CN104974739B - 一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,它由下述重量份的原料组成:聚乙烯醇:1~15;纤维素:1~15;有机钛交联剂:1~10;水:200~300。制备方法为将聚乙烯醇、纤维素和水在90~95℃条件下搅拌反应3~5h至完全溶解并冷却至室温,再加入有机钛交联剂,搅拌2~5min,制得纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液。本发明制备而成的压裂液具有良好的耐温性能,经试验验证,本发明的纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液在高温条件下,压裂液的耐剪切性好,破胶彻底、残渣含量低、对储层伤害小,综合性能优于聚乙烯醇压裂液。本发明的制备方法具有操作简单、生产方便、成本低、适用于工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及石油与天然气开采技术领域实施地层压裂改造使用的压裂液,特别是一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液及其制备方法。
背景技术
压裂是20世纪40年代发展起来的一项改造油气层渗流特性的工艺技术,是油气井增产、注水井增注的一项重要工艺措施,在石油与天然气开采特别是低渗透油田开发中具有十分重要的作用。
压裂液是压裂施工的工作液,是决定压裂成败与否的关键。目前压裂液有水基压裂液、油基压裂液、醇基压裂液和泡沫压裂液等,其中水基压裂液应用最为广泛。稠化剂是水基压裂液中最主要的添加剂,以水溶性聚合物为主。
目前研究与应用的水溶性聚合物稠化剂包括以下三类:(1)天然植物胶及其改性物,例如胍胶,羟丙基胍胶、羧甲基胍胶、羧甲基羟丙基胍胶、田菁胶、改性香豆胶、改性魔芋胶、皂仁胶和苦苈胶等;(2)纤维素衍生物,例如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素等;(3)合成聚合物压裂液,例如聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、聚乙烯醇以及丙烯酰胺与疏水单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(钠)、乙烯基吡咯烷酮的多元共聚物、聚乙烯醇等。上述增稠剂中,胍胶类增稠剂增稠能力强,可交联性与抗盐抗剪切性好,在实际应用中最广,但存在因残渣含量较高而伤害地层的问题,且目前我国使用的胍胶及生产胍胶衍生物的原料全部依赖进口,国产改性胍胶的质量在整体上与国外产品也有差距,需要研究可替代胍胶类的压裂液增稠剂以避免对国外产品的依赖。纤维素类增稠剂抗盐性与交联性较差。合成聚合物中的丙烯酰胺及其共聚物类耐温性好但增稠能力低于胍胶;聚乙烯醇为非离子型水溶性聚合物,抗盐性好,但增稠能力和耐温抗剪切性较差。为了满足高效压裂施工的需要,亟需开发增稠能力强、水不溶物含量低、耐温抗剪切性能好、与地层相容性好的增稠剂,发明耐温抗剪切性能优良的低伤害压裂液。
为了解决聚乙烯醇增稠能力和耐温抗剪切性较差的问题,本发明以改性纤维素与聚乙烯醇共混材料为稠化剂制备出了可耐温120℃纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,有效提高了聚乙烯醇压裂液的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于克服聚乙烯醇压裂液现有技术的缺点,提供一种增稠能力和耐温抗剪切性好的纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液;
本发明的另一目的在于提供一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,它由下述重量份的原料组成:
进一步地,所述的有机钛交联剂由下述重量份的原料组成:
进一步地,所述的有机钛交联剂采用以下方法制备:在无水条件下,将异丙醇、甘油加到三口烧瓶中,加热至80~90℃,搅拌0.5~1h,在搅拌状态下加入钛酸丁酯、三乙醇胺,70~90℃温度下搅拌反应3~4h。
进一步地,所述的聚乙烯醇为聚乙烯醇1799或聚乙烯醇1788中的任意一种。
进一步地,所述的纤维素为羟乙基纤维素或羧甲基纤维素中的任意一种。
上述一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的制备方法,它包括以下步骤:
S1.将聚乙烯醇、纤维素和水在90~95℃条件下搅拌反应3~5h至完全溶解;
S2.将上述溶液冷却至室温,再加入有机钛交联剂,搅拌2~5min,制得纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液。
本发明具有以下优点:本发明的压裂液采用了聚乙烯醇和纤维素溶液共混后作为压裂液基液,该共混改性聚乙烯醇基液本身具有较好的流变性和耐温性能,然后采用了交联密度和交联强度较高的有机钛交联剂制备而成。本发明方法制备而成的压裂液具有良好的耐温性能,经试验验证,经试验验证,本发明的纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液在高温条件下,压裂液的耐剪切性好,破胶彻底、残渣含量低、对储层伤害小,综合性能优于聚乙烯醇压裂液。本发明的制备方法具有操作简单、生产方便、成本低、适用于工业化大规模生产。
附图说明
图1为聚乙烯醇压裂液的黏度随着温度和剪切时间的变化示意图;
图2为羧甲基纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的黏度随温度和剪切时间的变化示意图;
图3为羟乙基纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的黏度随温度和剪切时间的变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述,本发明的保护范围不局限于以下所述:
实施例1:一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,它由下述重量份的原料组成:
其中,所述的有机钛交联剂由下述重量份的原料组成:
有机钛交联剂采用以下方法制备:在无水条件下,将异丙醇、甘油加到三口烧瓶中,加热至80℃,搅拌0.5h,在搅拌状态下加入钛酸丁酯、三乙醇胺,70℃温度下搅拌反应3h。
实施例2:一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,它由下述重量份的原料组成:
其中,所述的有机钛交联剂由下述重量份的原料组成:
有机钛交联剂采用以下方法制备:在无水条件下,将异丙醇、甘油加到三口烧瓶中,加热至90℃,搅拌1h,在搅拌状态下加入钛酸丁酯、三乙醇胺,90℃温度下搅拌反应4h。
实施例3:一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,它由下述重量份的原料组成:
其中,所述的有机钛交联剂由下述重量份的原料组成:
有机钛交联剂采用以下方法制备:在无水条件下,将异丙醇、甘油加到三口烧瓶中,加热至83℃,搅拌0.6h,在搅拌状态下加入钛酸丁酯、三乙醇胺,80℃温度下搅拌反应3.5h。
实施例4:一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,它由下述重量份的原料组成:
其中,所述的有机钛交联剂由下述重量份的原料组成:
有机钛交联剂采用以下方法制备:在无水条件下,将异丙醇、甘油加到三口烧瓶中,加热至88℃,搅拌0.8h,在搅拌状态下加入钛酸丁酯、三乙醇胺,85℃温度下搅拌反应3.8h。
实施例5:上述纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的制备方法,它包括以下步骤:
S1.将聚乙烯醇、纤维素和水在90℃条件下搅拌反应3h至完全溶解;
S2.将上述溶液冷却至室温,再加入有机钛交联剂,搅拌2min,制得纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液。
实施例6:上述纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的制备方法,它包括以下步骤:
S1.将聚乙烯醇、纤维素和水在95℃条件下搅拌反应5h至完全溶解;
S2.将上述溶液冷却至室温,再加入有机钛交联剂,搅拌5min,制得纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液。
实施例7:上述纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的制备方法,它包括以下步骤:
S1.将聚乙烯醇、纤维素和水在92℃条件下搅拌反应4h至完全溶解;
S2.将上述溶液冷却至室温,再加入有机钛交联剂,搅拌3min,制得纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液。
实施例8:上述纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的制备方法,它包括以下步骤:
S1.将聚乙烯醇、纤维素和水在94℃条件下搅拌反应4.5h至完全溶解;
S2.将上述溶液冷却至室温,再加入有机钛交联剂,搅拌4min,制得纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液。
以下通过实验说明本发明的有益效果:
实验例1:聚乙烯醇基液的制备
将250ml的三口烧瓶安装好搅拌器和温度计,并置于90~95℃水浴锅中,向其中加入5份聚乙烯醇、245份水。搅拌反应3~5h使其完全溶解。
实验例2:羟乙基纤维素共混改性聚乙烯醇基液的制备
将250ml的三口烧瓶安装好搅拌器和温度计,并置于90~95℃水浴锅中,向其中加入4份聚乙烯醇、1份羟乙基纤维素、245份水。搅拌反应3~5h使其完全溶解。
实验例3:羧甲基纤维素共混改性聚乙烯醇基液的制备
将250ml的三口烧瓶安装好搅拌器和温度计,并置于90~95℃水浴锅中;向其中加入4份聚乙烯醇、1份羧甲基纤维素钠、245份水。搅拌反应3~5h使其完全溶解。
对实验例1、实验例2和实验例3的基液性能进行测试,结果如表1所示。
表1:共混改性聚乙烯醇基液与聚乙烯醇基液性能对比表
名称 | 稠化剂加入量(%) | 溶液黏度(mPa·s30℃,170s-1) |
实验例1 | 2 | 3.7 |
实验例2 | 2 | 133.8 |
实验例3 | 2 | 116.5 |
由表1可知:在相同浓度下,用纤维素共混改性聚乙烯醇作为稠化剂,压裂液基液的黏度大幅度提高,说明纤维素共混改性聚乙烯醇作为稠化剂,其增稠能力比单纯聚乙烯醇高。
实验例4:有机钛交联剂的制备
在无水的条件下,将10份的异丙醇、5份的甘油加到三口烧瓶中,加热70~90℃,搅拌0.5~1h,在搅拌条件下加入50份钛酸丁酯和35份三乙醇胺在70~90℃温度下,搅拌反应3~4h。
实验例5:聚乙烯醇压裂液流变性测定
将5份聚乙烯醇溶解到245份水中在90~95℃条件下搅拌反应3~5h至完全溶解,冷却至室温后向其中加入3.75份有机钛交联剂(即交联比为100:1.5),搅拌3min左右,待溶液可以挑挂后即可测试。
将适量压裂液装入安东帕仪器中,从30℃密闭升温同时在170s-1的剪切速率下剪切,温度达到120℃后保持不变,连续剪切90min,测得黏度随时间的变化如图1所示。
由图1可以看出该压裂液随着温度的升高,黏度迅速降低,当温度达到80℃时,连续剪切90min时,黏度已在50mPa·s以下,说明该压裂液耐温耐剪切性能差,不能满足在80℃时的使用要求。
实验例6:羧甲基纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液流变性测定
首先将4份聚乙烯醇和1份羧甲基纤维素钠加入到245份水中在90~95℃条件下搅拌反应3~5h至完全溶解,冷却至室温后向其中加入3.75份有机钛交联剂(即交联比100:1.5)搅拌3min左右,待溶液可以挑挂后即可测试。
将适量压裂液装入安东帕仪器中,从30℃密闭升温同时在170s-1的剪切速率下剪切,温度达到80℃后保持不变,连续剪切90min,测得黏度随时间的变化如图2所示。
由图2可以看出,在80℃条件下连续剪切90min后,该压裂液黏度仍在50mPa·s以上。说明冻胶在此温度下耐剪切性能稳定,能满足在80°时的使用要求。
实验例7:羟乙基纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液流变性测定
首先将4份聚乙烯醇和1份羟乙基纤维素加入到245份水中在90~95℃条件下搅拌反应3~5h至完全溶解,冷却至室温后向其中加入3.75份有机钛交联剂(即交联比100:1.5)搅拌3min左右,待溶液可以挑挂后即可测试。
将适量压裂液装入安东帕仪器中,从30℃密闭升温同时在170s-1的剪切速率下剪切,温度达到120℃后保持不变,连续剪切90min,测得黏度随时间的变化如图3所示。
由图3可以看出,在120℃条件下连续剪切90min后,黏度仍然在50mPa·s以上,说明冻胶在此温度下耐剪切性能稳定,能满足在120℃时的使用要求。
对比实验例5、实验例6、实验例7的结果可知,纤维素共混改性聚乙烯醇作为稠化剂,压裂液的耐温性和耐剪切性比单纯聚乙烯醇压裂液好。值得注意的是羟乙基纤维素比羧甲基纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液效果好,耐温能力达到120℃。
实验例8:破胶液黏度及残渣含量测定
表2对比了向实验例5、实验例6和实验例7所配制压裂液中加入0.1wt%的破胶剂过硫酸铵,破胶后的残渣含量。结果显示纤维素共混改性聚乙烯醇压裂破胶后黏度小于5mPa·s,残渣含量低,可见破胶水化是完全彻底的。
表2:破胶液黏度及残渣含量测定
名称 | 质量分数(%) | 破胶液最终黏度(mPa·s) | 残渣质量浓度(mg·L-1) |
实验例5 | 2 | <5 | 40 |
实验例6 | 2 | <5 | 65 |
实验例7 | 2 | <5 | 55 |
上述实验例中:(1)以上实验例中物料所用的份数均为重量份。(2)以上压裂液稠化剂总的含量均为2wt%,且纤维素与聚乙烯醇质量比均相同。(3)压裂液基液与交联剂的比例即交联比均为(100:1.5)。(4)测流变所用的仪器是MCR 302(Anton Paar,Austria)。(5)参照《SY/T5107—2005水基压裂液性能评价方法》对压裂液体系开展了室内评价实验。
Claims (3)
1.一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,其特征在于,它由下述重量份的原料组成:
聚乙烯醇:1~15;羟乙基纤维素或羧甲基纤维素:1~15;
有机钛交联剂:1~10;水:200~300;
所述的有机钛交联剂由下述重量份的原料组成:
异丙醇:1~20;甘油:1~20;
钛酸丁酯:30~55;三乙醇胺:30~40;
所述的有机钛交联剂采用以下方法制备:在无水条件下,将异丙醇、甘油加到三口烧瓶中,加热至80~90℃,搅拌0.5~1h,在搅拌状态下加入钛酸丁酯、三乙醇胺,70~90℃温度下搅拌反应3~4h。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液,其特征在于:所述的聚乙烯醇为聚乙烯醇1799或聚乙烯醇1788中的任意一种。
3.权利要求1所述的一种纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液的制备方法,其特征在于,它包括以下步骤:
S1. 将聚乙烯醇、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素、水在90~95℃条件下搅拌反应3~5h至完全溶解;
S2. 将上述溶液冷却至室温,再加入有机钛交联剂,搅拌2~5min,制得纤维素共混改性聚乙烯醇压裂液。
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