CN105199707A - 水基压裂用预混砂增稠剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水基压裂用预混砂增稠剂及制备方法。增稠剂以质量份计组分为：压裂用支撑剂：18—80重量份；压裂用增稠剂：5—50重量份；速溶液体改造剂：3—30重量份；有机配体：2—12重量份。将压裂用支撑剂与有机配体均匀混合，然后加入速溶液体改造剂，继续搅拌，体系升温到45℃，加入压裂用增稠剂，继续搅拌到反应结束，得到水基压裂用预混砂增稠剂。应用本发明所生产的水基压裂用预混砂增稠剂产品具有：水溶解速度快，抗温、耐盐、可交联、支撑剂的密度可以达到3.2g/cm³、不同砂比的基液粘度一致、砂比范围可根据现场需要在5％～100％之间任意调整、使用现场操作简单、环保，具有良好的发展前景。

Description

水基压裂用预混砂增稠剂及其制备方法

技术领域

本发明属于油田化学品技术领域，具体涉及一种适用于水基压裂用预混砂增稠剂及其制备方法。

背景技术

压裂工艺是油田普遍采用的一种油气井增产的一项主要措施。它是利用地面高压泵组将具有一定粘度的压裂液以大大超过地层吸收能力的排量注入地层中，在地层中形成高压，使原有裂缝得到延伸或者压开新的裂缝，改善油气层的导流能力，从而实现增产的目的。

目前水力压裂使用的压裂液主要有三大类：油基压裂液、泡沫压裂液和水基压裂液。其中油基压裂液成本高，施工困难，仅适用于一些特殊的高难井；泡沫压裂液是国内压裂液发展趋势，具有滤失底，伤害小的特点，不足的是成本高，难以推广；水基压裂液利用淡水或海水为原料，稠化剂加量在千分之几范围内，配液简单，对地层伤害小甚至无伤害，选用合适的稠化剂和破胶剂可以达到破胶彻底，残渣吸附少的优势。

传统水基压裂液使用水溶性高分子聚合物为增稠剂，通过合适的交联剂交联，形成冻胶体系，满足施工中的携砂、悬砂需求。冻胶体系通常要求结构坚固，耐温耐剪切，在一定程度上牺牲了流动性，摩擦阻力增大，不易破胶，混砂困难等。科技工作者开发了低粘髙携砂的理论和应用研究，取得了丰硕的成果，尤其是美国页岩气的成功开发，使得这方面的技术迅速推广。但是低粘髙携砂压裂液技术还是延续了先配液、再加砂的混砂工艺，操作环节多，不易控制，施工成本高等。

位于美国马萨诸塞州的自悬浮支撑剂有限公司于2012年8月30日申请了《用于水利破碎的自悬浮支撑剂》发明专利—201280042615.X，发明人为R.P.马奥尼D.S.索恩和M.K.赫凌K.P.金凯德等，后又于2013年3月15日补充申请了《用于水力压裂的自悬浮支撑剂》专利—201380030233.X和201380030270.0等。其中专利201280042615.X描述内容有：权利要求第12条为“根据权利要求1所述的改性支撑剂，其中，改性支撑剂还含有交联剂”；权利要求第24条为“根据权利要求23所述的方法，其中，将所述水凝胶涂层以液体施覆于所述表面”。专利201280042615.X描述内容有：权利要求第12条为“根据权利要求1所述的改性支撑剂，其中，以液体涂层制剂将所述水凝胶涂层施加到支撑剂颗粒上并干燥以在支撑剂颗粒表面上形成基本连续的膜”；权利要求第13条为“根据上述权利要求中任意一项所述的改性支撑剂，其中，所述改性支撑剂通过反相乳液涂层涂覆技术制造，其中，所述支撑剂颗粒基体与反向乳液结合，其中，油相形成乳液的连续的相且超吸收性聚合物在水中的溶液或悬浮液形成不连续的、乳化的相”；权利要求第19条为“根据权利要求1所述的改性支撑剂，其中，所述改性支撑剂还含有氧化破胶剂或酶破胶剂”；权利要求第23条为“根据权利要求1所述的改性支撑剂，其中，所述改性支撑剂还含有疏水的外层”；权利要求第25条为“根据权利要求1所述的改性支撑剂，其中，所述改性支撑剂还含有延迟的水合添加剂”；权利要求第27条为“根据权利要求1所述的改性支撑剂，其中，所述改性支撑剂还含有醇，所述醇选自由一下组成的组：乙二醇、丙二醇、甘油、丙醇和乙醇”。国内杂志“油气藏评价与开发”第5卷第1期，曾刊文《新型自悬浮压裂支撑剂的应用》，文中内容对自悬浮压裂支撑剂的性能进行了详细的描述，同时也进行了现场应用。

通过文献调研发现，自悬浮支撑剂是一款性能良好的新技术产品，在一定程度上克服了水基冻胶压裂液以及低粘携砂压裂液的缺点，但还存在耐温性差、抗盐能力差、体系不可交联、支撑剂强度不高(支撑剂强度越高密度越大)、基液粘度随砂比变化而变化(施工操作程序复杂)、应用中还需要添加减阻剂等缺点。目前，油田水基压裂的规模越来越大，工况越来越复杂，对压裂液质量的控制要求也越来越高，急需开发出一种能够满足耐温、抗盐、可交联、基液粘度稳定、低成本、能够携带高强度支撑剂的现场配液混砂工艺简单、方便的技术产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水基压裂用预混砂增稠剂。本发明的目的在于提供一种应用工艺简单、耐温性好、耐盐性强、可交联、基液粘度稳定的、能够满足大规模水基压裂现场连续配液需求的预混砂增稠剂。

本发明的技术方案如下：

一种水基压裂用预混砂增稠剂，以质量份计，具体包括以下组分：

压裂用支撑剂：18—80重量份；

压裂用增稠剂：5—50重量份；

速溶液体改造剂：3—30重量份；

有机配体：2—12重量份。

所述压裂用支撑剂优选为陶粒砂或石英砂，或是二者的混合物。

所述增稠剂优选为瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、魔芋胶、槐豆胶、黄原胶、改性纤维素或人造水溶性聚合物中的一种，或是几种的混合物。

所述有机配体优选为乙酸乙酯。

本发明的水基压裂用预混砂增稠剂的制备方法，采用通常的混合即可，也可以采用如下方法：将压裂用支撑剂与有机配体均匀混合，然后加入速溶液体改造剂，继续搅拌，体系升温到45℃，加入压裂用增稠剂，继续搅拌到反应结束，得到水基压裂用预混砂增稠剂。

所述速溶液体改造剂源自专利技术CN200310113416.6的专利技术《水溶性高分子聚合物增稠剂速溶液体改造剂及其加工方法》中所述的水溶性高分子聚合物增稠剂速溶液体改造剂。

合成速溶改造剂的方法如下：

加料：在反应釜中加入90—210重量份的去离子水，50—100份的山梨醇酯，580—690份的有机溶剂，20—60份的乳化剂。

搅拌：搅拌速度控制在80—130转/分钟，同时在反应釜中通入氮气。

升温：在30分钟之内，使温度控制在50—60℃之间。

加料：先向反应釜中加入研磨好的60—150重量份的丙烯酸高碳酸酯再加入3—10份聚合作用引发剂。

升温：在30分钟内，使温度控制在80—120℃之间。维持、控温：维持温度在80—120℃之间2.5—4小时。

本发明将水溶性高分子聚合物粉末均匀稳定的分散于颗粒度相差悬殊的固相之中，形成类似于悬浮的液体状态，具有以下优势：能够实现水溶性高分子聚合物增稠剂在溶解过程中，均匀分散，不形成鱼眼，迅速溶胀，无需疏水性分散剂，降低操作成本，提高工作质量；同时具有工艺简单、无污染、对储层无伤害的特点，应用本发明所生产的水基压裂用预混砂增稠剂产品具有：水溶解速度快，抗温、耐盐、可交联、支撑剂的密度可以达到3.2g/cm³、不同砂比的基液粘度一致、砂比范围可根据现场需要在5％～100％之间任意调整、使用现场操作简单、环保，具有良好的发展前景。

附图说明

图1：本发明所配制的10％砂比的压裂液在使用RS-600流变仪(HAAKE)，90℃温度条件下，剪切速率170s-1，剪切时间120min的流变曲线。

具体实施方式

实施例1：

1.速溶改造剂的合成

在反应釜中，分别加入210份水，50份山梨醇单油酸酯，630份柴油，20份的乳化剂，开动搅拌，搅拌速度为80转/分钟。通入氮气，同时在30分钟之内使反应釜内温度升至55℃。将事先磨好的丙烯酸高碳酸酯(C32—C36)110份缓缓加入，再加入3份过硫酸钾引发剂，并在30分钟内使反应釜内温度继续升至85℃，维持体系温度在80—120℃之间，保持时间约2.5小时。

2.水基压裂预混砂增稠剂的合成

陶粒砂支撑剂：18重量份

瓜儿胶：50重量份

速溶液体改造剂：30重量份

乙酸乙酯：2重量份

将18重量份的压裂用陶粒砂支撑剂与10重量份的乙酸乙酯均匀混合，然后加入30重量份的速溶液体改造剂，继续搅拌，体系升温到45℃，加入50重量份压裂用瓜尔胶增稠剂，继续搅拌30min。反应结束得到色泽均匀、自由流动的水基压裂用预混砂增稠剂。

实施例2：

1.速溶改造剂的合成

在反应釜中，分别加入90份水，100份山梨醇单油酸酯，690份色拉油，60份的乳化剂，开动搅拌，搅拌速度为110转/分钟。通入氮气，同时在30分钟之内使反应釜内温度升至50℃。将事先磨好的丙烯酸高碳酸酯(C32—C36)60份缓缓加入，再加入8份过硫酸钾引发剂，并在30分钟内使反应釜内温度继续升至85℃，维持体系温度在80—120℃之间，保持时间约2.5小时。

2.水基压裂预混砂增稠剂的合成

石英砂支撑剂：80重量份

田菁胶增稠剂：5重量份

速溶液体改造剂：3重量份

乙酸乙酯：12重量份

将80重量份的压裂用石英砂支撑剂与12重量份的乙酸乙酯均匀混合，然后加入3重量份的速溶液体改造剂，继续搅拌，体系升温到45℃，加入5重量份的压裂用田菁胶增稠剂，继续搅拌30min。反应结束得到色泽均匀、自由流动的水基压裂用预混砂增稠剂。

实施例3：

1.速溶改造剂的合成

在反应釜中，分别加入210份水，50份山梨醇单油酸酯，630份柴油，20份的乳化剂，开动搅拌，搅拌速度为80转/分钟。通入氮气，同时在30分钟之内使反应釜内温度升至55℃。将事先磨好的丙烯酸高碳酸酯(C32—C36)110份缓缓加入，再加入3份过硫酸钾引发剂，并在30分钟内使反应釜内温度继续升至85℃，维持体系温度在80—120℃之间，保持时间约2.5小时。

2.水基压裂预混砂增稠剂的合成

石英砂支撑剂：50重量份

香豆胶增稠剂：25重量份

速溶液体改造剂：16重量份

乙酸乙酯：9重量份

将50重量份的压裂用石英砂支撑剂与9重量份的乙酸乙酯均匀混合，然后加入16重量份的速溶液体改造剂，继续搅拌，体系升温到45℃，加入25重量份的压裂用香豆胶增稠剂，继续搅拌30min。反应结束得到色泽均匀、自由流动的水基压裂用预混砂增稠剂。

实施例4：

1.速溶改造剂的合成

在反应釜中，分别加入210份水，50份山梨醇单油酸酯，630份柴油，20份的乳化剂，开动搅拌，搅拌速度为80转/分钟。通入氮气，同时在30分钟之内使反应釜内温度升至55℃。将事先磨好的丙烯酸高碳酸酯(C32—C36)110份缓缓加入，再加入3份过硫酸钾引发剂，并在30分钟内使反应釜内温度继续升至85℃，维持体系温度在80—120℃之间，保持时间约2.5小时。

2.水基压裂预混砂增稠剂的合成

石英砂支撑剂：30重量份

黄原胶增稠剂：40重量份

速溶液体改造剂：22重量份

乙酸乙酯：8重量份

将30重量份的压裂用石英砂支撑剂与8重量份的乙酸乙酯均匀混合，然后加入22重量份的速溶液体改造剂，继续搅拌，体系升温到45℃，加入40重量份的压裂用黄原胶增稠剂，继续搅拌30min。反应结束得到色泽均匀、自由流动的水基压裂用预混砂增稠剂。

实施例5：

1.速溶改造剂的合成

在反应釜中，分别加入180份水，70份山梨醇单油酸酯，580份色拉油，4份的乳化剂，开动搅拌，搅拌速度为130转/分钟。通入氮气，同时在30分钟之内使反应釜内温度升至60℃。将事先磨好的丙烯酸高碳酸酯(C32—C36)150份缓缓加入，再加入10份过硫酸钾引发剂，并在30分钟内使反应釜内温度继续升至85℃，维持体系温度在80—120℃之间，保持时间约3.5小时。

2.水基压裂预混砂增稠剂的合成

陶粒砂支撑剂：70重量份

改性纤维素增稠剂：16重量份

速溶液体改造剂：5重量份

乙酸乙酯：9重量份

将70重量份的压裂用陶粒砂支撑剂与9重量份的乙酸乙酯均匀混合，然后加入5重量份的速溶液体改造剂，继续搅拌，体系升温到45℃，加入16重量份的压裂用改性纤维素增稠剂，继续搅拌30min。反应结束得到色泽均匀、自由流动的水基压裂用预混砂增稠剂。

性能评价

针对本发明预混砂增稠剂具有溶解迅速，悬砂均匀且稳定，耐温抗盐，可交联，不同砂比基液粘度一致的优点，以实例3为实验对象列举部分相关实验数据。

1.溶解迅速与悬砂均匀

室温条件下，称取20ml干燥的预混砂稠化剂放入250ml干燥烧杯中，加入200g蒸馏水，计时，开启搅拌，调节转速700r/min，搅拌2.5min后停止搅拌，静置，观察支撑剂液面与压裂液液面持平，并且支撑剂分布均匀，无成团，成线，分层状态。

2.悬砂稳定性

室温条件下，称取20ml干燥的预混砂稠化剂放入250ml干燥烧杯中，加入200g蒸馏水，计时，开启搅拌，调节转速700r/min，搅拌2.5min后停止搅拌，静置时间超过30min，支撑剂液面与压裂液液面保持一致。进一步配制20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％砂比的压裂液，稳定悬砂时间均超过30min。说明本发明常温悬砂时间满足作业要求。

室温条件下，称取20ml干燥的预混砂稠化剂放入250ml干燥烧杯中，加入200g蒸馏水，计时，开启搅拌，调节转速700r/min，搅拌2.5min后停止搅拌，密封完全以后放在90℃恒温水浴中静置时间超过30min，支撑剂液面与压裂液液面保持一致。进一步配制20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％砂比的压裂液，稳定悬砂时间均超过30min。

说明本发明在90℃条件下也具有很好的悬砂稳定性。

3.耐温耐盐性能(交联条件下)

室温条件下，称取20ml干燥的预混砂稠化剂放入250ml干燥烧杯中，加入200g海水(矿化度35000mg/L)，加入1.0g海水交联剂，开启搅拌，调节转速700r/min，搅拌2.5min后停止搅拌，用砂芯漏斗减压过滤，取清液进行流变性实验。

使用RS-600流变仪(HAAKE)，在90℃温度条件下，剪切速率170s-1，剪切时间120min，压裂液粘度为72mPa.s。(图1是实验流变曲线)说明本发明具有很好的耐温抗盐能力。

本发明公开和提出的水基压裂用预混砂增稠剂及其制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料组成和份数，，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (5)

1.一种水基压裂用预混砂增稠剂，其特征在于：以质量份计，具体包括以下组分：

压裂用支撑剂：18—80重量份；

压裂用增稠剂：5—50重量份；

速溶液体改造剂：3—30重量份；

有机配体：2—12重量份。

2.依据权利要求1中所述的增稠剂，其特征在于：所述压裂用支撑剂为陶粒砂或石英砂，或是二者的混合物。

3.依据权利要求1中所述的增稠剂，其特征在于：所述增稠剂为瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、魔芋胶、槐豆胶、黄原胶、改性纤维素或人造水溶性聚合物中的一种，或是几种的混合物。

4.依据权利要求1中所述的增稠剂，其特征在于：所述有机配体为乙酸乙酯。

5.依据权利要求1中所述的水基压裂用预混砂增稠剂及其制备方法，其特征在于：将压裂用支撑剂与有机配体均匀混合，然后加入速溶液体改造剂，继续搅拌，体系升温到45℃，加入压裂用增稠剂，继续搅拌到反应结束，得到水基压裂用预混砂增稠剂。