CN104046348B - 一种海藻酸钠水基压裂液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海藻酸钠水基压裂液及其制备方法。该海藻酸钠水基压裂液由以下成份组成：成胶剂、增稠剂、交联剂、破胶剂和水，所述成胶剂为海藻酸钠，所述增稠剂为聚丙烯酰胺，其中，以水基压裂液的质量计，所述海藻酸钠的添加量为0.5～5.0wt%,所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5～3.0wt%，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt%，余量为水。本发明提供的海藻酸钠水基压裂液，克服了现有技术中水基压裂液的成胶剂使用的聚丙烯酰胺本身具有良好的絮凝性造成破胶速度慢、破胶后残渣含量高的问题，具有破胶迅速且残渣含量少的性能；本发明还提供了该海藻酸钠水基压裂液的制备方法。

Description

一种海藻酸钠水基压裂液及其制备方法

技术领域

本发明属于流体矿开采领域，具体涉及一种海藻酸钠水基压裂液及其制备方法。

背景技术

在流体矿的开采中，通常采用压力将地层压开，形成裂缝，再将携带支撑剂的压裂液注入裂缝，压裂液将支撑剂携带进入地层裂缝后，压裂液经破胶后返排，支撑剂留在裂缝内起到支撑裂缝的作用。目前，压裂液主要包括泡沫压裂液、油基压裂液、清洁压裂液和水基压裂液。其中，水基压裂液由于其对地层的适应性好，且具有良好的稳定性，相关压裂设备以及工艺成熟性也较高，被广泛的应用于油田开采领域中。

水基压裂液一般由水、成胶剂、交联剂和破胶剂组成，其中所述成胶剂一般使用天然高分子化合物，例如胍胶，或合成高分子化合物，例如聚丙酰胺。由于，胍胶的的价格大幅度增加，导致由胍胶或胍胶衍生物制备得到的水基压裂液的成本变高，而由聚丙烯酰胺作为成胶剂制备得到的压裂液成本较低。例如，中国专利文献CN101805600A公开了一种适用于煤层气储层的冻胶压裂液，由0.3%-0.5wt%的相对分子量为965×10⁴的非离子型聚丙烯酰胺、0.014%-0.04wt%的交联剂氧氯化锆、0.01%-0.12wt%的pH调节剂、0.06%-0.12wt%的由过硫酸铵和亚硫酸钠组成的破胶剂和余量的水组成。

上述技术中，以非离子型聚丙烯酰胺为成胶剂，以氧氯化锆为交联剂，非离子型聚丙烯酰胺与氧氯化锆在一定pH条件下可以形成水基冻胶压裂液，该压裂液具有价格低廉、低温交联速度快、粘度大等优点。但是，上述技术中采用非离子型聚丙烯酰胺作为成胶剂时，由于非离子型聚丙烯酰胺具有良好的絮凝性，而絮凝性会阻碍非离子型聚丙烯胺交联后形成的压裂液的破胶，造成压裂液破胶速度慢、且破胶后残渣含量高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中水基压裂液的成胶剂使用的聚丙烯酰胺本身具有良好的絮凝性造成破胶速度慢、破胶后残渣含量高的问题，进而提供一种破胶速度块且残渣含量少的水基压裂液；本发明还提供了该水基压裂液的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海藻酸钠水基压裂液，包括成胶剂、增稠剂、交联剂、破胶剂和水，所述成胶剂为海藻酸钠，所述增稠剂为聚丙烯酰胺；其中，以水基压裂液的质量计，所述海藻酸钠的添加量为0.5～5.0wt%,所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5～3.0wt%，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt%，余量为水。

以水基压裂液的质量计，所述海藻酸钠的添加量为0.5～1.5wt%,所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5～1.0wt%，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt%，余量为水。

所述交联剂为有机锆、无机锆、有机铝、无机铝、有机钛、有机硼、无机硼中的任意一种或多种；所述破胶剂为过硫酸盐。

所述有机锆为柠檬酸锆、乳酸锆或乙酰丙酮锆；所述无机锆为氧氯化锆、硝酸锆或四氯化锆；所述有机铝为柠檬酸铝、乙酰丙酮铝或草酸铝；所述有机钛为钛酸丁酯、钛酸二异丙酯；所述有机硼为三乙基硼；所述无机硼为硼砂、硼酸钾或硼酸；所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的任意一种或几种。

所述原料中还包括粘土防膨剂，其中，所述粘土防膨剂为氯化钾，氯化铵或氯化铝中的任意一种；所述粘土防膨剂含量占所述水基压裂液质量的1～5wt%。

还包括助排剂；其中，所述助排剂为阴离子表面活性剂；所述助排剂的含量占所述水基压裂液质量的0.1～0.5wt%。

所述海藻酸钠为经过滤或离心处理后的海藻酸钠。

本发明还提供了所述海藻酸钠水基压裂液的制备方法，包括如下步骤：

（1）将海藻酸钠或海藻酸钠和粘土防膨剂或海藻酸钠、粘土防膨剂和助排剂溶于水中，混合均匀，得到稠化水；

（2）将交联剂溶于水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

（3）将所述步骤（2）中的交联剂水溶液缓慢加入步骤所述（1）中的稠化水中，得到冻胶溶液。

（4）将所述聚丙烯酰胺加入至上述冻胶溶液中，最后加入所述破胶剂得到海藻酸钠水基压裂液。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明所述海藻酸钠水基压裂液，以海藻酸钠为成胶剂，以聚丙烯酰胺为增稠剂，所述成胶剂海藻酸钠与压裂液体系中的交联剂发生交联反应，形成具有空间网格结构的物质，作为增稠剂的聚丙烯酰胺被包裹于该空间网格内，使得该压裂液的粘度和携砂能力大大增加，具有携砂能力强的优点。此外，由于海藻酸钠分子量的相对较低，其与交联剂发生交联反应后生成的物质易于破胶，而聚丙烯酰胺在本发明所述压裂液体系中只是起到增稠作用，其并没有参与交联反应，因此，本发明所述海藻酸钠水基压裂液还具有易于破胶、破胶后残渣含量低的优点。

（2）本发明所述海藻酸钠水基压裂液，进一步控制所述海藻酸钠的添加量为0.5～1.5wt%,所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5～1.0wt%，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt%，余量为水。在上述特定量的配比条件下，制备得到的水基压裂液具有优异的携砂能力以及破胶后残渣含量低的优点，经测试，破胶后的残渣含量仅为1～4wt%。此外，本发明中，由于成胶剂和聚丙烯酰胺的用量少，且海藻酸钠本身的价格低廉，因此还使得本发明所述水基压裂液的成本大大降低。进一步地，本发明通过选择经过滤或离心处理的海藻酸钠作为成胶剂来提高成胶剂海藻酸钠的纯度，降低海藻酸钠中的杂质含量，可以进一步降低压裂液破胶后的残渣含量，提高压裂效果。

（3）所述海藻酸钠水基压裂液的制备方法，通过在交联后的海藻酸钠压裂液体系中加入增稠剂，从而避免了增稠剂参与交联反应的可能性，这样可以保证所述增稠剂在该水基压裂液体系中仅起到增稠的作用，又可以避免在破胶液中引入新的大分子残渣物质。通过本发明所述制备方法制备得到的水基压裂液具有残渣含量较低且压裂液成本低的优点。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。

实施例中所使用的原料若非特指，均为公知的、市售化工原料，具体为：

实施例1

本实施例中所述水基压裂液A包括如下组分：5g的海藻酸钠、0.5g的聚丙烯酰胺、0.5g的硼砂、0.6g的过硫酸铵、93.4g的水。

本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：

（1）将上述特定量的海藻酸钠溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；

（2）将上述特定量的硼砂溶于23.4g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；

（4）将上述特定量的聚丙烯酰胺加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸铵破胶剂得到水基压裂液A。

按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液A在30℃下粘度为510mPa·s，在170s^-1转速下剪切1h后的粘度为170mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。

实施例2

本实施例中所述水基压裂液B包括如下组分：4.0g的海藻酸钠、1.5g的聚丙烯酰胺、0.4g的钛酸丁酯、0.5g的过硫酸钾、93.6g的水。

本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：

（1）将上述特定量的海藻酸钠溶于40g的水中，混合均匀，得到稠化水；

（2）将上述特定量的钛酸丁酯溶于53.6g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；

（4）将上述特定量的聚丙烯酰胺加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸钾破胶剂得到水基压裂液B。

按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液B在30℃下粘度为490mPa·s，在170s^-1转速下剪切1h后的粘度为130mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。

实施例3

本实施例中所述水基压裂液C包括如下组分：3.0g的海藻酸钠、2.5g的聚丙烯酰胺、0.15g的柠檬酸铝、0.1g的硼酸钾、0.05g的硼酸、0.4g的过硫酸钠、93.8g的水。

本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：

（1）将上述特定量的海藻酸钠溶于60g的水中，混合均匀，得到稠化水；

（2）将上述特定量的柠檬酸铝、硼酸钾、硼酸溶于33.8g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；

（4）将上述特定量的聚丙烯酰胺加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸钠破胶剂得到水基压裂液C。

按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液C在30℃下粘度为480mPa·s，在170s^-1转速下剪切1h后的粘度为89mPa·s，耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。

实施例4

本实施例中所述水基压裂液D包括如下组分：2.0g的海藻酸钠、3g的聚丙烯酰胺、0.1g的钛酸二异丙酯、0.05g的VTG-13（任丘市双兴化工有限公司）、0.05g的三乙基硼、0.2g的过硫酸铵、94.6g的水。

本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：

（1）将上述特定量的海藻酸钠溶于60g的水中，混合均匀,得到稠化水。

（2）将上述特定量的钛酸二异丙酯、VTG-13、三乙基硼溶于34.6g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；

（4）将上述特定量的聚丙烯酰胺加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸铵破胶剂得到水基压裂液D。

按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液D在30℃下粘度为420mPa·s，在170s^-1转速下剪切后的粘度为60mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。

实施例5

本实施例中所述水基压裂液E包括如下组分：1.5g的海藻酸钠、0.5g的聚丙烯酰胺、0.1g的乙酰丙酮铝、0.05g的草酸铝、0.6g的过硫酸钠、1.0g的氯化钾、96.25g的水。

本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：

（1）将上述特定量的海藻酸钠、氯化钾溶于60g的水中，混合均匀，得到稠化水；

（2）将上述特定量的乙酰丙酮铝、草酸铝溶于36.25g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；

（4）将上述特定量的聚丙烯酰胺加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸钠破胶剂得到水基压裂液E。

按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液E在30℃下粘度为410mPa·s，在170s^-1_转速下剪切1h后的粘度为80mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。

实施例6

本实施例中所述水基压裂液F包括如下组分：1.2g的海藻酸钠、0.7g的聚丙烯酰胺、0.06g的乳酸锆、0.03g的硝酸锆、0.03g的四氯化锆、0.4g的过硫酸铵、3.0g的氯化铝、0.1g的十二烷基苯磺酸钠、94.48g的水。

本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：

（1）将上述特定量的海藻酸钠、氯化铝、十二烷基苯磺酸钠溶于60g的水中，混合均匀，得到稠化水。

（2）将上述特定量的乳酸锆、硝酸锆、四氯化锆溶于34.48g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；

（4）将上述特定量的聚丙烯酰胺加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸铵破胶剂得到水基压裂液F。

按照标准规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液F在30℃下粘度为490mPa·s，在170s^-1转速下剪切1h后的粘度为68mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。

对比例

基液配制：在49.85kg水中加入非离子聚丙烯酰胺150g充分溶解，加入过硫酸铵15g和亚硫酸钠15g，再加入盐酸60g将体系ph值调节为1.5，配成基液。将氧氯化锆7g加入到基液中并搅拌形成锆冻胶压裂液。

按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本对比例中所述压裂液在30℃下粘度为450mPa·s，在170s^-1转速下剪切1h后的粘度为80mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。

本发明进一步对实施例1～6中制备得到的水基压裂液A～F以及对比例中制备得到的压裂液进行了粘度、耐温性能测试、抗剪切性能、携砂性能和破胶性能测试，测试方法如下：

破胶能力测试方法：取500ml烧杯，分别取上述实施例1～6和对比例中制备得到的压裂液250ml，其中每一个实施例中的压裂液均取三份，然后向所述每份压裂液中分别混入0.25g过硫酸铵，在65℃下恒温，各实施例中的三份压裂液分别恒温0.5h、1h和2h，分别利用定量滤纸过滤各实施例中的三份压裂液分别在恒温破胶0.5h、1h和2h后的残渣，称取残渣重量，计算各压裂液在不同破胶时间时的残渣含量，同时利用平氏粘度计测定各压裂液在不同破胶时间后的粘度，测试结果见表1。

携砂能力测试：取500ml烧杯，分别取实施例1～6和对比例中的制备得到的压裂液250ml，其中每一个实施例中的压裂液均取三份，然后分别向每一个实施例中的三份压裂液中分别加入20/40目石英砂，三份压裂液中石英砂的加入量分别为占压裂液体积的20wt%、30wt%和40wt%，搅拌均匀，观察石英砂的下降速度，测试结果见表2。

表1水基压裂液破胶能力测试结果

表2水基压裂液携砂能力测试结果

表2中所述砂比为向压裂液中加入的石英砂占压裂液体积的百分比。

测试结果显示，本发明所述水基压裂液具有优异的耐温性能、抗剪切性能、破胶能力和携砂能力，破胶后的残渣含量远低于现有技术中水基胍胶压裂液的残渣量。

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权利要求的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种海藻酸钠水基压裂液，包括成胶剂、增稠剂、交联剂、破胶剂和水，其特征在于，所述成胶剂为海藻酸钠，所述增稠剂为聚丙烯酰胺；其中，以水基压裂液的质量计，所述海藻酸钠的添加量为0.5～5.0wt％,所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5～3.0wt％，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt％，余量为水；

所述海藻酸钠水基压裂液的制备方法包括以下步骤：

(1)将所述海藻酸钠溶于水中，混合均匀，得到稠化水；

(2)将所述交联剂溶于水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

(3)将所述步骤(2)中的交联剂水溶液缓慢加入所述步骤(1)中的稠化水中，得到冻胶溶液；

(4)将所述聚丙烯酰胺加入至所述冻胶溶液中，最后加入所述破胶剂得到海藻酸钠水基压裂液。

2.根据权利要求1所述海藻酸钠水基压裂液，其特征在于，以水基压裂液的质量计，所述海藻酸钠的添加量为0.5～1.5wt％,所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5～1.0wt％，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt％，余量为水。

3.根据权利要求1所述海藻酸钠水基压裂液，其特征在于，所述交联剂为有机锆、无机锆、有机铝、无机铝、有机钛、有机硼、无机硼中的任意一种或多种；所述破胶剂为过硫酸盐。

4.根据权利要求3所述海藻酸钠水基压裂液，其特征在于，所述有机锆为柠檬酸锆、乳酸锆或乙酰丙酮锆；所述无机锆为氧氯化锆、硝酸锆或四氯化锆；所述有机铝为柠檬酸铝、乙酰丙酮铝或草酸铝；所述有机钛为钛酸丁酯、钛酸二异丙酯；所述有机硼为三乙基硼；所述无机硼为硼砂、硼酸钾或硼酸；所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的任意一种。

5.根据权利要求1～4任一所述海藻酸钠水基压裂液，其特征在于，所述原料中还包括粘土防膨剂，其中，所述粘土防膨剂为氯化钾，氯化铵或氯化铝中的任意一种；所述粘土防膨剂含量占所述水基压裂液质量的1～5wt％。

6.根据权利要求1～4任一所述海藻酸钠水基压裂液，其特征在于，还包括助排剂；其中，所述助排剂为阴离子表面活性剂；所述助排剂的含量占所述水基压裂液质量的0.1～0.5wt％。

7.根据权利要求5所述海藻酸钠水基压裂液，其特征在于，还包括助排剂；其中，所述助排剂为阴离子表面活性剂；所述助排剂的含量占所述水基压裂液质量的0.1～0.5wt％。

8.根据权利要求1所述海藻酸钠水基压裂液，其特征在于，所述海藻酸钠为经过滤或离心处理后的海藻酸钠。

9.根据权利要求1-8任一所述海藻酸钠水基压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将海藻酸钠或海藻酸钠和粘土防膨剂或海藻酸钠、粘土防膨剂和助排剂溶于水中，混合均匀，得到稠化水；

(2)将交联剂溶于水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；

(3)将所述步骤(2)中的交联剂水溶液缓慢加入所述步骤(1)中的稠化水中，得到冻胶溶液；

(4)将所述聚丙烯酰胺加入至上述冻胶溶液中，最后加入所述破胶剂得到海藻酸钠水基压裂液。