CN104419400B

CN104419400B - 一种压裂液及其应用

Info

Publication number: CN104419400B
Application number: CN201310399832.0A
Authority: CN
Inventors: 赵晓; 魏娟明; 祁尚义; 眭世元; 李秀云; 张超; 王立杨; 国维玉; 屈文松; 唐育迪; 杨龙杰; 许洋; 蔡英杰
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: CN104419400A

Abstract

本发明公开了一种压裂液，其由盐酸、聚丙烯酰胺类聚合物、有机钛锆交联剂、缓蚀剂和水组成。根据本发明提供的压裂液，具有优良的耐高温剪切性能，对油田高温深井碳酸盐岩储层酸压改造能够提供强有力的工艺技术支持，在低渗透碳酸盐岩储层油气资源的开发中具有广泛的应用前景。

Description

一种压裂液及其应用

技术领域

本发明涉及油田储层改造技术领域，具体涉及一种压裂液。

背景技术

酸化压裂是碳酸盐地层增产增注的主要工艺措施，是指在井底压力大于地层破裂压力的条件下高压挤注酸液而压破地层，从而形成人工裂缝，使得注入的酸液在张开的裂缝中流动，并与裂缝壁面岩石发生反应，最终形成具有一定长度的酸蚀裂缝，酸化压裂结束后该裂缝不完全闭合，进而提高地层的导流能力，实现单井增产增注的目的。

酸化工作液及酸液添加剂的性能直接影响酸化压裂效果。为满足深度不断加大和温度越来越高储层的高效改造，交联酸酸压成为近些年来发展的热点技术。交联酸是酸液中的稠化剂，经酸性交联剂交联，形成三维网络状分子结构，达到使酸液体系粘度增加的目的。其中，作为交联酸主剂之一的酸性交联剂的性能对酸化压裂施工的成败影响较大。

目前有文献公开了“一种交联酸加砂压裂酸液”，它由稠化剂、交联剂、缓蚀剂、表面活性、稳定剂、盐酸及水组成，其中交联剂按质量比由氧氯化锆1%、甲醛80%和乙二醛19%组成，此交联酸加砂压裂酸液可在20%的盐酸中交联。所述压裂液的配方复杂，压裂液无法耐高温，且其交联剂中含有甲醛，甲醛易挥发，具有一定的毒性，生产的安全系数不高。有文献公开了“酸化压裂用酸液凝胶及其制备方法与应用”，由酸5-40%，聚丙烯酰胺类聚合物0.3-2.0%，无机交联剂0.03-1.5%，有机交联剂0.03-1.5%，其余为水。本发明酸化压裂用酸液凝胶用于70-120℃油田酸化压裂，但无法耐更高的温度；且其配方中的有机交联剂具有一定的毒性，对人体有害，生产的安全系数不高。CN102352235A中公开了一种压裂液，包括水、盐酸、CJ2-10酸液稠化剂、JL-10交联剂和缓蚀剂组成，但其高温剪切性能不高，无法在高温下使用。

目前，现有技术中提供的压裂液，其中的交联酸的耐高温剪切性能不理想，限制了其在高温碳酸盐岩酸压的应用。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种压裂液，其为交联酸酸化的压裂液，所述压裂液能够在高温下具有良好的剪切性能，在高温条件下仍然能够正常使用。

根据本发明的一个方面，提供了一种压裂液，其由盐酸、聚丙烯酰胺类聚合物、有机钛锆交联剂、咪唑啉缓蚀剂和水组成。

根据本发明提供的压裂液，由于盐酸、聚丙烯酰胺类聚合物、有机钛锆交联剂、咪唑啉缓蚀剂和水的协同螯合作用，使得所述压裂液在高温下具有较好的耐长时间剪切性能。

根据本发明，使用所述的有机锆钛交联剂，使得锆、钛和聚合物凝胶之间形成很强的络合键，将交联的聚合物凝胶牢固地结合在一起，最后得到交联的网状结构的聚合物凝胶，进一步提高了交联的聚合物凝胶的交联密度和交联强度，改善生成的压裂液耐温性和耐剪切性；咪唑啉缓蚀剂与其他组分的配合使用，能够防止强酸条件下的腐蚀，且不会影响聚合物与交联剂之间的交联反应。

根据本发明所述的压裂液的一个具体实施例中，所述聚丙烯酰胺类聚合物为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸钠的共聚物，所述聚丙烯酰胺类聚合物，数均分子量为200～1000万，优选500-800万。所述丙烯酰胺类聚合物中丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸钠单元的摩尔比为7:1-7:5。在一个具体的实施例中，所述丙烯酰胺（AM）和2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸钠（AMPS）单元的摩尔比为7:3。

根据本发明所述的压裂液，所述有机钛锆交联剂中，钛元素和锆元素的摩尔比为1:10-1:1，优选1:7-1:5。其中所述有机钛锆交联剂的制备方法包含，将锆化合物与混合醇反应，然后加入钛化合物反应，得到所述有机钛锆交联剂。在一个具体的实例中，所述锆化合物优选为氧氯化锆。所述钛化合物优选为异丙醇钛。所述混合醇为包含至少两种醇的混合物。在一个具体的实施例中，所述混合醇为丙三醇和甘露醇的混合物。

在一个具体的实施例中，将氧氯化锆（ZrOCl₂·8H₂O）溶于水中，搅拌至全溶，在回流条件下加入丙三醇和甘露醇，升温至40℃-50℃，反应后，加入异丙醇钛，继续升温至70℃-80℃，反应制得有机钛锆交联剂。

根据本发明所述的压裂液的一个具体实施例中，所述缓蚀剂为咪唑啉缓蚀剂。所述咪唑啉缓蚀剂包括咪唑啉季胺盐、油酸咪唑啉、环烷酸咪唑啉。

根据本发明所述的压裂液的一个具体实施例，所述盐酸的含量为5～30wt%，所述聚丙烯酰胺类聚合物的含量为0.5～1.5%，所述有机钛锆交联剂的含量为0.5～10.0%，缓蚀剂的含量为2～4%，余量为水。优选地，所述盐酸的含量为10～25wt%，所述聚丙烯酰胺类聚合物的含量为0.6～1.2%，所述有机钛锆交联剂的含量为0.5～5.0%，缓蚀剂的含量为2～4%，余量为水。

本发明的压裂液（或称交联酸酸化压裂液）可由如下方法得到：常温下，将聚丙烯酰胺类聚合物加入到盐酸的水溶液中，快速搅拌至完全溶解，然后静置20～24h，得到均匀的粘稠液体，最后加入有机钛锆交联剂，搅拌均匀。

根据本发明所述的压裂液，有机钛锆交联剂在盐酸的存在下能够有效地引发聚合物的交联，从而可形成可调挂的凝胶。根据本发明所述的压裂液，其高温剪切性能好，在高温条件下能够正常使用。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种上述的压裂液在油田开采中的应用。根据本发明提供的压裂液，其能够用于油田开采，如提高碳酸盐地层的导流能力，提高产量，尤其适用于高温深井碳酸盐岩储层酸压改造。

根据本发明提供的压裂液，具有优良的耐高温剪切性能，对油田高温深井碳酸盐岩储层酸压改造能够提供强有力的工艺技术支持，在低渗透碳酸盐岩储层油气资源的开发中具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但并不构成对本发明的任何限制。

实施例1：有机钛锆交联剂的合成

将氧氯化锆（ZrOCl₂）10.0g溶于20.0g蒸馏水中，搅拌至全溶，倒入装有回流冷凝装置的三口反应瓶中，然后加入丙三醇5.0g，甘露醇1.0g，升温至40±1℃，反应2.5h后，加入异丙醇钛5.0g，继续升温至70±1℃，反应1.5h，制得有机钛锆交联剂。

将上述合成的有机钛锆作为有机交联剂，用于以下的应用实施例2-7中。其中，剪切试验条件：RS-600流变仪，150℃下以170s^-1剪切2小时。

实施例2

交联酸酸化压裂液，按质量百分比组份如下：浓度为37%的浓盐酸55.6%（折合纯酸20%），聚丙烯酰胺类聚合物（即稠化剂，其分子量为500-800万，AM和AMPS的摩尔比为7:3）1.2%，交联剂（即实施例1中的有机锆钛化合物）2.0%，缓蚀剂（十七烯基胺乙基咪唑啉季铵盐）2.0%，其余为水。压裂液的制备如下（质量份）：将39.2份水、55.6份浓盐酸和1.2份稠化剂依次加入，搅拌均匀后加入2.0份有机交联剂，2.0份缓蚀剂。

本实施例的交联酸酸化压裂液在150℃，170s^-1剪切2h，粘度为74mPa·s。

实施例3

如实施例2所述，所不同的是稠化剂的质量百分比为1.0%。

本实施例的交联酸酸化压裂液在150℃，170s^-1剪切2h，粘度为52mPa·s。

实施例4

如实施例2所述，所不同的是稠化剂的质量百分比为0.8%。

本实施例的交联酸酸化压裂液在150℃，170s^-1剪切2h，粘度为28mPa·s。

实施例5

如实施例2所述，所不同的是有机交联剂的质量百分比为3.0%。

本实施例的交联酸酸化压裂液在150℃，170s^-1剪切2h，粘度为81mPa·s。

实施例6

如实施例2所述，所不同的是有机交联剂的质量百分比为4.0%。

本实施例的交联酸酸化压裂液在150℃，170s^-1剪切2h，粘度为86mPa·s。

实施例7

如实施例2所述，所不同的盐酸的质量百分比为15.0%。

本实施例的交联酸酸化压裂液在150℃，170s^-1剪切2h，粘度为95mPa·s。

实施例8

如实施例2所述，所不同的是盐酸的质量百分比为10.0%。

本实施例的交联酸酸化压裂液在150℃，170s^-1剪切2h，粘度为110mPa·s。

对比例1

根据专利CN102352235A中的压裂液，其与实施例2的不同在于，其使用JL-10交联剂，所得到的凝胶在150℃，170s^-1剪切2h，粘度仅为10mPa·s。

由以上数据可以得知，在相同的条件下，根据本发明提供的压裂液（实施例2），在150℃的温度下，170s^-1剪切2h的粘度为74mPa·s，为现有技术中的压裂液粘度（对比例1中10mPa·s）的7.4倍。这就说明，根据本发明提供的压裂液，具有非常高的耐高温剪切性能，尤其适用于高温深井碳酸盐岩储层酸压改造。

由以上数据可以得知，根据本发明提供的压裂液，具有良好的高温剪切性能，能够用于高温条件下碳酸盐岩储层的酸压，具有广泛的应用前景。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims

1.一种压裂液，其由盐酸、聚丙烯酰胺类聚合物、有机钛锆交联剂、咪唑啉缓蚀剂和水组成；其中，所述盐酸的含量为5～30wt％，所述聚丙烯酰胺类聚合物的含量为0.5～1.5％，所述有机钛锆交联剂的含量为0.5～10.0％，所述咪唑啉缓蚀剂的含量为2～4％，余量为水；所述有机钛锆交联剂中，钛元素和锆元素的摩尔比为1:10-1:1，所述有机钛锆交联剂的制备方法包含，将锆化合物与混合醇反应，然后加入钛化合物反应，得到所述有机钛锆交联剂，所述有机锆化合物为氧氯化锆，所述钛化合物为异丙醇钛。

2.根据权利要求1所述的压裂液，其特征在于，所述有机钛锆交联剂中，钛元素和锆元素的摩尔比为1:7-1:5。

3.根据权利要求1所述的压裂液，其特征在于，所述聚丙烯酰胺类聚合物的数均分子量为200～1000万。

4.根据权利要求3所述的压裂液，其特征在于，所述聚丙烯酰胺类聚合物的数均分子量为500-800万。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的压裂液，其特征在于，所述聚丙烯酰胺类聚合物为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸钠的共聚物。

6.根据权利要求5所述的压裂液，其特征在于，所述聚丙烯酰胺类聚合物中丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸钠单元的摩尔比为7:1-7:5。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的压裂液，其特征在于，所述盐酸的含量为10～25wt％，所述聚丙烯酰胺类聚合物的含量为0.6～1.2％，所述有机钛锆交联剂的含量为0.5～5.0％，缓蚀剂的含量为2～4％，余量为水。

8.一种根据权利要求1～7中任意一项所述的压裂液在油田开采中的应用。