CN104910890A - 有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂，由以下重量份的组分制成：有机醇5～15份、有机碱8～20份、PH调节剂5～10份、氢氧化钠1～4份、水50～70份。本发明还公开了有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂的制备方法。本发明提供的有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂可以大幅降低压裂液体系中羟丙基胍胶的使用浓度，同时使压裂液体系保持良好的粘弹性和耐剪切性能，从而满足施工需要、降低使用成本，同时也降低了压裂液对地层的二次伤害。

Description

有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂及其制备方法。
背景技术：
有机硼-羟丙基胍胶压裂液是目前压裂施工中应用最多的压裂液体系，其组成配比一般为羟丙基瓜尔胶0.45～0.55％、有机硼交联剂0.25～0.4％以及防膨剂、助排剂、杀菌剂等，其中，胍胶和有机硼交联剂的用量根据地层温度的高低在适当范围内调节。尽管胍胶水基压裂液体系应用广泛，但是由于天然植物胶含有一定比例的水不溶物，导致水基压裂液破胶不彻底，滞留地层的残渣较多，从而对地层造成伤害，同时严重影响了压裂改造的效果。降低稠化剂浓度会在一定程度上减轻压裂液对地层的伤害，但降低稠化剂浓度同时也会导致压裂液的性能发生变化，致使其耐温耐剪切性能及压裂液携砂、造壁等性能都得不到保证，容易在施工过程中造成脱砂和砂堵等情况。而目前已有的一些可使压裂液中胍胶浓度降低的试剂大多通过金属离子来增强冻胶中的键能，由此可能造成对地层的二次伤害。
发明内容：
本发明的一个目的是针对目前应用较多的有机硼-羟丙基胍胶压裂液，提供一种有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂，可在降低压裂液体系中羟丙基胍胶使用浓度的同时形成满足施工要求的压裂液冻胶，其耐剪切性能满足国标要求，并且对地层的二次伤害小。
本发明的另一目的是提供上述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂由以下重量份的组分制成：
具体制备步骤如下：
将水加入反应容器中加热至40～60℃，再依次加入有机醇、氢氧化钠、有机碱以及PH调节剂；加料完成后，维持加热后的温度继续反应50～80分钟，即得到所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂。上述加料以及反应过程中可辅以搅拌，以使各组分均匀混合，完全反应。
所述有机醇为丙三醇、乙二醇以及正丁醇中的一种或几种以任意比例组成的混合物，以起到增溶以及降低凝点的作用；所述有机碱为三乙烯四胺、四乙烯五胺以及多乙烯多胺的一种或几种以任意比例组成的混合物，有助于补充有机硼-羟丙基胍胶压裂液体系中因胍胶浓度降低、剪切及热能损耗的四羟基合硼酸根离子，使压裂液体系向正向交联反应方向进行，保持良好性能；所述PH调节剂为碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸一氢钠以及磷酸二氢钠的一种或几种以任意比例组成的混合物，以维持体系适当的PH范围并提供交联所需要的氢氧根。
本发明的有益效果在于，将所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂以不超过1％(说明书中出现的物质百分比含量均为质量分数)的添加量加入压裂液体系后可大幅降低羟丙基胍胶的用量，同时使压裂液体系保持良好的粘弹性和耐剪切性能。以90℃为例，在该温度下所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂以0.4％的添加量可使压裂液中羟丙基胍胶的使用浓度由原来的0.5％降至0.3％，在90℃下以170s-1的速率剪切90min后，压裂液的粘度仍保持在170mPa·s左右。所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂可大幅降低压裂液体系中羟丙基胍胶的用量，在降低使用成本的同时也降低了对地层的二次伤害。
附图说明：
图1添加了纯碱的低浓度羟丙基胍胶压裂液在90℃、170s-1剪切速率条件下的粘度变化图。
图2添加了实施例1产品的低浓度羟丙基胍胶压裂液在90℃、170s-1剪切速率条件下的粘度变化图。
图3添加了实施例2产品的低浓度羟丙基胍胶压裂液在170s-1剪切速率、不同温度下的粘度变化图。
图4添加了实施例3产品的低浓度羟丙基胍胶压裂液在170s-1剪切速率、不同温度下的粘度变化图。
具体实施方式：
实施例1
按重量份，将65份水加入到反应釜中，加热至60℃；在搅拌条件下，向水中依次加入10份丙三醇、4份氢氧化钠、18份有机碱(10份三乙烯四胺和8份四乙烯五胺的混合物)以及8份PH调节剂(3份碳酸钠和5份碳酸氢钠的混合物)；在60℃下继续搅拌反应60分钟，完全反应后得到所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂产品。
实施例2
按重量份，将50份水加入到反应釜中，加热至40℃；在搅拌条件下，向水中依次加入6份有机醇(3份乙二醇和3份正丁醇的混合物)、1份氢氧化钠、10份多乙烯多胺以及5份PH调节剂(2份磷酸一氢钠和3份磷酸二氢钠的混合物)；在40℃下继续搅拌反应80分钟，完全反应后得到所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂产品。
实施例3
按重量份，将70份水加入到反应釜中，加热至50℃；在搅拌条件下，向水中依次加入15份有机醇(10份丙三醇和5份乙二醇的混合物)、2份氢氧化钠、8份多乙烯多胺以及10份碳酸氢钠；在50℃下继续搅拌反应60分钟，完全反应后得到所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂产品。
效果及性能测试
1)实施例1产品的性能测试：配制两份相同的低浓度羟丙基胍胶压裂液，均含有0.3％的胍胶和0.4％的有机硼交联剂，两份溶液中分别加入0.15％的NaCO3和0.4％的实施例1产品；将形成的两份冻胶在90℃下以170s-1的剪切速率常压剪切90min，之后用哈克RS6000型流变仪对剪切结果进行测定。结果如图1和图2所示：加入NaCO3的冻胶经剪切后粘度为50～75mPa·s(图1所示)，而加入实施例1产品的冻胶经剪切后粘度为150～175mPa·s(图2所示)，明显高于前者，其耐剪切性能提高率约为200％。
2)实施例2产品的性能测试：配制低浓度羟丙基胍胶压裂液，其中含有0.4％的羟丙基胍胶、0.4％有机硼交联剂以及1％的实施例2产品。用哈克RS6000型流变仪对压裂液的高温抗剪切性能进行测试，测试处理如下：在170s-1的剪切速率下将温度由45℃逐渐升至120℃，升温时间为20min，之后在120℃下继续恒温剪切40min。测试结果如图3所示：经过120℃高温剪切后，压裂液的粘度仍保持在100mPa·s左右。
3)实施例3产品的性能测试：配制低浓度羟丙基胍胶压裂液，其中含有0.3％的羟丙基胍胶、0.4％有机硼交联剂以及1％的实施例3产品。用哈克RS6000型流变仪对压裂液的高温抗剪切性能进行测试，测试处理如下：在170s-1的剪切速率下将温度由30℃逐渐升至100℃，升温时间为20min，之后在100℃下继续恒温剪切70min。测试结果如图4所示：经过100℃高温剪切后，压裂液的粘度仍保持在150mPa·s左右。

Claims (5)

1.一种有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂，其特征在于由以下重量份的组分制成：
2.根据权利要求1所述的有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂，其特征在于：所述有机醇为丙三醇、乙二醇以及正丁醇中的一种或几种以任意比例组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂，其特征在于：所述有机碱为三乙烯四胺、四乙烯五胺以及多乙烯多胺的一种或几种以任意比例组成的混合物。
4.根据权利要求1所述的有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂，其特征在于：所述PH调节剂为碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸一氢钠以及磷酸二氢钠的一种或几种以任意比例组成的混合物。
5.一种权利要求1所述有机硼-羟丙基胍胶体系交联促进剂的制备方法，步骤如下：将水加入反应容器中加热至40～60℃，再依次加入有机醇、氢氧化钠、有机碱以及PH调节剂；加料完成后，维持加热后的温度继续反应50～80分钟。
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