CN103865514A - 快速水合液体胍胶及含该液体胍胶的压裂基液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速水合液体胍胶，按重量百分比计，其组成为：分散相16-49.6%，分散介质50-83.3%，悬浮稳定剂0.4-10%。本发明还公开了一种压裂基液，所述快速水合液体胍胶和水按重量比1:50～500混合制成。该快速水合液体胍胶能够快速溶胀起粘、悬浮稳定性优越、制备方法简单且原料易获得，有利于规模化生产。

Description

快速水合液体胍胶及含该液体胍胶的压裂基液
技术领域
本发明涉及油田增产措施改造领域，具体涉及一种适用于连续混配压裂工艺的快速水合液体胍胶及含该液体胍胶的压裂基液。
背景技术
随着非常规油气藏大规模勘探开发，丛式井与水平井“工厂化”及“千方砂万方液”大型压裂模式将成为储层措施改造的重要手段。配液是压裂的一道重要工序，目前国内制备压裂液基液常采用分批混配的方式，即将胍胶及其衍生物与添加剂如杀菌剂、助排剂、粘土稳定剂、纯碱等在贮液罐内与水进行混合。这种配液方式存在以下主要问题：（1）大量胍胶及其衍生物粉末颗粒和其它粉末状添加剂的添加会产生化学粉末扬尘，扬尘现象可能会对施工人员的身体健康引起潜在的危害，例如呼吸道过敏反应和/或呼吸道过敏刺激；（2）配液时因人为因素引起的基液溢出或施工过程中因倒罐而导致基液的泄漏等问题都会造成基液的浪费及增加对环境的伤害；（3）施工后在贮液罐底部残留的压裂液基液或聚合物残渣带来清洗及处理问题，特别是废弃液如何处置以达到严格的排放标准从而降低对环境的危害问题；（4）液罐数量多、场地占用面积大、劳动强度大、配液时间长引起液体腐败等。这种配液方式是制约压裂施工提速提效的一大瓶颈。
连续混配压裂液技术则在克服上述缺陷的同时，提高了压裂施工效率，消除了压裂液浪费，减小了环境污染等问题，实现了边配边注的连续混配压裂施工。连续混配压裂液技术的实施要求压裂稠化剂在短时间内快速溶胀起粘，要求新型的连续混配装置具备能精准比例控制、黏度实时连续监测等功能。目前，国外已开始着手研究适用于连续混配压裂技术的液体胍胶增稠剂。快速溶胀起粘时间、悬浮效果、流动性、施工安全性、成本等因素是评价这种液体胍胶体系是否具备广阔应用前景的决定因素。国外现有的液体胍胶体系仍存在以下几个问题：（1）虽在一段时间内悬浮效果好，但因粘度过高，流动性极差，难以将其泵入连续混配车，即可泵送性差；（2）在满足流动性与可泵送性好的条件，下悬浮效果较差，引起液体胍胶悬浮体系中胍胶颗粒分散不均匀，在其通过连续混配车配制压裂基液时难以保证粘度的均一性，影响压裂施工质量；（3）液体胍胶体系在3-5min内难以达到最大基液粘度的85-90%，即水合溶胀起粘时间过长，增加了施工时间；（4）液体胍胶中引入的分散介质如柴油、煤油、低分子醇类、醚类、醇醚类等物质存在闪点低、可燃性强等缺陷，大大增加了施工现场安全风险；（5）制备液体胍胶体系的分散介质与悬浮稳定剂等物质成本高。
综上所述，本领域缺乏一种同时兼具优良快速溶胀起粘性、悬浮效果、流动性、施工安全性与成本优势的液体胍胶体系。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于连续混配压裂工艺，同时兼具优良的快速溶胀起粘性、悬浮效果、流动性、施工安全性和成本优势的快速水合液体胍胶体系。
为此，本发明的技术方案如下：
一种快速水合液体胍胶，按重量百分比计，其组成如下：
分散相          16-49.6%，
分散介质        50-83.3%，
悬浮稳定剂      0.4-10%，
其中，所述分散相为胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基胍胶和羧甲基羟丙基胍胶中的一种；
所述分散介质为聚乙二醇和聚丙二醇中的一种，其分子量均为200～1000Da；
所述悬浮稳定剂为纳米亲水性有机粘土、季铵盐改性蒙脱土和高取代度羟丙基纤维素中的一种，或其中任意两种的混合物，当采用任意两种的混合物时，纳米亲水性有机粘土与季铵盐改性蒙脱土的配比为任意比例，纳米亲水性有机粘土与高取代度羟丙基纤维素的配比为100:1～8,季铵盐改性蒙脱土与高取代度羟丙基纤维素的配比为100:1～8。
一种压裂基液，其由权利要求1所述快速水合液体胍胶和水按重量比1:50～500混合制成，优选的是，所述快速水合液体胍胶和水的重量比为1:60～100。优选的是，所述水的pH值为2～9；更优选的是，所述水的2≤pH≤5。
本发明的关键是将纳米亲水性有机粘土与高取代度羟丙基纤维素这两种已经存在的物质，经过复配处理后能使液体胍胶具备优良的悬浮稳定性及流动性，从而赋予其新的用途。
本发明的液体胍胶具备以下优点：
（1）能够快速溶胀起粘。在使用该液体胍胶体系配制压裂基液时，基液能在3-5min内达到最大粘度的85-90%，满足连续混配工艺的现场需求。
（2）悬浮稳定性优越。该液体胍胶体系在静置沉降3天内，甚至一周内，或更长时间内能够稳定悬浮不分层，胍胶颗粒悬浮均匀，能够保证其在配制压裂基液的过程中粘度的均一性，改善压裂施工质量。
（3）易储存运输。该液体胍胶体系经长时间储存运输过程中不腐败变质，集中制备的液体胍胶便于分配至多口井的压裂措施改造，或回收某口井剩余的液体胍胶以备下口井施工使用，避免浪费。
（4）粘度适中。该液体胍胶体系拥有合适的粘度，纳米亲水性有机粘土与羟丙基纤维素复合稳定剂的使用不仅能保证液体胍胶的悬浮性，又能赋予其优良的流动性。便于泵入连续混配装置进行压裂液连续混配工艺的实施。
（5）施工安全性高。该液体胍胶使用的分散介质为聚乙二醇或聚丙二醇，与常规的分散介质如柴油、煤油及低分子醇类等比较，闪点高，遇明火不燃，施工安全性高。
（6）对环境无伤害。该液体胍胶体系不具备生物毒性，在自然环境下能够生物降解。
（7）制备方法简单，原料易获得，有利于规模化生产。
（8）本发明提出的液体胍胶体系解决了常规配液液罐数量多、场地占用面积大、劳动强度大、配液时间长引起液体腐败等问题。
（9）成本低、经济效用高。传统人工配液方法存在的液罐数量多、劳动强度大、配液时间长、易引起细菌等微生物腐败、罐底余液浪费严重等问题，这些问题的解决降低了施工成本。
附图说明
图1为本发明的快速水合液体胍胶在不同pH值下的溶胀溶解曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的内容进行详细描述。这些实施例仅限于对本发明进行说明，不能用于限制本发明的保护范围。
在以下本实施例中，相关组分的来源如下：
高取代度羟丙基纤维素：由美国赫克力士集团公司生产，牌号为
Figure BDA0000478094520000051
季铵盐改性蒙脱土：由浙江丰虹新材料股份有限公司生产，牌号为HFGEL-120；
纳米亲水性有机粘土：由浙江丰虹新材料股份有限公司生产，牌号为DK5；
聚乙二醇、聚丙二醇、胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基胍胶和羧甲基羟丙基胍胶均为市售产品，在市场上均能买到。
实施例1
室温条件下，在盛有占总质量分数83.3%的聚乙二醇（分子量为300Da）中添加占总质量分数0.6%的高取代度羟丙基纤维素，高速搅拌10min，待上述混合物均匀溶解后，加入占总质量分数16%的羟丙基胍胶，高速搅拌15min，得到快速水合液体胍胶。用该快速水合液体胍胶与pH值不大于5的配液用水按重量比1：50配制的压裂基液，在3min内达到最大粘度的85%。
采用哈克RT-20型旋转流变仪对制备的上述快速水合液体胍胶进行粘度测试，样品量为50ml，转子选用PZ36。该快速水合液体胍胶在340S-1下的表观粘度值为190mPa.s，流动性优良。另外将快速水合液体胍胶缓慢倒入50ml具塞量筒中，准确定量至50ml，于室温下静置，在不同时间点记录悬浮液悬浮高度，计算悬浮率。悬浮率计算公式如下：悬浮率（%）=（不同时间点下的悬浮液高度值/50）*100（以下同）。沉降实验结果表明该悬浮液在一周时间内基本不沉降，悬浮稳定性好。
实施例2
室温条件下在盛有占总质量分数50%的聚乙二醇（分子量为200Da）中添加占总质量分数0.4%的高取代度羟丙基纤维素，高速搅拌10min，待上述混合物均匀溶解后，加入49.6wt%的羧甲基羟丙基胍胶，高速搅拌15min，得到快速水合液体胍胶。用该快速水合液体胍胶与pH值不大于5的配液用水按重量比1:60配制的压裂基液，在5min内达到最大粘度的90%。
采用哈克RT-20型旋转流变仪对上述制备的快速水合液体胍胶进行粘度测试，样品量为50ml，转子选用PZ36。该配比的快速水合液体胍胶在340S-1下的表观粘度值约为3450mPa.s，基本不流动。另外将快速水合液体胍胶悬浮液缓慢倒入50ml具塞量筒中，准确定量至50ml，于室温下静置，在不同时间点记录悬浮液悬浮高度，计算悬浮率。沉降实验结果表明该配比的悬浮液在3天内的悬浮率为98%，一周内的悬浮率为90%。
实施例3
室温条件下在盛有占总质量分数64.4%的聚乙二醇（分子量为1000Da）中添加占总质量分数0.4%的高取代度羟丙基纤维素，高速搅拌10min，继续添加3%纳米亲水性有机粘土，在超声波清洗器中超声处理30min，待上述混合物均匀溶解后，加入32.2%的羧甲基羟丙基胍胶，高速搅拌15min，得到快速水合液体胍胶。用该快速水合液体胍胶与pH值不大于5的配液用水按重量比1：100配制的压裂基液，在4min内达到最大粘度的88%。
采用哈克RT-20型旋转流变仪对上述制备的快速水合液体胍胶进行粘度测试，样品量为50ml，转子选用PZ36。该快速水合液体胍胶在340S-1下的表观粘度值为700mPa.s，粘度适中，流动性好。另外将快速水合液体胍胶缓慢倒入50ml具塞量筒中，准确定量至50ml，于室温下静置，在不同时间点记录悬浮液悬浮高度，计算悬浮率。沉降实验结果表明该快速水合液体胍胶在一周的时间内悬浮率接近100%，基本不沉降，悬浮稳定性好。
实施例4
室温条件下在盛有占总质量分数60%的聚乙二醇（分子量为300Da）中添加占总质量分数10%的季铵盐改性蒙脱土，高速搅拌10min，待上述混合物均匀溶解后，加入30wt%的羧甲基羟丙基胍胶，高速搅拌15min，得到快速水合液体胍胶。用该快速水合液体胍胶与pH值不大于5的配液用水按重量比1:500配制的压裂基液在3min内达到最大粘度的90%。
采用哈克RT-20型旋转流变仪对上述制备的液体胍胶进行粘度测试，样品量为50mL，转子选用PZ36。该配比的液体胍胶在340S-1下的表观粘度值约为750mPa.s，流动性适中。另外将液体胍胶悬浮液缓慢倒入50mL具塞量筒中，准确定量至50mL，于室温下静置，在不同时间点记录悬浮液悬浮高度，计算悬浮率。沉降实验结果表明该配比的悬浮液在3天内的悬浮率为99%，一周内的悬浮率为97%。
实施例5
室温条件下在盛有占总质量分数72.4%的聚乙二醇（分子量约为300Da）中添加占总质量分数0.4%高取代度羟丙基纤维素，高速搅拌10min，继续添加3%纳米亲水性有机粘土，在超声波清洗器中超声处理30min，待上述混合物均匀溶解后，加入24.2wt%的羧甲基羟丙基胍胶，高速搅拌15min，得到快速水合液体胍胶。用该快速水合液体胍胶与pH值不大于5的配液用水按重量比1:70配制的压裂基液，在4min内达到最大粘度的85%。
采用哈克RT-20型旋转流变仪对上述制备的液体胍胶进行粘度测试，样品量为50mL，转子选用PZ36。该配比的液体胍胶在340S-1下的表观粘度值约为650mPa.s，粘度适中，流动性好。另外将液体胍胶悬浮液缓慢倒入50mL具塞量筒中，准确定量至50mL，于室温下静置，在不同时间点记录悬浮液悬浮高度，计算悬浮率。沉降实验结果表明该配比的悬浮液在一周的时间内悬浮率接近100%，基本不沉降，悬浮稳定性好。
实施例6
室温条件下在盛有占总质量分数60%聚乙二醇（分子量为300Da）中添加占总质量分数10%纳米亲水性有机粘土，高速搅拌10min，待上述混合物均匀溶解后，加入30%羧甲基胍胶，高速搅拌15min，得到快速水合液体胍胶。用该快速水合液体胍胶与pH值不大于5的配液用水按重量比1:70配制的压裂基液，在3min内达到最大粘度的90%。
采用哈克RT-20型旋转流变仪对上述制备的液体胍胶进行粘度测试，样品量为50ml，转子选用PZ36。该配比的液体胍胶在340S-1下的表观粘度值约为750mPa.s，流动性适中。另外将液体胍胶悬浮液缓慢倒入50ml具塞量筒中，准确定量至50ml，于室温下静置，在不同时间点记录悬浮液悬浮高度，计算悬浮率。沉降实验结果表明该配比的悬浮液在3天内的悬浮率为98%，一周内的悬浮率为96%。
实施例7
快速水合液体胍胶的溶胀起粘实验在室温下进行，将6克实施例3制得的快速水合液体胍胶快速加入高速搅拌的具有不同pH值（5、7和9）的400mL水中，搅拌数秒使其分散均匀，得到压裂基液。将压裂基液快速转移至不锈钢杯内，并于六速旋转粘度计下在设定的时间点内检测300rpm对应的粘度值（见图1所示）。图1表明，当配液用水的pH值为9时，压裂基液在15min内不起粘；当配液用水的pH值为7时，压裂基液随着水合时间的增加，其表观粘度先快速增加后趋于平缓，配液用水pH为5时，压裂基液达到最佳基液粘度的85%-90%所需的时间更短，为3-5min。虽然图中未示，当pH＜5时，例如pH值为2～4时，压裂基液达到最佳基液粘度的85%-90%所需的时间稍长一些，为5-8min。

Claims (5)

1.一种快速水合液体胍胶，按重量百分比计，其组成如下：
分散相          16-49.6%，
分散介质        50-83.3%，
悬浮稳定剂      0.4-10%，
其中，所述分散相为胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基胍胶和羧甲基羟丙基胍胶中的一种；
所述分散介质为聚乙二醇和聚丙二醇中的一种，其分子量均为200～1000Da；
所述悬浮稳定剂为纳米亲水性有机粘土、季铵盐改性蒙脱土和高取代度羟丙基纤维素中的一种，或其中任意两种的混合物，当采用任意两种的混合物时，纳米亲水性有机粘土与季铵盐改性蒙脱土的配比为任意比例，纳米亲水性有机粘土与高取代度羟丙基纤维素的配比为100:1～8,季铵盐改性蒙脱土与高取代度羟丙基纤维素的配比为100:1～8。
2.一种压裂基液，其特征在于，由权利要求1所述快速水合液体胍胶和水按重量比1:50～500混合制成。
3.如权利要求2所述的压裂基液，其特征在于，所述快速水合液体胍胶和水的重量比为1:60～100。
4.如权利要求2或3所述的压裂基液，其特征在于，所述水的pH值为2～9。
5.如权利要求4所述的压裂基液，其特征在于，所述水的pH≤5。
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