CN104073234A - 一种基于非金属离子交联剂的压裂液及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于非金属离子交联剂的压裂液及其制备方法与应用。以质量百分比计，该压裂液包括如下组分：合成聚合物0.07wt％-0.1wt％、交联剂0.1wt％-0.5wt％、交联促进剂0.01wt％-0.2wt％、pH调节剂0.01wt％-0.2wt％、十二烷基氯化铵0.1wt％-1.0wt％、破乳剂SP1690.1wt％-0.3wt％、过硫酸铵0.01wt％-0.1wt％、甲醛0.1wt％-0.8wt％、余量为水。本发明的基于非金属离子交联剂的压裂液能够降低成本、降低压裂液残渣含量，同时又具有耐高温、抗剪切、破胶彻底的性能。

Description

一种基于非金属离子交联剂的压裂液及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种基于非金属离子交联剂的压裂液及其制备方法与应用，属于石油开采添加剂技术领域。

背景技术

在石油气开采领域，现有技术中，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，在井底附近积蓄起超过井壁附近地层应力及岩石抗张强度的压力后，就会有裂缝在地层中形成。随着带有支撑剂的高粘液体注入这些裂缝中，这些裂缝会逐渐向前延伸，这样在地层中形成了多条足够长度、一定宽度及高度的填砂裂缝。由于它具有很高的渗滤能力，使油气能够通畅流入井中，从而起到增产增注的作用。

随着全球油气消耗的日益增加和常规油气产量的不断下降，致密砂岩气、煤层气、页岩气等非常规油气资源已经引起世界各国的高度重视。非常规油气藏的储量是油气领域中一块巨大的“油气蛋糕”，开发动用非常规油气藏成为我国陆上石油工业增储上产的必经之路。压裂作为油气藏的主要增产、增注措施已得到迅速发展，广泛应用于低渗透油气藏，然而压裂的成败关键主要取决于压裂液体系。压裂液是压裂技术的重要组成部分，优质、低伤害、低成本、耐高温成为压裂液发展的主题。

随着压裂液体系发展，早期的压裂液是油基的，经过不断的改进，现以水基压裂液为主，主要为高价金属有机物与胍胶交联的压裂液冻胶。为了满足压裂液低成本、低伤害的要求，通过改变胍胶的使用浓度，适当调节交联剂、pH调节剂的使用浓度及使用必要的耐高温添加剂，开发了适用于50℃-150℃温度条件的低浓度胍胶压裂液体系(其温度所对应的胍胶浓度，即不同胍胶浓度下的耐温性能如表1所示)。但仍然存在如下问题：

(1)胍胶是一种天然高分子化合物，水不溶物含量高且胍胶市场价格波动较大，来源受到限制，因此逐渐难以满足压裂液低成本、低伤害的要求；

(2)使用的稠化剂浓度较高，一方面增加了作业成本，另一方面增加了残渣的含量；

(3)目前主要使用无机金属或有机金属化合物作交联剂并在碱性条件下交联，不可避免地向地层引入了高价金属离子而导致地层二次伤害；

(4)降低稠化剂浓度，压裂液耐温耐剪切性能变差。

表1

温度/℃	50	90	120	150
					低浓度压裂液胍胶浓度/％	0.18	0.2	0.3	0.45
常规压裂液胍胶浓度/％	0.35	0.4	0.5	0.65

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种基于非金属离子交联剂的压裂液及其制备方法与应用，能够针对120℃以下储层进行改造，综合压裂液性能评价标准，该压裂液能够降低成本、降低压裂液残渣含量，同时又具有耐高温、抗剪切、破胶彻底的性能。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一种基于非金属离子交联剂的压裂液，以质量百分比计，其包括如下组分：

合成聚合物0.07wt％-0.1wt％、交联剂0.1wt％-0.5wt％、交联促进剂0.01wt％-0.2wt％、pH调节剂0.01wt％-0.2wt％、十二烷基氯化铵0.1wt％-1.0wt％、破乳剂SP1690.1wt％-0.3wt％、过硫酸铵0.01wt％-0.1wt％、甲醛0.1wt％-0.8wt％、余量为水。

一种上述的基于非金属离子交联剂的压裂液，优选的，以质量百分比计，该压裂液包括如下组分：

合成聚合物0.075wt％、交联剂0.25wt％、交联促进剂0.01wt％、pH调节剂0.05wt％、十二烷基氯化铵0.2wt％、破乳剂SP1690.1wt％、过硫酸铵0.05wt％、甲醛0.5wt％、余量为水。

上述的基于非金属离子交联剂的压裂液中，破乳剂SP169为满足中华人民共和国石油天然气行业标准《原油破乳剂SP169》(SY/T5359-1998)规定的破乳剂。

上述的基于非金属离子交联剂的压裂液中，所述合成聚合物为稠化剂，用于提高水溶液的粘度并且与交联剂形成冻胶，在压裂施工中将支撑剂带入地层；优选的，所述合成聚合物为由丙烯酰胺和AMPS聚合而成的聚合物，其粘均分子量为700万-1200万，其水解度为5％-10％；其中，丙烯酰胺和AMPS的质量比为(4-1):1。

上述的基于非金属离子交联剂的压裂液中，所述交联剂用来与稠化剂(合成聚合物)形成冻胶而有利于携砂；本发明所用的交联剂为不含金属离子以及硼元素的有机交联剂，优选的，所述交联剂为二醛类有机物。更优选的，所述交联剂包括戊二醛、对苯二甲醛、乙二醛中的一种或几种的组合。

上述的基于非金属离子交联剂的压裂液中，所述交联促进剂用来加速交联剂与稠化剂形成冻胶；优选的，所述交联促进剂为胺类有机物。更优选的，所述交联促进剂包括二乙烯三胺、四甲基乙二胺、三乙醇胺中的一种或几种的组合。

上述的基于非金属离子交联剂的压裂液中，所述pH调节剂用来调节压裂液体系pH值，为压裂液冻胶的形成提供条件；优选的，所述pH调节剂为有机磺酸；更优选的，所述pH调节剂为氨基磺酸。

上述的基于非金属离子交联剂的压裂液中：

十二烷基氯化铵用作粘土稳定剂，用于在水敏性地层防止粘土水合膨胀或运移；

破乳剂SP169吸附于油/水界面，形成强度低的界面膜，有助于破乳；

甲醛作为杀菌剂，用来杀灭压裂液中的细菌，避免压裂液配置后容易腐败变质而导致压裂施工失败；

过硫酸铵作为破胶剂，用于压裂液破胶，保证施工完成后压裂液残渣能彻底返排。

本发明还提供一种上述的基于非金属离子交联剂的压裂液的制备方法，包括如下步骤：

基液的制备：在反应容器中加入水，在搅拌状态(6000r/min的转速)下，缓慢加入合成聚合物，搅拌(3分钟)，再加入十二烷基氯化铵、破乳剂SP169、过硫酸铵、甲醛、pH调节剂，继续搅拌(7分钟)，然后在30℃下放置(4h)备用；

交联液的制备：在反应容器中依次加入水、交联剂和交联促进剂，搅拌混匀；

基于非金属离子交联剂的压裂液的制备：将基液和交联液进行混合制备得到基于非金属离子交联剂的压裂液。

上述的制备方法中，基于非金属离子交联剂的压裂液的制备的步骤中：优选的，以(3-9):1的质量比将基液和交联液进行混合制备得到基于非金属离子交联剂的压裂液。更优选的，以9:1的质量比将基液和交联液进行混合制备得到基于非金属离子交联剂的压裂液。

上述的制备方法中，优选的，该制备方法还包括在基液的制备前对过硫酸铵颗粒包覆膜形成胶囊的步骤。

上述的对过硫酸铵颗粒包覆膜形成胶囊的步骤为常规方法，即胶囊破胶技术中的常规方法，可以延迟破胶速度，其所用膜材料为常规的市售产品。

本发明所得的基于非金属离子交联剂的压裂液是一种超低浓度高效压裂液。

本发明还提供上述的基于非金属离子交联剂的压裂液在油气开采中的应用，包括利用该压裂液进行地层压裂及携带支撑剂进入地层裂缝的步骤。

本发明的突出效果为：

(1)与现有技术相比，对地层伤害小：通过非金属离子交联剂在酸性条件下交联稠化剂，避免无机金属或有机金属化合物在碱性条件下交联不可避免的向地层引入了高价金属离子而导致地层二次伤害。

(2)与现有技术相比，成本低:通过降低合成聚合物稠化剂浓度来降低压裂液的成本，在低成本的前提下仍然能满足良好的携砂性能。

(3)与现有技术相比，耐温性能好：通过增加合成聚合物稠化剂中不可水解单体的含量和选用的耐高温交联剂，降低了因高温造成分子量断裂的可能性，提高了压裂液的携砂性能。

(4)与现有技术相比，抗剪切性能好：本发明压裂液是具有良好携砂性能的高粘流体，其流变性特点有利于地层的破裂和人工裂缝的延伸，以及悬浮和输送支撑剂，形成有足够流通能力的填砂裂缝。

(5)与现有技术相比，破胶性能好：采用胶囊破胶技术，能保证压裂施工结束后压裂液彻底破胶返排，减少了对地层的危害。

附图说明

图1是实施例中95℃下、稠化剂浓度为0.075％时的压裂液耐剪切性能图；

图2是实施例中120℃下、稠化剂浓度为0.075％时的压裂液耐剪切性能图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例

本实施例提供一种基于非金属离子交联剂的压裂液，以质量百分比计，包括如下组分：

丙烯酰胺和AMPS的共聚物0.075wt％、交联剂戊二醛0.25wt％、交联促进剂二乙烯三胺0.01wt％、pH调节剂氨基磺酸0.05wt％、十二烷基氯化铵0.2wt％、破乳剂SP1690.1wt％、过硫酸铵0.05wt％、甲醛0.5wt％、余量为水。

本实施例的基于非金属离子交联剂的压裂液是这样制备得到的：

采用常规方法对过硫酸铵颗粒包覆一层膜形成胶囊；

基液的制备：在反应容器中加入水，在6000r/min的转速搅拌状态下，缓慢加入丙烯酰胺和AMPS的共聚物，搅拌3分钟，再加入十二烷基氯化铵、破乳剂SP169、过硫酸铵(胶囊)、甲醛、pH调节剂，继续搅拌7分钟，然后在30℃下放置4h备用；

交联液的制备：在反应容器中依次加入水、交联剂和交联促进剂，搅拌混匀；

基于非金属离子交联剂的压裂液的制备：以9:1的质量比将基液和交联液进行混合制备得到基于非金属离子交联剂的压裂液。

本实施例所得的基于非金属离子交联剂的压裂液清澈透明，基本无残渣。

对本实施例得到的压裂液进行测试：

依据石油天然气行业标准SY/T51072005“水基压裂液性能评价方法”进行测定，其结果如表2(95℃下压裂液压裂性能评价结果)、表3(120℃下压裂液压裂性能评价结果)所示，压裂液流变性能如图1(稠化剂浓度为0.075％时的压裂液耐剪切性能图，其中流变性能检测所用仪器及参数为RS-600流变仪，170s^-1，95℃)、图2(稠化剂浓度为0.075％时的压裂液耐剪切性能图，其中流变性能检测所用仪器及参数为RS-600流变仪，170s^-1，120℃)所示。

表2

表3

由表2和图1可见，本实施例的压裂液在温度为95℃、剪切120min，粘度为149.3mPa·s，破胶后粘度为1.07mPa·s。由此可知，本实施例的压裂液具有良好的耐高温抗剪切性能、破胶彻底、残渣含量低，能够满足现场的施工要求。

由表3和图2可见，本实施例的压裂液在温度为120℃、剪切120min，粘度为76.8mPa·s，破胶后粘度为0.95mPa·s。由此可知，本实施例的压裂液具有良好的耐高温抗剪切性能、破胶彻底、残渣含量低，能够满足现场的施工要求。

Claims (10)

1.一种基于非金属离子交联剂的压裂液，以质量百分比计，其包括如下组分：

合成聚合物0.07wt％-0.1wt％、交联剂0.1wt％-0.5wt％、交联促进剂0.01wt％-0.2wt％、pH调节剂0.01wt％-0.2wt％、十二烷基氯化铵0.1wt％-1.0wt％、破乳剂SP1690.1wt％-0.3wt％、过硫酸铵0.01wt％-0.1wt％、甲醛0.1wt％-0.8wt％、余量为水。

2.根据权利要求1所述的基于非金属离子交联剂的压裂液，以质量百分比计，该压裂液包括如下组分：

合成聚合物0.075wt％、交联剂0.25wt％、交联促进剂0.01wt％、pH调节剂0.05wt％、十二烷基氯化铵0.2wt％、破乳剂SP1690.1wt％、过硫酸铵0.05wt％、甲醛0.5wt％、余量为水。

3.根据权利要求1或2所述的基于非金属离子交联剂的压裂液，其特征在于：所述合成聚合物为由丙烯酰胺和AMPS聚合而成的聚合物，其粘均分子量为700万-1200万，其水解度为5％-10％；其中，丙烯酰胺和AMPS的质量比为(4-1):1。

4.根据权利要求1或2所述的基于非金属离子交联剂的压裂液，其特征在于：所述交联剂为二醛类有机物。

5.根据权利要求4所述的基于非金属离子交联剂的压裂液，其特征在于：所述交联剂包括戊二醛、对苯二甲醛、乙二醛中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1或2所述的基于非金属离子交联剂的压裂液，其特征在于：所述交联促进剂为胺类有机物；优选的，所述交联促进剂包括二乙烯三胺、四甲基乙二胺、三乙醇胺中的一种或几种的组合。

7.根据权利要求1或2所述的基于非金属离子交联剂的压裂液，其特征在于：所述pH调节剂为有机磺酸；优选的，所述pH调节剂为氨基磺酸。

8.一种权利要求1-7任一项所述的基于非金属离子交联剂的压裂液的制备方法，包括如下步骤：

基液的制备：在反应容器中加入水，在搅拌状态下，缓慢加入合成聚合物，搅拌，再加入十二烷基氯化铵、破乳剂SP169、过硫酸铵、甲醛、pH调节剂，继续搅拌，然后在30℃下放置备用；

交联液的制备：在反应容器中依次加入水、交联剂和交联促进剂，搅拌混匀；

基于非金属离子交联剂的压裂液的制备：将基液和交联液进行混合制备得到基于非金属离子交联剂的压裂液。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：该制备方法还包括在基液的制备前对过硫酸铵颗粒包覆膜形成胶囊的步骤。

10.权利要求1-7任一项所述的基于非金属离子交联剂的压裂液在油气开采中的应用，包括利用该压裂液进行地层压裂及携带支撑剂进入地层裂缝的步骤。