CN105131931A - 耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，该方法包括以下步骤：改性羟丙基胍胶的合成；有机硼锆交联剂的合成；耐200℃高温压裂施工用冻胶的合成，搅拌后即可形成耐200℃高温压裂施工用冻胶。本发明效果是通过在羟丙基胍胶中引入刚性基团改性剂，可将其热稳定性提高30℃-45℃，并能更好地与聚丙烯酰胺进行复配；与有机硼锆交联剂交联所形成的压裂施工用冻胶具有良好的耐温效果，其在200℃和170s-1的剪切速率条件下，体系粘度维持在50mpa·s以上的时间可超过65min，且破胶后水化彻底(＜5mPa·s)、残渣含量低(＜550mg·L-1)、携砂效果好(基液粘度为93mPa·s)。

Description

耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法
技术领域
本发明涉及油田采油领域所用的一种压裂液用冻胶，具体涉及一种耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法。
背景技术
近年来，随着人类对资源能源的需求急剧增长，导致石油的过度开采，较易开采的油层日趋减少。向深井、超深井及非常规油气藏开采油气是未来的发展趋势。这些油气藏表现出埋藏深、渗透率低、温度高等特点。在向更深层气藏改造的过程中，超高温压裂液是更深储层压裂改造的核心技术之一，具有广阔的市场前景和市场需求，而国内对高温压裂液的研究还处于起步阶段。
压裂液是压裂技术的重要组成部分，压裂液作为造缝和携砂的介质，其性能是影响压裂施工效果的关键。由增稠体系和交联体系复配而形成的冻胶则是压裂液的重要组成部分，在深井异常高温高压环境下，国内现有的冻胶体系并不适用于此类地层的压裂，常用增稠剂主体成分植物胶胍胶高分子长链在177℃时会迅速降解，尤其在高温下，基液中的溶解氧会导致植物胶高分子链迅速降解，同时其交联结构也会水解严重。因此，研发耐温200℃同时兼具耐盐耐剪切性能的压裂施工用冻胶，以满足超高温井的井下压裂施工需求，对超高温深井的储存改造、石油资源的高效利用和增产增注都具有非常重要的意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，所制备的冻胶残渣含量低、携砂效果好、破胶彻底。该方法针对植物胶胍胶高分子长链易被氧化降解、水解等问题，采用引入刚性基团改性剂对其进行改性修饰，使其能与聚丙烯酰胺更好地复配，从而进一步提高体系的耐温性能；同时制备冻胶用交联剂选用有机硼锆交联剂，可增加其与改性羟丙基胍胶和聚丙烯酰胺的交联位点，进而提高冻胶的耐温性。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，该方法在羟丙基胍胶引入刚性基团改性剂进行改性修饰，使改性羟丙基胍胶能与聚丙烯酰胺更好地复配，提高冻胶的耐温性能；同时，制备冻胶用交联剂选用有机硼锆交联剂，增加交联剂与改性羟丙基胍胶和聚丙烯酰胺的交联位点，提高了冻胶的耐温性，该方法包括以下步骤：
(1)改性羟丙基胍胶的合成：
在室温和机械搅拌装置搅拌条件下，在四口瓶中，依次加入100-120份水和1-3份羟丙基胍胶，搅拌溶胀15min，逐滴加入0.625-2份刚性基团改性剂后，加入0.3-0.5份氢氧化钠，在65℃下恒温反应4h，反应完毕后，将制得的反应液冷却至室温，调节反应液pH＝7.0，而后将反应液倒入乙醇中析出白色絮状沉淀，过滤，温度为50℃烘干，粉碎，即得改性羟丙基胍胶；
(2)有机硼锆交联剂的合成：
取11-13份四硼酸钠、17-19份配体A、0.5-1.5份氢氧化钠、10-30份水倒入三口烧瓶1搅拌溶解5min，升温至80℃反应4～5h，得到无色透明的溶液；
另取三口烧瓶2加入六水合氧氯化锆1-3份、水1-3份，升温至60℃搅拌至完全溶解；逐滴加入1-3份配体B后，用5mol·L-1NaOH溶液调节pH＝6.7，反应5h，即可得到淡黄色溶液；
取1-3份三口烧瓶1中所得无色透明溶液和1-3份三口烧瓶2中所得淡黄色溶液，在烧杯中室温机械搅拌反应0.5h，即可得到有机硼锆交联剂；
(3)耐200℃高温压裂施工用冻胶的合成：
取1-3份步骤(1)中所得改性羟丙基胍胶，1-3份聚丙烯酰胺加入到100-130份水中，机械搅拌溶解10min并静置溶胀15min后，用5mol·L-1的NaOH溶液调节pH＝11，而后加入1-2份步骤(2)所得有机硼锆复合交联剂，搅拌3min即可形成耐200℃高温压裂施工用冻胶。
5-2份刚性基团改性剂后，加入0.3-0.5份氢氧化钠，在65℃下恒温反应4h，反应完毕后，冷却至室温，调节体系pH＝7.0，而后将反应液倒入乙醇中析出白色絮状沉淀，过滤，50℃烘干，粉碎，即得改性羟丙基胍胶；
(2)有机硼锆交联剂的合成：
取11-13份四硼酸钠、17-19份配体A、0.5-1.5份氢氧化钠、10-30份水倒入三口烧瓶1搅拌溶解5min，升温至80℃反应4～5h，得到无色透明的溶液；
另取三口烧瓶2加入六水合氧氯化锆1-3份、水1-3份，升温至60℃搅拌至完全溶解；逐滴加入1-3份配体B后，用5mol·L-1NaOH溶液调节体系pH＝6.7，反应5h，即可得到淡黄色溶液；
取1-3份三口烧瓶1中所得无色透明溶液和1-3份三口烧瓶2中所得淡黄色溶液，在烧杯中室温机械搅拌反应0.5h，即可得到有机硼锆交联剂；
(3)耐200℃高温压裂施工用冻胶的合成：
取1-3份步骤(1)中所得改性羟丙基胍胶，1-3份聚丙烯酰胺加入到100-130份水中，机械搅拌溶解10min，并静置溶胀15min后，用5mol·L-1的NaOH溶液调节pH＝11，而后加入1-2份步骤(2)所得有机硼锆复合交联剂，搅拌3min即可形成耐200℃高温压裂施工用冻胶。
本发明的效果为：
(1)本发明在羟丙基胍胶的高分子链中引入刚性基团对其进行改性，可更好地与聚丙烯酰胺进行复配，并将胍胶分子的热稳定性提高30℃-45℃。
(2)由改性羟丙基胍胶和有机硼锆交联剂进行交联所制备的冻胶在200℃超高温以及170s-1剪切速率条件下，体系粘度维持在50mPa·s以上的时间可超过65min，且破胶后水化彻底，破胶液黏度<5mPa·s。
(4)本发明冻胶不需要加入其它助剂的条件下，破胶后残渣含量低(<500mg·L-1)，携砂效果好(基液粘度为93mPa·s)。
附图说明
图1为本发明的耐200℃高温压裂施工用冻胶的流变性能曲线图。
具体实施方式
结合实施例对本发明的耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法加以说明。
本发明的耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，该方法在羟丙基胍胶引入刚性基团改性剂进行改性修饰，使改性羟丙基胍胶能与聚丙烯酰胺更好地复配，提高冻胶的耐温性能；同时，制备冻胶用交联剂选用有机硼锆交联剂，增加交联剂与改性羟丙基胍胶和聚丙烯酰胺的交联位点，提高了冻胶的耐温性，该方法包括以下步骤：
(1)改性羟丙基胍胶的合成：
在室温和机械搅拌装置搅拌条件下，在四口瓶中，依次加入100-120份水和1-3份羟丙基胍胶，搅拌溶胀15min，逐滴加入0.625-2份刚性基团改性剂后，加入0.3-0.5份氢氧化钠，在65℃下恒温反应4h，反应完毕后，将制得的反应液冷却至室温，调节反应液pH＝7.0，而后将反应液倒入乙醇中析出白色絮状沉淀，过滤，温度为50℃烘干，粉碎，即得改性羟丙基胍胶。
(2)有机硼锆交联剂的合成：
取11-13份四硼酸钠、17-19份配体A、0.5-1.5份氢氧化钠、10-30份水倒入三口烧瓶1搅拌溶解5min，升温至80℃反应4～5h，得到无色透明的溶液。
另取三口烧瓶2加入六水合氧氯化锆1-3份、水1-3份，升温至60℃搅拌至完全溶解；逐滴加入1-3份配体B后，用5mol·L-1NaOH溶液调节pH＝6.7，反应5h，即可得到淡黄色溶液。
取1-3份三口烧瓶1中所得无色透明溶液和1-3份三口烧瓶2中所得淡黄色溶液，在烧杯中室温机械搅拌反应0.5h，即可得到有机硼锆交联剂。
(3)耐200℃高温压裂施工用冻胶的合成：
取1-3份步骤(1)中所得改性羟丙基胍胶，1-3份聚丙烯酰胺加入到100-130份水中，机械搅拌溶解10min并静置溶胀15min后，用5mol·L-1的NaOH溶液调节pH＝11，而后加入1-2份步骤(2)所得有机硼锆复合交联剂，搅拌3min即可形成耐200℃高温压裂施工用冻胶。
所述的刚性基团改性剂为吡咯烷酮及其衍生物，包括2-吡咯烷酮；N-甲基吡咯烷酮；2-乙烯基吡咯烷酮中的一种或几种；所述聚丙烯酰胺为非离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺中的一种，其粘均分子量大小为1.0×107-1.2×107；所述的配体A为多元醇，包括丙三醇、甘露醇、1,2-丙二醇、季戊四醇中的一种或几种；所述的配体B为多元醇及多元酸，包括丙三醇、甘露醇、1,2-丙二醇、季戊四醇、葡萄糖酸、乳酸、乙二胺四乙酸中的一种或几种。
实施例：
实施例1
在室温机械搅拌条件下，在四口瓶中依次加入1份羟丙基胍胶和100份水，搅拌溶胀15min，逐滴加入0.625份2-吡咯烷酮后加入0.3份氢氧化钠，65℃下恒温反应4h，即得改性羟丙基胍胶；
取四硼酸钠11份、丙三醇10份、甘露醇7份、氢氧化钠0.5份、水10份倒入三口烧瓶1中，搅拌溶解5min，升温至80℃反主要包括以下步骤：
(1)改性羟丙基胍胶的合成：
室温和机械搅拌条件下，在四口瓶中，依次加入100-120份水和1-3份羟丙基胍胶，搅拌溶胀15min，逐滴加入0.625-2份刚性基团改性剂后，加入0.3-0.5份氢氧化钠，在65℃下恒温反应4h，反应完毕后，将反应液冷却至室温，调节pH＝7.0，而后将反应液倒入乙醇中析出白色絮状沉淀，过滤，50℃烘干，粉碎，即得改性羟丙基胍胶；
(2)有机硼锆交联剂的合成：
取11-13份四硼酸钠、17-19份配体A、0.5-1.5份氢氧化钠、10-30份水倒入三口烧瓶1搅拌溶解5min，升温至80℃反应4～5h，得到无色透明的溶液；
另取三口烧瓶2加入六水合氧氯化锆1-3份、水1-3份，升温至60℃搅拌至完全溶解；逐滴加入1-3份配体B后，用5mol·L-1NaOH溶液调节pH＝6.7，反应5h，即可得到淡黄色溶液；
取1-3份三口烧瓶1中所得无色透明溶液和1-3份三口烧瓶2中所得淡黄色溶液，在烧杯中室温机械搅拌反应0.5h，即可得到有机硼锆交联剂；
(3)耐200℃高温压裂施工用冻胶的合成：
取1-3份步骤(1)中所得改性羟丙基胍胶，1-3份聚丙烯酰胺加入到100-130份水中，机械搅拌溶解10min，并静置溶胀15min后，用5mol·L-1的NaOH溶液调节体系应4h，得到无色透明溶液；另取六水合氧氯化锆1份、水1份加入三口烧瓶中，升温至60℃搅拌至完全溶解；逐滴加入0.5份丙三醇、0.5份乳酸后用5mol·L-1NaOH溶液调节pH＝6.7，反应5h，即可得到淡黄色溶液；将1份制备所得无色透明溶液和1份制备所得淡黄色溶液加入到烧杯中，在室温下机械搅拌0.5h，即制备得到有机硼锆交联剂。
在机械搅拌条件下，取1份改性羟丙基胍胶和1份粘均分子量为1×107的非离子聚丙烯酰胺加入到100份水中，搅拌溶解10min，并静置溶胀15min后，用5mol·L-1的NaOH溶液调节pH＝11。而后加入制备所得有机硼锆交联剂1份，搅拌3min即得耐200℃高温压裂施工用冻胶。
流变检测发现，胍胶改性后，其耐热性提高30℃。测定所制备的冻胶的流变性能，结果如图1所示。从图1中可以看出，本发明压裂施工用冻胶在200℃高温和170s-1的剪切速率条件下，粘度维持在65mpa·s以上的时间超过65min。此外，检测还发现，基液粘度为93mPa·s，具有较好的携砂效果，破胶液黏度为2.82mPa·s，残渣含量为420mg·L-1。
实施例2
在室温机械搅拌条件下，在四口瓶中依次加入2份羟丙基胍胶和100份水，搅拌溶胀15min，逐滴加入1份2-吡咯烷酮后加入0.4份氢氧化钠，65℃下恒温反应4h，即得改性羟丙基胍胶；
取四硼酸钠12份、丙三醇10份、甘露醇8份、氢氧化钠1份、水20份倒入三口烧瓶中，搅拌溶解5min，升温至80℃反应4.5h，得到无色透明溶液；另取六水合氧氯化锆2份、水2份加入三口烧瓶中，升温至60℃搅拌至完全溶解；逐滴加入1份甘露醇、1份葡萄糖酸后用5mol·L-1NaOH溶液调节pH＝6.7，反应5h，即可得到淡黄色溶液；将2份制备所得无色透明溶液和2份制备所得淡黄色溶液加入到烧杯中，在室温下机械搅拌0.5h，即制备得到有机硼锆交联剂。
在机械搅拌条件下，取2份改性羟丙基胍胶和2份粘均分子量为1×107的非离子聚丙烯酰胺加入到115份水中，搅拌溶解10min，并静置溶胀15min后，用5mol·L-1的NaOH溶液调节pH＝11。而后加入制备所得有机硼锆交联剂1.5份，搅拌3min即得耐200℃高温压裂施工用冻胶。
流变检测发现，胍胶改性后，其耐热性提高35℃。测定所制备的冻胶的流变性能，结果发现，在200℃高温和170s-1的剪切速率条件下，体系粘度维持在63.9mpa·s以上的时间超过65min。此外，检测还发现，破胶液黏度为2.52mPa·s，残渣含量为420mg·L-1。
实施例3
在室温机械搅拌条件下，在四口瓶中依次加入3份羟丙基胍胶和120份水，搅拌溶胀15min，逐滴加入2份2-吡咯烷酮后加入0.5份氢氧化钠，65℃下恒温反应4h，即得改性羟丙基胍胶；
取四硼酸钠13份、甘露醇10份、季戊四醇9份、氢氧化钠1.5份、水30份倒入三口烧瓶中，搅拌溶解5min，升温至80℃反应5h，得到无色透明溶液；另取六水合氧氯化锆3份、水3份加入三口烧瓶中，升温至60℃搅拌至完全溶解；逐滴加入2份甘露醇、1份葡萄糖酸后用5mol·L-1NaOH溶液调节体系pH＝6.7，反应5h，即可得到淡黄色溶液；将3份制备所得无色透明溶液和3份制备所得淡黄色溶液加入到烧杯中，在室温下机械搅拌0.5h，即制备得到有机硼锆交联剂。
在机械搅拌条件下，取3份改性羟丙基胍胶和3份粘均分子量为1.2×107的非离子聚丙烯酰胺加入到130份水中，搅拌溶解10min，并静置溶胀15min后，用5mol·L-1的NaOH溶液调节pH＝11。而后加入制备所得有机硼锆交联剂2份，搅拌3min即得耐200℃高温压裂施工用冻胶。
流变检测发现，胍胶改性后，其耐热性提高45℃。测定所制备的冻胶的流变性能，结果发现，在200℃高温和170s-1的剪切速率条件下，体系粘度维持在70mpa·s以上的时间超过65min。此外，检测还发现，破胶液黏度为3.26mPa·s，残渣含量为450mg·L-1。

Claims (5)

1.一种耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，该方法在羟丙基胍胶引入刚性基团改性剂进行改性修饰，使改性羟丙基胍胶能与聚丙烯酰胺更好地复配，提高冻胶的耐温性能；同时，制备冻胶用交联剂选用有机硼锆交联剂，增加交联剂与改性羟丙基胍胶和聚丙烯酰胺的交联位点，提高了冻胶的耐温性，该方法包括以下步骤：
(1)改性羟丙基胍胶的合成：
在室温和机械搅拌装置搅拌条件下，在四口瓶中，依次加入100-120份水和1-3份羟丙基胍胶，搅拌溶胀15min，逐滴加入0.625-2份刚性基团改性剂后，加入0.3-0.5份氢氧化钠，在65℃下恒温反应4h，反应完毕后，将制得的反应液冷却至室温，调节反应液pH＝7.0，而后将反应液倒入乙醇中析出白色絮状沉淀，过滤，温度为50℃烘干，粉碎，即得改性羟丙基胍胶；
(2)有机硼锆交联剂的合成：
取11-13份四硼酸钠、17-19份配体A、0.5-1.5份氢氧化钠、10-30份水倒入三口烧瓶1搅拌溶解5min，升温至80℃反应4～5h，得到无色透明的溶液；
另取三口烧瓶2加入六水合氧氯化锆1-3份、水1-3份，升温至60℃搅拌至完全溶解；逐滴加入1-3份配体B后，用5mol·L-1NaOH溶液调节pH＝6.7，反应5h，即可得到淡黄色溶液；
取1-3份三口烧瓶1中所得无色透明溶液和1-3份三口烧瓶2中所得淡黄色溶液，在烧杯中室温机械搅拌反应0.5h，即可得到有机硼锆交联剂；
(3)耐200℃高温压裂施工用冻胶的合成：
取1-3份步骤(1)中所得改性羟丙基胍胶，1-3份聚丙烯酰胺加入到100-130份水中，机械搅拌溶解10min并静置溶胀15min后，用5mol·L-1的NaOH溶液调节pH＝11，而后加入1-2份步骤(2)所得有机硼锆复合交联剂，搅拌3min即可形成耐200℃高温压裂施工用冻胶。
2.根据权利要求1所述耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，其特征是：所述的刚性基团改性剂为吡咯烷酮及其衍生物，包括2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、2-乙烯基吡咯烷酮中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，其特征是：所述聚丙烯酰胺为非离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺中的一种，粘均分子量大小为1.0×107-1.2×107。
4.根据权利要求1所述耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，其特征是：所述的配体A为多元醇，包括丙三醇、甘露醇、1,2-丙二醇、季戊四醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述耐200℃高温压裂施工用冻胶的制备方法，其特征是：所述的配体B为多元醇或多元酸，包括丙三醇、甘露醇、1,2-丙二醇、季戊四醇、葡萄糖酸、乳酸、乙二胺四乙酸中的一种或几种。
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