CN103254886B - 一种超分子多元缔合清洁压裂液及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种油气田钻井技术领域，特别涉及一种超分子多元缔合清洁压裂液及其制备方法。由以下重量份的组分制成：水95-98份、稠化剂0.3-0.6份、交联剂0.3-0.6份、表面活性剂0.3-0.6份、防膨剂1-2份、破胶剂0.01-0.05份组成，所述的表面活性剂采用乙撑基双（十二烷基二甲基氯/溴化铵）或丙撑基双（十二烷基二甲基氯/溴化铵）；防膨剂选用环氧丙基三甲基氯化铵；破胶剂选用过硫酸铵。本发明的有益效果是：（1）清洁低伤害；（2）高效增粘性；（3）超强悬浮性；（4）超宽温度适应性；（4）抗盐性好；（5）剪切稳定性优异、摩阻小；（6）使用成本低。

Description

一种超分子多元缔合清洁压裂液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种油气田开采技术领域，特别涉及一种超分子多元缔合清洁压裂液及其制备方法。
背景技术
近几年开发的表面活性剂清洁压裂液，虽然对油层的伤害很小，但不具有常用的瓜尔胶压裂液的流变性能和滤失性能，这就可能导致滤液侵入地层深处、液体效率低（限制了缝长和缝宽）以及滤液清除的潜在困难。此外，清洁压裂液表面活性剂用量大（3%-4%），使用成本高，这无疑限制了其大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种超分子多元缔合清洁压裂液及其制备方法，
一种超分子多元缔合清洁压裂液，由以下重量份的组分制成：
水95-98份、稠化剂0.3-0.6份、交联剂0.3-0.6份、表面活性剂0.3-0.6份、防膨剂1-2份、破胶剂0.01-0.05份组成，所述的稠化剂的制备方法如下：首先将丙烯类单体配制成10-50%的水溶液，用质量百分比浓度为30%的氢氧化钠溶液调pH值至6-8，在氮气保护条件下，在焦亚硫酸钠作为引发剂作用下，升温至20-50℃进行聚合反应，得粘弹性超分子多元缔合聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎，即得；所述的交联剂的制备，取10.0份氯氧化锆加入70份水中，搅拌溶解，再依次加入4.4份柠檬酸、0.6份木糖醇、1.2份二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应制得柠檬酸锆螯合物；所述的表面活性剂采用乙撑基双（十二烷基二甲基氯/溴化铵）或丙撑基双（十二烷基二甲基氯/溴化铵）；防膨剂选用环氧丙基三甲基氯化铵；破胶剂选用过硫酸铵。
上述的丙烯类单体为丙烯酰胺、N，N-甲叉双丙烯酰胺（MBA）、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（AMPS）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）中的一种或多种。
上述的稠化剂的另一制备方法如下：
首先将100份丙烯酰胺、16份N，N-甲叉双丙烯酰胺（MBA）、12份2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（AMPS）、8份二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）单体配制成40%的水溶液，用质量百分比浓度为30%的氢氧化钠溶液调pH值至7，在氮气保护条件下，在引发剂亚硫酸氢钠的作用下，升温至30℃进行聚合反应，反应时间为1.5小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎制成干粉，即得。
上述的交联剂的另一制备方法如下：
取10份四氯化钛加入70份水中，搅拌溶解，再依次加入3.6份柠檬酸、1.5份乙二醇、1.0份二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应制得有机钛螯合物。
一种超分子多元缔合清洁压裂液的制备方法，由以下制作步骤制成（按重量份）：
首先制备所述稠化剂，其次制备所述交联剂，最后用量筒量取98.5份自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.5份的乙撑基双（十二烷基二甲基氯/溴化铵）、1.5份环氧丙基三甲基氯化铵、0.04份的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5份所述的稠化剂，待溶胀完全后，向烧杯中添加0.1份纯碱使pH值在7-9的范围内，然后加入0.4份所述的交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。
一种超分子多元缔合清洁压裂液的另一种制备方法，由以下制作步骤制成（按重量份）：
用量筒量取98份自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.6份的丙撑基双（十二烷基二甲基氯/溴化铵）、1.5份环氧丙基三甲基氯化铵、0.04份的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5份的所述稠化剂，待溶胀完全后，向烧杯中添加0.1份纯碱使pH值在7-9的范围内，然后徐徐加入约0.4份的所述交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。
本发明的有益效果具有以下显著优点：
（1）清洁低伤害；
产品全部溶解于水，全过程不产生沉淀和絮状不溶物，破胶后也不会产生不溶物，对储层无伤害或低伤害，是理想的清洁压裂液体系。
（2）高效增粘性；
超分子多元缔合清洁压裂液体系的主剂如氯氧化锆、四氯化钛在很低浓度下（如0.3%），就具有较高粘度，配合使用流变辅剂，稀溶液的粘度和结构大幅度增强，表现出极好的高效增粘性。
（3）超强悬浮性；
超分子多元缔合清洁压裂液的稀溶液具有较强的缔合结构，表现出优异粘弹性和剪切稀释性，无需交联即具有很好的悬浮性，配合使用流变助剂，结构明显增强，粘度仅40mPa.s左右就表现出对支撑剂超强的悬浮能力。
（4）超宽温度适应性；
一般在超低温和超高温区段，都是清洁压裂液体系的技术难关，超分子多元缔合清洁体系很好地解决了这些难题，表现出超宽的温度适应范围（25-150℃）。
超低温区（25-50℃）：超分子多元缔合清洁压裂液稠化剂在很低浓度下（如0.3%），即具有很好的流变性能，不用交联，所以容易彻底破胶，高度返排，很好地解决了低温破胶的传统难题。
超高温区（100-150℃）：采用聚合物高温稳定技术使得在如此超高温范围，也表现出清洁压裂液的优异性能。
（4）抗盐性好；
超分子多元缔合清洁压裂液具有优秀的抗盐性，超分子多元缔合清洁压裂液体系可以应用于盐水体系中，如KCl，甚至可以使用海水和产出污水配制溶液，在缺水的海上平台和干旱地带也可实施压裂作业。在弱酸如二氧化碳泡沫体系以及碱性体系中配伍性也很好。
（5）剪切稳定性优异、摩阻小；
超分子多元缔合清洁压裂液没有交联，所以溶液属于可逆结构，抗剪切性极好，易于压力传递，所以摩阻小。经泵送、炮眼和渗流过程不会明显破坏液体的流变性。
（6）使用成本低。
超分子多元缔合清洁压裂液体系中是清洁压裂液体系中用量最少的之一，浓度可低至0.3%，而传统VES清洁压裂液体系的使用浓度会达到10倍以上，因此具有明显的成本优势。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，以下实施例中采用的物质，除了注明的以外，其余均为市售。
实施例1：
首先制备稠化剂：首先将100g丙烯酰胺、15gN，N-甲叉双丙烯酰胺（MBA）、10g2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（AMPS）、5gN-乙烯基吡咯烷酮（NVP）单体配制成40%的水溶液，用30%氢氧化钠溶液调pH值至7，在氮气保护条件下，在引发剂焦亚硫酸钠的作用下，升温至30℃进行聚合反应，反应时间为1小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎制成干粉，即得多支化高分子聚合物稠化剂。
其次交联剂的制备，取10.0g氯氧化锆加入70g水中，搅拌溶解，再依次加入4.4g柠檬酸、0.6g木糖醇、1.2g二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应1小时，制得柠檬酸锆螯合物。
用量筒量取98.5mL自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.5g的乙撑基双（十二烷基二甲基氯/溴化铵）、1.5g环氧丙基三甲基氯化铵、0.04g的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5g的稠化剂，待溶胀完全后（约30min），向烧杯中添加0.1g纯碱使pH值在7-9的范围内，然后徐徐加入约0.4g的上述有机锆交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。
性能评价：
按照SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法对本发明的压裂液进行性能评价。
下面表1显示了由实施例1制得的压裂液部分性能指标。
压裂液性能：采用RS-6000流变仪，在90℃、170S-1剪切速率下测定耐温耐剪切能力。
表1：超分子多元缔合清洁压裂液性能评价。
表1数据显示，本发明压裂液在90℃左右，170s-1的条件下，剪切2h，粘度仍能保持100mPa.s以上，表明发明的压裂液的具有优异的耐温耐剪切能力。破胶液粘度低，破胶彻底，有利于最大限度地返排，减少对地层和裂缝的伤害。且破胶后残渣含量基本为0，与植物胶相比，该压裂液体系残渣含量大幅度降低，对地层伤害更小。
实施例2：
首先制备稠化剂：首先将100g丙烯酰胺、16gN，N-甲叉双丙烯酰胺（MBA）、12g2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（AMPS）、8g二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）单体配制成40%的水溶液，用30%氢氧化钠溶液调pH值至7，在氮气保护条件下，在引发剂亚硫酸氢钠作用下，升温至30℃进行聚合反应，反应时间为1.5小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎制成干粉，即得多支化高分子聚合物稠化剂。
其次交联剂的制备，取10.0g四氯化钛加入70g水中，搅拌溶解，再依次加入3.6g柠檬酸、1.5g乙二醇、1.0g二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应1小时，制得有机钛螯合物。
用量筒量取98mL自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.6g的丙撑基双（十二烷基二甲基氯/溴化铵）、1.5g环氧丙基三甲基氯化铵、0.04g的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5g的稠化剂，待溶胀完全后（约30min），向烧杯中添加0.1g纯碱使pH值在7-9的范围内，然后徐徐加入约0.4g的上述有机钛交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。
性能评价：
按照SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法对本发明的压裂液进行性能评价。
下面表2显示了由实施例2制得的压裂液部分性能指标。
压裂液性能：采用RS-6000流变仪，在90℃、170s-1剪切速率下测定耐温耐剪切能力。
表2：超分子多元缔合清洁压裂液性能评价
表2数据显示，本发明压裂液在90℃左右，170s-1的条件下，剪切2h，粘度仍能保持40mPa.s以上，表明发明的压裂液的具有优异的耐温耐剪切能力。破胶液粘度低，破胶彻底，有利于最大限度地返排，减少对地层和裂缝的伤害。且破胶后残渣含量基本为0，该压裂液体系残渣含量大幅度降低，对地层伤害更小，完全符合清洁压裂液的低伤害要求。

Claims (3)

1.一种多元缔合清洁压裂液，其特征是由以下重量份的组分制成：
水95-98份、稠化剂0.3-0.6份、交联剂0.3-0.6份、表面活性剂0.3-0.6份、防膨剂1-2份、破胶剂0.01-0.05份，以及使体系pH值为7-9范围内的纯碱，
所述稠化剂的制备方法为：首先将100份丙烯酰胺、16份N，N-甲叉双丙烯酰胺、12份2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸、8份二甲基二烯丙基氯化铵单体配制成40%的水溶液，用质量百分比浓度为30%的氢氧化钠溶液调pH值至7，在氮气保护条件下，在引发剂亚硫酸氢钠的作用下，升温至30℃进行聚合反应，反应时间为1.5小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎制成干粉，即得稠化剂；
所述的交联剂的制备方法为：取10.0份氯氧化锆加入70份水中，搅拌溶解，再依次加入4.4份柠檬酸、0.6份木糖醇、1.2份二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应制得柠檬酸锆螯合物；
所述的表面活性剂采用乙撑基双[十二烷基二甲基氯/溴化铵]或丙撑基双[十二烷基二甲基氯/溴化铵]；防膨剂选用环氧丙基三甲基氯化铵；破胶剂选用过硫酸铵。
2.根据权利要求1所述的多元缔合清洁压裂液，其特征是：所述的交联剂的另一制备方法如下：
取10份四氯化钛加入70份水中，搅拌溶解，再依次加入3.6份柠檬酸、1.5份乙二醇、1.0份二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应制得有机钛螯合物。
3.一种如权利要求1的多元缔合清洁压裂液的制备方法，其特征是由以下制作步骤制成，按重量份：
用量筒量取98份自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.6份的丙撑基双[十二烷基二甲基氯/溴化铵]、1.5份环氧丙基三甲基氯化铵、0.04份的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5份的所述稠化剂，待溶胀完全后，向烧杯中添加0.1份纯碱使pH值在7-9的范围内，然后徐徐加入0.4份的所述交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。
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