难破胶，返排效率低的缺点，使得交联剂中的大量金属离子存留于地层中，其容易与地层中的硫酸根离子和碳酸根离子形成沉淀而堵塞喉道，从而影响油气采收率；另外，压裂液注入地层后难破胶，难返排，使得残留的冻胶堵塞孔隙，影响支撑剂的渗透率，进而影响油气的采收率。

发明内容

本发明所述解决的第一个技术问题是现有技术中压裂液中残留的金属离子容易与地层中的硫酸根离子或碳酸根离子形成沉淀而堵塞喉道的问题，本发明所要解决的第二个技术问题在于压裂液注入地层后难破胶，难返排，使得残留的冻胶堵塞孔隙的问题，进而提供一种不使用金属交联剂且易破胶的水基压裂液。

为此，本发明采取的技术方案为：

一种水基压裂液，所述水基压裂液包括：1wt%-2.5wt%的稠化剂，0.5wt%-2wt%的破胶剂和水；所述稠化剂由纤维素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺组成；所述破胶剂包括过硫酸盐；所述质量百分数以所述水基压裂液中水的质量为基准。

所述水基压裂液还包括1wt%-3wt%粘土防膨剂和/或0.05wt%-1wt%助排剂;所述粘土防膨剂为氯化钾，所述助排剂为阴离子表面活性剂。

所述破胶剂由过硫酸盐和有机酸组成。

所述纤维素衍生物为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素或羧甲基羟乙基纤维素中的一种或几种；所述部分水解聚丙烯酰胺的水解度为20%-50%，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为3×10⁶-1.8×10⁷。

所述纤维素衍生物与部分水解聚丙烯酰胺的质量比为1：（0.25-1）。

所述稠化剂由羧甲基纤维素和部分水解的聚丙烯酰胺组成，所述羧甲基纤维素和所述部分水解聚丙烯酰胺的质量比为1：0.5。

所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或几种；所述有机酸为乙酸、草酸、柠檬酸中的一种或几种。

所述过硫酸盐与所述有机酸的质量比为3：（1-3）。

所述破胶剂由过硫酸铵和柠檬酸组成，所述过硫酸铵和所述柠檬酸的质量比为3：2。

一种上述水基压裂液的制备方法，包括

（1）在室温下，将水、1wt%-2.5wt%的稠化剂加入一烧杯中搅拌，使所述稠化剂配制成冻胶；在本步骤所述稠化剂由纤维素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺组成，所述质量百分数以所述水基压裂液中水的质量为基准；（2）将0.5wt%-2wt%的破胶剂加入所述步骤（1）形成的冻胶中，搅拌均匀，形成所需的水基压裂液，在本步骤所述破胶剂包括过硫酸盐。

上述的水基压裂液的制备方法，在加入所述破胶剂前还包括向所述冻胶中加入1wt%-3wt%粘土防膨剂和/或0.05wt%-1wt%助排剂并搅拌均匀的步骤。

上述的水基压裂液的制备方法，所述破胶剂由质量比为3：（1-3）的过硫酸盐和有机酸组成。

上述水基压裂液及其制备方法中所述质量百分数均以所述水基压裂液中水的质量为计算基准。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）本发明中纤维素衍生物与部分水解聚丙烯酰胺之间通过分子间的氢键缔合形成三维网状冻胶结构，不再依附于金属交联剂，从而有效避免了重金属离子在地层中的沉淀，减少了对地层的伤害；此外在压裂液注入地层的过程中，由于氢键剪切后还可以再形成，进而提高了压裂液的抗剪切能力，减少了压裂液冻胶结构在传输过程中的破坏。

（2）本发明采用由过硫酸盐和有机酸形成的破胶剂，破胶效果好，压裂液易返排，冻胶残留量小，不易堵塞支撑剂间的缝隙，提高了支撑剂裂缝的渗透率。

（3）本发明的压裂液中不存在交联剂，不用考虑压裂液的常规制备工艺中，交联温度、交联PH条件和交联时的搅拌工艺等对交联后的冻胶性质的影响，制备方法简单，易操作。

（4）本发明的压裂液在低温情况下即可破胶，避免了压裂液使用的局限性，扩大了其使用范围。

具体实施方式

在本发明实施例中羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素均购自任丘燕兴化工厂，其粘度均为1200mpa/s，部分水解聚丙烯酰胺由购自廊坊盛源化工有限责任公司的聚丙烯酰胺经碱水解制得，得到的部分水解聚丙烯酰胺分子量测定方法参见GB/T12005.10-92，水解度的测定方法参见GB12005.6-1989。

以下实施例中部分水解聚丙烯酰胺的制备方法为，向1000ml质量分数为2%的聚丙烯酰胺水溶液中加入质量分数为30%的氢氧化钠水溶液500ml，搅拌均匀后于60℃下进行加热反应，随着反应的进行，选取反应产物参照GB12005.6-1989测定产物的水解度，当水解度达到所需要求后终止反应，依次用乙醇和丙酮沉析，并将沉析得到的产物用剪刀剪碎，放入蒸发皿中铺开，在45℃下于真空干燥箱中干燥72h后用研钵研碎，储存在干燥器中备用。

实施例1

（1）量取500mL水，加入5g羧甲基纤维素和2.5g部分水解聚丙烯酰胺（水解度30%，粘均分子量300-1200万），搅拌充分溶解配制成冻胶。

（2）向步骤（1）形成的冻胶中加入10g氯化钾，搅拌均匀，在搅拌过程中所述冻胶的粘度逐渐增加。

（3）称取3g过硫酸铵和2g柠檬酸，加入步骤（2）形成的冻胶中，搅拌均匀，得到所需的水基压裂液。

实施例2

（1）量取500mL水，加入10g羟乙基纤维素和2.5g部分水解聚丙烯酰胺（水解度20%，粘均分子量800-1200万），搅拌充分溶解配制成冻胶。

（2）向步骤（1）形成的冻胶中加入5g氯化钠和5g十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，在搅拌过程中所述冻胶的粘度逐渐增加。

（3）称取2.5g过硫酸铵加入步骤（2）形成的冻胶中，搅拌均匀，得到所需的水基压裂液。

实施例3

（1）量取500mL水，加入2.5g羧甲基羟乙基纤维素和2.5g部分水解聚丙烯酰胺（水解度50%，粘均分子量300-800万），搅拌充分溶解配制成冻胶。

（2）向步骤（1）形成的冻胶中加入0.25g十二烷基硫酸钠，搅拌均匀，在搅拌过程中所述冻胶的粘度逐渐增加。

（3）称取1.25g过硫酸铵和1.25g乙酸加入步骤（2）形成的冻胶中，搅拌均匀，得到所需的水基压裂液。

实施例4

（1）量取500mL水，加入3g羧甲基纤维素和3g羟乙基纤维素的混合物6g和4g部分水解聚丙烯酰胺（水解度30%，粘均分子量300-1000万），搅拌充分溶解配制成冻胶。

（2）向步骤（1）形成的冻胶中加入15g氯化铵和2.5g十二烷基磺酸钠，搅拌均匀，在搅拌过程中所述冻胶的粘度逐渐增加。

（3）称取7.5g过硫酸铵和2.5g草酸加入步骤（2）形成的冻胶中，搅拌均匀，得到所需的水基压裂液。

实施例5

（1）量取500mL水，加入10g羧甲基纤维素和2.5g部分水解聚丙烯酰胺（水解度20%，粘均分子量900-1800万），搅拌充分溶解配制成冻胶。

（2）称取2.5g过硫酸铵加入步骤（1）形成的冻胶中，搅拌均匀，得到所需的水基压裂液。

实施例6

（1）量取500mL水，加入6g羧甲基羟乙基纤维素和4g部分水解聚丙烯酰胺（水解度30%，粘均分子量300-900万），搅拌充分溶解配制成冻胶。

（2）向步骤（1）形成的冻胶中加入15g防膨剂氯化钾和2.5g助排剂石油磺酸钠，搅拌均匀，在搅拌过程中所述冻胶的粘度逐渐增加。

（3）称取7.5g过硫酸铵加入步骤（2）形成的冻胶中，搅拌均匀，得到所需的水基压裂液。

测试例

本发明进一步对实施例1～6中制备得到的水基压裂液进行了粘度、耐温性能测试、抗剪切性能、携砂性能和破胶性能测试，测试方法参见标准SY/T5107-2005，测试结果如下：

表1水基压裂液耐温性能测试

表2水基压裂液抗剪切性能测试结果

表3水基压裂液破胶能力测试结果

表4水基压裂液携砂能力测试结果

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种水基压裂液，其特征在于，所述水基压裂液包括：

1wt%-2.5wt%的稠化剂，0.5wt%-2wt%的破胶剂和水；

所述稠化剂由纤维素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺组成，所述破胶剂包括过硫酸盐；

所述质量百分数以所述水基压裂液中水的质量为基准。

2.根据权利要求1所述的水基压裂液，其特征在于，所述水基压裂液还包括占所述水质量1wt%-3wt%粘土防膨剂和/或占所述水质量0.05wt%-1wt%助排剂;

所述粘土防膨剂为氯化钾，所述助排剂为阴离子表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的水基压裂液，其特征在于，所述破胶剂由过硫酸盐和有机酸组成。

4.根据权利要求1-3任一所述的水基压裂液，其特征在于，

所述纤维素衍生物为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素或羧甲基羟乙基纤维素中的一种或几种；

所述部分水解聚丙烯酰胺的水解度为20%-50%，

所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为3×10⁶-1.8×10⁷。

5.根据权利要求4所述的水基压裂液，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的水基压裂液，其特征在于，所述稠化剂由羧甲基纤维素和部分水解的聚丙烯酰胺组成，所述羧甲基纤维素和所述部分水解聚丙烯酰胺的质量比为1：0.5。

7.根据权利要求3-6任一所述的水基压裂液，其特征在于，

所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或几种；

所述有机酸为乙酸、草酸、柠檬酸中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的水基压裂液，其特征在于，

所述过硫酸盐与所述有机酸的质量比为3：（1-3）。

9.根据权利要求8所述的水基压裂液，其特征在于，

10.一种权利要求1-9任一所述的水基压裂液的制备方法，包括

（1）在室温下，将水、1wt%-2.5wt%的稠化剂加入一烧杯中搅拌，使所述稠化剂配制成冻胶，在本步骤所述稠化剂由纤维素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺组成；

（2）将0.5wt%-2wt%的破胶剂加入所述步骤（1）形成的冻胶中，搅拌均匀，形成所需的水基压裂液，在本步骤所述破胶剂包括过硫酸盐；

所述质量百分数以水的质量为基准。

11.根据权利要求10所述的水基压裂液的制备方法，其特征在于，在加入所述破胶剂前还包括向所述冻胶中加入1wt%-3wt%粘土防膨剂和/或0.05wt%-1wt%助排剂并搅拌均匀的步骤。

12.根据权利要求10或11所述的水基压裂液的制备方法，其特征在于，所述破胶剂由质量比为3：（1-3）的过硫酸盐和有机酸组成。