CN103670359A

CN103670359A - 一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法

Info

Publication number: CN103670359A
Application number: CN201310661695.3A
Authority: CN
Inventors: 孙虎; 王祖文; 张冕; 廖乐军; 陈亚联; 高红平; 郭伟林; 高燕; 李楠; 李婧; 赵文钢; 陈飞; 陶长州; 白锋军; 樊启国; 刘小会; 彭树禹
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: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明涉及一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：1）制备压裂液；2）非降解性破胶；3）破胶、返排；4）二次利用。所述的非降解性破胶是在压裂结束时，压裂液中的复合破胶剂FPJJ-1不断的释放出氢离子，可根据地层液温度的分布使得反应平衡发生变化，并且返排液中有相当量的稠化剂存在，实现了植物胶压裂液的非降解性破胶。该方法可减少作业污水的排放及压裂液添加剂的浪费，具有良好的经济效益和环保效应。

Description

一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法

技术领域

本发明涉及一种植物胶类压裂液非降解性破胶的方法，属油气田开发增产措施领域。

背景技术

目前广泛使用的HPGF水基冻胶压裂液具有抗剪切性好、热稳定性好、水不溶物和破胶残渣较低、控制滤失能力强等诸多优点。自2011年底，瓜尔胶粉价格上涨迅猛，使得胍胶压裂液成本大幅度增加，因此植物胶压裂液非降解性破胶的技术对压裂液的回收利用具有良好的知道意义，同时可大幅度的降低成本。

在压裂施工过程中，压裂液必须具有良好的粘性和弹性，并且管路沿程摩阻要尽可能小，以便使压裂液具有良好的携砂性，同时还可降低施工的压力，减轻压裂泵车的负荷，提高施工的质量。而在压裂停泵关井之后，携砂液则要快速的水化，使其中的体型或线型高分子降解为低分子物质，以便压裂液的快速返排，从而达到降低地层伤害，提高增产效果的目的。因此压裂液的破胶技术也是压裂改造的关键环节之一。

目前常规的压裂液稠化剂以植物胶类为主，交联剂以金属类、非金属类以及复合型等为主。在施工结束后为达到快速返排的目的则必须采用一定的化学、物理方法使其快速破胶、降粘。

现有植物胶压裂液破胶方法的主要缺点：

（1）破坏植物胶压裂液分子结构：目前常用的破胶剂多为氧化型破胶剂（过硫酸铵、双氧水、次氯酸钠、高锰酸钾等）或者生物酶破胶剂，以上破胶剂均破坏了植物胶压裂液的分子链，将长链的高分子降解为小分子，从而使得植物胶原有的可交联的基团大大减少或者完全丧失，使得返排液不能重新二次配液或者二次交联。

（2）环境污染严重：压裂液氧化破胶后排入排污池后不但造成了稠化剂、水资源的浪费，同时给现场的施工增添了一定的工作量（备水、挖排污池、运输污水等），另一方面更重要的是给当地的水源、大气、土壤、农作物生长等带来了严重的影响。

（3）安全与环境风险多：目前常用的破胶剂为过硫酸铵，为白色颗粒，以纤维带包装，配制时易对人产生腐蚀，且在低温下难以快速混合均匀。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术的不足，而提供了一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法。该方法是在压裂液进入地层后，可进行非降解性破胶，不会破坏植物胶压裂液分子主链结构，同时又可满足压后返排的要求，返排液回收后又可进行二次交联，具有良好的经济效益和环保效应。

本发明的技术方案是：一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

1）制备压裂液；

2）非降解性破胶；

3）破胶、返排；

4）二次利用。

所述步骤1）制备压裂液：称取0.25-0.30g植物胶类稠化剂，在2000rad/min条件搅拌，缓慢、均匀的将其加入到100mL自来水中，搅拌3-5mim后终止，静置1-2h，使其充分溶胀；加入0.3mL的粘土稳定剂NTWDJ-1、0.1mL的杀菌剂SSJ-1，搅拌30-90s；加入0.30-0.5mL的助排剂CF-5D，搅拌30-90s；加入0.01-0.02mL的复合破胶剂FPJJ-1，搅拌60-90s，加入0.25mL的交联剂JLJ-1,搅拌60-90s，即可。

所述步骤2）非降解性破胶：是指压裂结束后，在关井过程中，使步骤1中的压裂液中的复合破胶剂FPJJ-1与配方中的其它助剂进行反应；在地层温度为50-100℃，复合破胶剂FPJJ-1不断的释放出氢离子，从而使得交联剂中硼酸根分布系数降低至0.20以下；在地层水为CaCl₂时，CaCl₂水具有弱酸性，使得FPJJ-1解离反应的化学平衡向右移动，其反应温度为50-100℃、反应时间为0.5-2小时。

所述步骤3）破胶、返排：是指在步骤2）作用下，可使返排液的pH在6-7.5，实现压裂液的破胶、返排。

所述步骤4）二次利用：将破胶后的反排液静置15-30min后，取上层清液100mL，在100-150rad/min下搅拌30s，依次加入0.05g-0.15g的植物胶类稠化剂、0.1mL的杀菌剂SSJ-1、0.40-0.60mL的交联剂JLJ-1，在100-150rad/min下搅拌50-70s，即可再次形成交联压裂液。

所述的粘土稳定剂NTWDJ-1、杀菌剂SSJ-1、助排剂CF-5D、复合破胶剂FPJJ-1、交联剂JLJ-1均为商品名称，均购于长庆井下工程技术发展研究中心，地址为咸阳市朝阳七路。

所述的植物胶类稠化剂为瓜儿胶、羟丙基瓜儿胶、超级瓜胶的一种或几种混合。

所述的交联剂JLJ-1为非金属交联剂。

本发明的优点是：

1、在压裂结束时，压裂液中的复合破胶剂FPJJ-1不断的释放出氢离子，可根据地层液温度的分布使得反应平衡发生变化，从而实现了破胶；

2、可采用潜在酸在地层条件下使得交联液实现破胶，但不破坏植物胶分子，可实现二次交联；

3、实现了植物胶压裂液体系交联的逆转；

4、综合利用了反应动力学、反应热力学原理对植物胶进行破胶；

5、使植物胶压裂液残液得到了重复利用。

该技术能对植物胶压裂液进行非降解性破胶，克服了原有破胶剂（氧化性破胶剂）破坏植物胶分子链主链的缺点，可实现了植物胶压裂液返排液的二次交联，不但减少了压裂液返排液对环境的污染，同时还可降低水资源和植物胶稠化剂的浪费，减少了施工工序及质量控制点，缩短施工的周期；本方法操作简单，无需对压裂液进行深度处理，可实现稠化剂的回收，具有良好的经济效益及环保效应，应用前景非常广泛。

附图说明

图1 非降解性破胶技术工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

1）制备压裂液：称取0.28g植物胶类稠化剂，在2000rad/min条件搅拌，缓慢、均匀的将其加入到100mL自来水中，搅拌3-5mim后终止，静置1-2h，使其充分溶胀；加入0.3mL的粘土稳定剂NTWDJ-1、0.1mL杀菌剂SSJ-1，搅拌30-90s；加入0.4mL的助排剂CF-5D，搅拌30-90s；加入0.015mL的复合破胶剂FPJJ-1，搅拌60-90s，加入0.25mL的交联剂JLJ-1,搅拌60-90s，即可。

2）非降解性破胶：是指压裂结束后，在关井过程中，使步骤1中的压裂液中的复合破胶剂FPJJ-1与配方中的其它助剂进行反应；在地层温度为80℃，复合破胶剂FPJJ-1不断的释放出氢离子，从而使得交联剂中硼酸根分布系数降低至0.20以下；在地层水为CaCl₂时，CaCl₂水具有弱酸性，使得FPJJ-1解离反应的化学平衡向右移动，其反应温度为80℃、反应时间为1.5小时。

3）破胶、返排：是指在步骤2）作用下，可使返排液的pH在6-7.5，实现压裂液的破胶、返排。

4）二次利用：将破胶后的反排液静置15-30min后，取上层清液100mL，在100-150rad/min下搅拌30s，依次加入0.10g的植物胶类稠化剂、0.1mL的杀菌剂SSJ-1、0.50的交联剂JLJ-1，在100-150rad/min下搅拌50-70s，即可再次形成交联压裂液。

所述的粘土稳定剂NTWDJ-1、杀菌剂SSJ-1、助排剂CF-5D、复合破胶剂FPJJ-1、交联剂JLJ-1均为商品名称，均购于长庆井下工程技术发展研究中心，地址为咸阳市朝阳七路。其中，该交联剂JLJ-1为非金属交联剂，所述的植物胶类稠化剂为瓜儿胶。

实施例2

同实施例1基本相同，不同之处是：所述步骤1）制备压裂液：植物胶类稠化剂为0.25g、助排剂CF-5D为0.30mL、复合破胶剂FPJJ-1为0.01mL；所述步骤2）地层温度为50℃，其反应温度为50℃、反应时间为0.5小时；所述步骤4）植物胶类稠化剂为0.05g、交联剂JLJ-1为0.40mL；所述的植物胶类稠化剂为羟丙基瓜儿胶。

实施例3

同实施例1基本相同，不同之处是：所述步骤1）制备压裂液：植物胶类稠化剂为0.3g、助排剂CF-5D为0.50mL、复合破胶剂FPJJ-1为0.02mL；所述步骤2）地层温度为100℃，其反应温度为100℃、反应时间为2小时；所述步骤4）植物胶类稠化剂为0.15g、交联剂JLJ-1为0.60mL；所述的植物胶类稠化剂为瓜儿胶和羟丙基瓜儿胶按质量比1：1混合。

上述实施例中的植物胶类稠化剂还可以瓜儿胶、羟丙基瓜儿胶、超级瓜胶的一种或几种混合。

实施例4

取实施例1中步骤1的压裂液100mL，在80℃条件下恒温放置2h，每隔0.5h观察其外观并测定粘度。实验结果表明：在刚加入FPJJ-1后，交联压裂液粘度约在80-100mPa.s之间，未完全破胶；在后放置1.5小时后，测定其破胶液粘度为12mPa.s，与压裂液基液粘度（14mPa.s）相当，说明破胶液中含有一定量的稠化剂。量取上述破胶液100mL，加入SSJ-1 0.1mL及JLJ-1 0.6mL后搅拌50-70s，再次形成交联压裂液。

实施例5

取实施例1步骤1的压裂液100mL，加入1-10mL模拟地层水，研究地层水的破胶作用。实验结果表明当模拟地层水的加入量在1-3mL时，交联压裂液在常温下粘度无明显变化，当模拟地层水量由4mL增加至5mL时，交联压裂液在常温下呈弱交联现象；当模拟地层水量由6mL增加至7mL时，交联压裂液粘度明显下降，测得其粘度分别为34mPa.s及22mPa.s，当地层水用量为8mL时，交联压裂液破胶，测定其粘度约为13mPa.s，说明模拟地层水对该压裂液有非降解性破胶的作用。

实施例6

1.取100mL的实施例1的压裂液采用两性离子流动相离子色谱测定交联剂中硼酸根离子的分布系数。实验结果表明，常规的瓜胶及其他植物胶压裂液在交联剂用量正常范围内，当分布分数低于0.2时硼酸根离子浓度较低，难以形成有效的交联，冻胶即降黏蜕化为原胶。

2.取100mL的实施例1的压裂液的交联压裂液采用两性离子流动相离子色谱测定一定量交联剂在不同温度条件下硼酸根分布系数与pH之间的变化规律。当温度为40℃时，pH值小于8.5时难以形成有效的交联结构；温度上升至70℃时，pH值小于9.5时难以形成有效的交联结构；温度上升至90℃时，pH值小于10.0时难以形成有效的交联结构；温度上升至150℃时，pH值小于10.5时难以形成有效的交联结构。

3.压裂施工时裂缝附近温度场分布初期进入裂缝的压裂液温度很快升高，接近地层的初始温度，随后进入的压裂液升温速率变缓。施工结束时，整个人工裂缝前部近1/3为高温区，接近原始地层温度，而裂缝中后部约2/3为降温区。停泵以后，由于地层的热传导，裂缝内液体温度逐渐升高。注液期间裂缝温度降低有利于压裂液的稳定，停泵后裂缝温度恢复，使压裂液中硼酸根分布分数减少，有利于压裂液实现非降解性破胶。

实施例7

1.对实施例1的植物胶压裂液非降解性破胶方法与采用连续混配配液工艺进行测定对比，节约稠化剂用量60%，节约添加剂用量50%。

2.压裂液返排液现场配液120m³，累计加砂20m³，平均砂比21.1%，最高砂比42.0%。经调整配方后现场压裂液配液、交联较好，施工过程中加砂较平稳。

3.压裂施工结束后返排液粘度为9mPa.s，返排液表界面张力分别为23.12mN/m、1.86 mN/m，助排效果较佳。

将实施例2和3同实施例1一样做实施例4-7的试验，验证结果同实施例1一致。

本发明在压裂结束后，在地层的加热作用下，交联剂的分布系数变小，有利于压裂液实现非降解性破胶。据此可分别设计前置液和携砂液，携砂液的耐温程度只要达到注液后裂缝内相对较低的温度水平即可。携砂液在地层温度恢复时就可大幅度降黏。压裂液中还可以加入缓释酸，保证在泵注前置液、携砂液时释放出的酸量不足以影响压裂液的交联性能；施工结束后使压裂液pH值降低到适当的值，由此降低压裂液中硼酸根的浓度，实现压裂液的非降解性破胶。本发明的方法适应于植物胶类压裂液的破胶，可使植物胶类压裂液在不破坏高分子主链的条件下破胶，可实现压裂液的二次重复利用。

Claims

1.一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

1）制备压裂液；

2）非降解性破胶；

3）破胶、返排；

4）二次利用。

2.根据权利要求1所述的一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：所述步骤1）制备压裂液：称取0.25-0.30g植物胶类稠化剂，在2000rad/min条件搅拌，缓慢、均匀的将其加入到100mL自来水中，搅拌3-5mim后终止，静置1-2h，使其充分溶胀；加入0.3mL的粘土稳定剂NTWDJ-1、0.1mL的杀菌剂SSJ-1，搅拌30-90s；加入0.30-0.5mL的助排剂CF-5D，搅拌30-90s；加入0.01-0.02mL的复合破胶剂FPJJ-1，搅拌60-90s，加入0.25mL的交联剂JLJ-1 ,搅拌60-90s，即可。

3.根据权利要求1所述的一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：所述步骤2）非降解性破胶：是指压裂结束后，在关井过程中，使步骤1中的压裂液中的复合破胶剂FPJJ-1与配方中的其它助剂进行反应；在地层温度为50-100℃，复合破胶剂FPJJ-1不断的释放出氢离子，从而使得交联剂中硼酸根分布系数降低至0.20以下；在地层水为CaCl₂时，CaCl₂水具有弱酸性，使得FPJJ-1解离反应的化学平衡向右移动，其反应温度为50-100℃、反应时间为0.5-2小时。

4.根据权利要求1所述的一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：所述步骤3）破胶、返排：是指在步骤2）作用下，可使返排液的pH在6-7.5，实现压裂液的破胶、返排。

5.根据权利要求1所述的一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：所述步骤4）二次利用：将破胶后的反排液静置15-30min后，取上层清液100mL，在100-150rad/min下搅拌30s，依次加入0.05g-0.15g的植物胶类稠化剂、0.1mL的杀菌剂SSJ-1、0.40-0.60mL的交联剂JLJ-1，在100-150rad/min下搅拌50-70s，即可再次形成交联压裂液。

6.根据权利要求1所述的一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：所述的粘土稳定剂NTWDJ-1、杀菌剂SSJ-1、助排剂CF-5D、复合破胶剂FPJJ-1、交联剂JLJ-1均为商品名称，均购于长庆井下工程技术发展研究中心，地址为咸阳市朝阳七路。

7.根据权利要求2或5所述的一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：所述的植物胶类稠化剂为瓜儿胶、羟丙基瓜儿胶、超级瓜胶的一种或几种混合。

8.根据权利要求2、5、6中的任意一种所述的一种植物胶压裂液非降解性破胶的方法，其特征是：所述的交联剂JLJ-1为非金属交联剂。