CN105419769A - 一种可降解纤维及含其的压裂液与该压裂液的制备方法 - Google Patents

一种可降解纤维及含其的压裂液与该压裂液的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可降解纤维及含其的压裂液与该压裂液的制备方法。以该可降解纤维的总重量为基准，其是通过使50％-70％的多元酸与30％-50％的多元醇在160℃-180℃进行聚合反应3-5小时得到一聚合物，然后使所述聚合物依次经过射流、缠绕、拉丝、再次缠绕、剪切而制备得到的。该压裂液含有0.10％-0.18wt％的所述可降解纤维。该含有可降解纤维的压裂液的制备方法为：在水中加入稠化剂以及其他试剂，得到稠化剂水溶液；再加入可降解纤维；最后加入破胶剂和交联剂，制备得到所述的压裂液。本发明提供的可降解纤维可用于制备压裂液，能够提高压裂液的携砂性能、降低压裂液的稠化剂用量、减少地层伤害。

Description

一种可降解纤维及含其的压裂液与该压裂液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种可降解纤维及含其的压裂液与该压裂液的制备方法，属于石油化工技术领域。
背景技术
美国能源信息署(EIA)预测显示，中国页岩气可采储量为36.1×1012m3，远超世界排名第2的美国；国土资源部2012年3月公布中国陆域页岩气地质储量为134.4×1012m3，可采储量大于25.1×1012m3(不含青藏地区)，开发前景诱人。
压裂技术是页岩气开发的核心技术。压裂液性能的好坏是压裂成败的最关键因素。目前，国内外常用的压裂液为水基压裂液，以天然植物胶为稠化剂的压裂液广泛应用。但该压裂液普遍存在的问题包括：一、裂缝宽度不够，支撑剂潜入困难；二、压裂液携砂能力不足，支撑剂在混合液中快速沉淀、聚集在近井周围裂缝底部；三、压裂液稠化剂用量大，导致压裂液破胶不彻底，较多残渣滞留地层，对地层造成严重伤害等，严重影响压裂效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可降解纤维。该可降解纤维可用于制备压裂液，能够提高压裂液的携砂性能、降低压裂液的稠化剂用量、减少地层伤害。
本发明的目的还在于提供一种含有上述可降解纤维的压裂液与该压裂液的制备方法。
为达到上述目的，本发明首先提供了一种可降解纤维，以所述可降解纤维的总重量为基准，其是通过使50％-70％的多元酸与30％-50％的多元醇在160℃-180℃进行聚合反应3-5小时得到一聚合物，然后使所述聚合物依次经过射流、缠绕、拉丝、再次缠绕、剪切而制备得到的。
在上述的可降解纤维中，优选地，所述多元酸包括2-羟基丙酸等。
在上述的可降解纤维中，优选地，所述多元醇包括丙三醇和/或乙二醇等。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述可降解纤维的长度为0.3-0.6cm，直径为50-120μm。
在本发明中，使聚合物经过的射流、缠绕、拉丝等处理均是本领域的常规技术。它们的具体工艺过程(包括工艺中涉及的温度、压力等参数)均可以由本领域技术人员进行常规的调节，例如可以参考以下文献，但不限于这些文献：刘淑强等.可生物降解聚乳酸长丝的熔融纺丝工艺.纺织学报；朱晓丹，王婕.聚乳酸及其纤维的发展及应用.聚酯工业；解德诚.聚乳酸短纤维生产工艺研究.合成纤维；罗益锋.国内外特种纤维的最新研究进展(下).纺织导报；吴改红，刘淑强.纺丝温度对可降解聚乳酸长丝性能的影响.合成纤维；张文，周静宜，陈玉顺.聚乳酸切片的纺丝工艺研究.聚酯工业；赵伟峰，赫斌等.70dtex/192f细旦涤纶长丝制备工艺.合成纤维。本发明将上述文献的全文引用于此作为参考。
本发明提供的可降解纤维可用于制备压裂液，满足不同工作温度(如60℃、90℃和120℃等)的压裂施工需求，能够提高压裂液的携砂性能、降低压裂液的稠化剂用量、减少地层伤害；解决压裂过程中压裂液悬砂性能差，造成的支撑剂过早沉降、支撑剂运移距离短、导流能力差，以及压裂液稠化剂用量大，造成的残渣多对地层伤害严重等问题。
另一方面，本发明还提供了一种含有上述的可降解纤维的压裂液，以所述压裂液的总重量为基准，其含有0.10％-0.18％(优选为0.15％)的所述可降解纤维。
根据本发明的具体实施方式，优选地，以所述压裂液的总重量为基准，其还含有稠化剂0.25％-0.35％、破胶剂0.01％-0.165％、交联剂0.02％-0.08％以及水99.62％以下。
根据本发明的具体实施方式，优选地，以所述压裂液的总重量为基准，其还含有杀菌剂0.0001％-0.01％、pH值调节剂0.01％-0.03％、消泡剂0.0001％-0.01％、稳定剂0.04％-0.20％、络合剂0.04％-0.20％、破胶促进剂0.03％-0.08％、助排剂0.18％-0.20％和无机盐0.6％-1％等添加剂中的一种或几种的组合。
也就是说，本发明提供的压裂液可以只含有所述的可降解纤维、稠化剂、破胶剂、交联剂和水，也可以选择性地添加杀菌剂、pH值调节剂、消泡剂、稳定剂、络合剂、破胶促进剂、助排剂和无机盐等添加剂中的一种或几种的组合。
在上述的压裂液中，优选地，所述稠化剂包括羟丙基瓜胶等；所述破胶剂包括过硫酸铵、胶囊破胶剂和过硫酸钾等中的一种或几种的组合；所述交联剂包括硼砂和/或有机硼交联剂等；所述杀菌剂包括甲醛溶液(该甲醛溶液的浓度可以由本领域技术人员进行常规的调节)等；所述pH值调节剂包括氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠等中的一种或几种的组合；所述消泡剂包括硅油、吐温、斯盘和聚乙烯醚等中的一种或几种的组合；所述稳定剂包括硫代硫酸钠等；所述络合剂包括柠檬酸和/或柠檬酸钠等；所述破胶促进剂包括亚硫酸钠等；所述助排剂包括聚氧乙烯型非离子表面活性剂和季铵盐型表面活性剂的复合表面活性剂等；所述无机盐包括氯化钾等。
本发明提供的可降解纤维压裂液中含有一定量的上述可降解纤维，依靠纤维材料形成的类似网状的互绕结构使石英砂等支撑剂在压裂过程中保持悬浮态，裂缝闭合时能够改善支撑剂效果，纤维在压裂结束后可以自动溶解，从而进一步提高裂缝的导流能力。
本发明还提供了一种上述的含有所述可降解纤维的压裂液的制备方法，其包括以下步骤：
(1)在搅拌条件下，在水中加入稠化剂，继续搅拌待稠化剂完全溶胀后，再可选择地加入杀菌剂、pH值调节剂、消泡剂、稳定剂、络合剂、助排剂和无机盐等中的一种或几种的组合，搅拌均匀后，得到稠化剂水溶液；
(2)在搅拌条件下，向所述稠化剂水溶液中加入可降解纤维，搅拌均匀后，得到可降解纤维压裂液基液；
(3)在搅拌条件下，向所述可降解纤维压裂液基液中可选择地加入破胶促进剂等，再依次加入破胶剂和交联剂，搅拌均匀后，得到所述的可降解纤维压裂液。
在上述的制备方法中，搅拌的速度可以由本领域技术人员进行常规的调控。
综上所述，本发明提供的可降解纤维可用于制备压裂液，该压裂液克服了常规压裂液支撑剂嵌入困难，近井眼砂堵造成的低产问题；减少了稠化剂用量，降低了地层伤害；避免了支撑剂过早沉降，改善了裂缝闭合时支撑剂半充填造成的低效率问题，满足了生产所需的裂缝长度和宽度，提高了增产效果。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种可降解纤维，以所述可降解纤维的总重量为基准，其是通过使55％的2-羟基丙酸与45％的丙三醇在170℃进行聚合反应4小时得到一聚合物，然后使所述聚合物依次经过射流、缠绕、拉丝、再次缠绕、剪切而制备得到的，记为纤维ZC-1，其长度为0.6cm，直径为80μm。其可满足60℃的压裂施工需求。
实施例2
本实施例提供了一种可降解纤维，以所述可降解纤维的总重量为基准，其是通过使60％的2-羟基丙酸与40％的乙二醇在170℃进行聚合反应5小时得到一聚合物，然后使所述聚合物依次经过射流、缠绕、拉丝、再次缠绕、剪切而制备得到的，记为纤维ZC-2，其长度为0.6cm，直径为80μm。其可满足90℃的压裂施工需求。
实施例3
本实施例提供了一种可降解纤维，以所述可降解纤维的总重量为基准，其是通过使70％的2-羟基丙酸与30％的乙二醇在170℃进行聚合反应3小时得到一聚合物，然后使所述聚合物依次经过射流、缠绕、拉丝、再次缠绕、剪切而制备得到的，记为纤维ZC-3，其长度为0.6cm，直径为80μm。其可满足120℃的压裂施工需求。
实施例4
本实施例提供了一种含有可降解纤维的压裂液，其是由以下成分组成的：
清水200mL、羟丙基瓜胶0.56g(0.28wt％)、氯化钾1.2g(0.6wt％)、甲醛溶液(质量浓度为40％)0.02g(0.01wt％)、pH值调节剂(质量比为5:2的碳酸钠和碳酸氢钠)0.06g(0.03wt％)、纤维ZC-1(60℃)0.3g(0.15wt％)、硼砂0.04g(0.02wt％)、亚硫酸钠0.16g(0.08wt％)以及过硫酸铵0.08g(0.04wt％)。
该含有可降解纤维的压裂液是按照以下步骤制备的：
(1)在搅拌条件下，在水中加入羟丙基瓜胶，继续搅拌3分钟，待其完全溶胀后，再加入氯化钾、甲醛溶液、pH值调节剂，搅拌均匀后，得到瓜胶水溶液；
(2)在搅拌条件下，向所述瓜胶水溶液中加入纤维ZC-1，搅拌均匀后，得到可降解纤维压裂液基液；
(3)在搅拌条件下，向所述可降解纤维压裂液基液中依次加入亚硫酸钠、过硫酸铵和硼砂，得到可降解纤维压裂液冻胶。
该可降解纤维压裂液冻胶可在60℃下进行压裂施工。
实施例5
本实施例提供了一种含有可降解纤维的压裂液，其是由以下成分组成的：
清水200mL、羟丙基瓜胶0.6g(0.3wt％)、DY-12型助排剂(盘锦汇明实业有限公司)0.4g(0.2wt％)、氯化钾1.6g(0.8wt％)、甲醛溶液(质量浓度为40％)0.02g(0.01wt％)、聚乙烯醚0.02g(0.01wt％)、碳酸氢钠0.02g(0.01wt％)、纤维ZC-2(90℃)0.3g(0.15wt％)、有机硼交联剂(盘锦汇明实业有限公司)0.04g(0.02wt％)以及过硫酸铵0.02g(0.01wt％)。
该含有可降解纤维的压裂液是按照以下步骤制备的：
(1)在搅拌条件下，在水中加入羟丙基瓜胶，继续搅拌3分钟，待其完全溶胀后，再加入氯化钾、DY-12型助排剂、甲醛溶液、聚乙烯醚、碳酸氢钠，搅拌均匀后，得到瓜胶水溶液；
(2)在搅拌条件下，向所述瓜胶水溶液中加入纤维ZC-2，搅拌均匀后，得到可降解纤维压裂液基液；
(3)在搅拌条件下，向所述可降解纤维压裂液基液中依次加入过硫酸铵和有机硼交联剂，得到可降解纤维压裂液冻胶。
该可降解纤维压裂液冻胶可在90℃下进行压裂施工。
实施例6
本实施例提供了一种含有可降解纤维的压裂液，其是由以下成分组成的：
清水200mL、羟丙基瓜胶0.7g(0.35wt％)、DY-15型防乳化助排剂(盘锦汇明实业有限公司)0.4g(0.2wt％)、氯化钾1.6g(0.8wt％)、甲醛溶液(质量浓度为40％)0.02g(0.01wt％)、聚乙烯醚0.02g(0.01wt％)、硫代硫酸钠0.08g(0.04wt％)、柠檬酸钠0.09g(0.045wt％)，氢氧化钠0.05g(0.025wt％)、纤维ZC-3(120℃)0.3g(0.15wt％)、HZ-8型有机硼高温交联剂(盘锦汇明实业有限公司)0.16g(0.08wt％)、HM-102型胶囊破胶剂(盘锦汇明实业有限公司)0.015g(0.075wt％)以及HM-16型复合高温破胶剂(盘锦汇明实业有限公司)0.018g(0.09wt％)。
该含有可降解纤维的压裂液是按照以下步骤制备的：
(1)在搅拌条件下，在水中加入羟丙基瓜胶，继续搅拌3分钟，待其完全溶胀后，再加入DY-15型防乳化助排剂、氯化钾、甲醛溶液、聚乙烯醚、硫代硫酸钠、柠檬酸钠、氢氧化钠，搅拌均匀后，得到瓜胶水溶液；
(2)在搅拌条件下，向所述瓜胶水溶液中加入纤维ZC-3，搅拌均匀后，得到可降解纤维压裂液基液；
(3)在搅拌条件下，向所述可降解纤维压裂液基液中依次加入HM-102型胶囊破胶剂、HM-16型高温破胶剂和HZ-8型有机硼高温交联剂，得到可降解纤维压裂液冻胶。
该可降解纤维压裂液冻胶可在120℃下进行压裂施工。
试验例1
在实施例4-6中，当进行步骤(2)后，观察实施例1-3提供的纤维ZC-1、纤维ZC-2、纤维ZC-3分别加入到瓜胶水溶液后的分散性，结果显示ZC-1、ZC-2和ZC-3三种纤维在瓜胶水溶液中分散均匀，分散速度快。
试验例2
将实施例1-3提供的ZC-1、ZC-2和ZC-3三种纤维在不同温度下进行溶解试验，结果显示纤维ZC-1在60℃可以溶解、纤维ZC-2在90℃可以溶解、纤维ZC-3在120℃可以溶解。可以满足不同地层温度的需要。试验结果如表1所示。
表1不同纤维在不同温度下的溶解性
试验例3
采用实施例4-6提供的ZC-1、ZC-2和ZC-3三种纤维制备得到的可降解纤维压裂液冻胶和不含有纤维的压裂液进行悬砂性对比试验，结果显示含有本发明的纤维的压裂液的悬砂性明显好于不含有纤维的压裂液。这主要是由于本发明提供的可降解纤维通过自身的弯曲、卷曲和螺旋交叉，相互勾结形成稳定的三维网状结构，将砂束缚于其中，形成较为稳定的过滤网体，进而提高了纤维的悬沙能力，同时具有相当的渗透率，从而达到压裂防砂、防止支撑剂回流等作用。试验结果如表2所示。
表2不同纤维在压裂液中的沉降情况
本试验的具体步骤如下：在搅拌条件下，在清水800mL中加入羟丙基瓜胶2.8g(0.35wt％)，继续搅拌，待其完全溶胀后，再加入DY-15型防乳化助排剂(盘锦汇明实业有限公司)1.6g(0.2wt％)、氯化钾6.4g(0.8wt％)、甲醛溶液(质量浓度为40％)0.08g(0.01wt％)、聚乙烯醚0.08g(0.01wt％)、硫代硫酸钠0.32g(0.04wt％)、柠檬酸钠0.36g(0.045wt％)、氢氧化钠0.20g(0.025wt％)，搅拌均匀后平均分成4份(每份200mL)；第一份中不加纤维，第二份中加纤维ZC-10.3g(0.15wt％)、第三份中加纤维ZC-20.3g(0.15wt％)、第四份中加纤维ZC-30.3g(0.15wt％)；然后向四份中分别加入HZ-8型有机硼高温交联剂(盘锦汇明实业有限公司)0.16g(0.08wt％)，再向四份中分别加入占压裂液重量30％的石英砂。分别倒入250ml量筒中，观察砂子的沉降情况。

Claims (9)

1.一种可降解纤维，以所述可降解纤维的总重量为基准，其是通过使50％-70％的多元酸与30％-50％的多元醇在160℃-180℃进行聚合反应3-5小时得到一聚合物，然后使所述聚合物依次经过射流、缠绕、拉丝、再次缠绕、剪切而制备得到的。
2.根据权利要求1所述的可降解纤维，其中，所述多元酸包括2-羟基丙酸。
3.根据权利要求1所述的可降解纤维，其中，所述多元醇包括丙三醇和/或乙二醇。
4.根据权利要求1所述的可降解纤维，其长度为0.3-0.6cm，直径为50-120μm。
5.一种含有权利要求1-4任一项所述的可降解纤维的压裂液，以所述压裂液的总重量为基准，其含有0.10％-0.18％的所述可降解纤维。
6.根据权利要求5所述的压裂液，以所述压裂液的总重量为基准，其还含有稠化剂0.25％-0.35％、破胶剂0.01％-0.165％、交联剂0.02％-0.08％以及水99.62％以下。
7.根据权利要求6所述的压裂液，以所述压裂液的总重量为基准，其还含有杀菌剂0.0001％-0.01％、pH值调节剂0.01％-0.03％、消泡剂0.0001％-0.01％、稳定剂0.04％-0.20％、络合剂0.04％-0.20％、破胶促进剂0.03％-0.08％、助排剂0.18％-0.20％和无机盐0.6％-1％中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求6或7所述的压裂液，其中，所述稠化剂包括羟丙基瓜胶；所述破胶剂包括过硫酸铵、胶囊破胶剂和过硫酸钾中的一种或几种的组合；所述交联剂包括硼砂和/或有机硼交联剂；所述杀菌剂包括甲醛溶液；所述pH值调节剂包括氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或几种的组合；所述消泡剂包括硅油、吐温、斯盘和聚乙烯醚中的一种或几种的组合；所述稳定剂包括硫代硫酸钠；所述络合剂包括柠檬酸和/或柠檬酸钠；所述破胶促进剂包括亚硫酸钠；所述助排剂包括聚氧乙烯型非离子表面活性剂和季铵盐型表面活性剂的复合表面活性剂；所述无机盐包括氯化钾。
9.一种权利要求5-8任一项所述的含有所述的可降解纤维的压裂液的制备方法，其包括以下步骤：
(1)在搅拌条件下，在水中加入稠化剂，继续搅拌待稠化剂完全溶胀后，再可选择地加入杀菌剂、pH值调节剂、消泡剂、稳定剂、络合剂、助排剂和无机盐中的一种或几种的组合，搅拌均匀后，得到稠化剂水溶液；
(2)在搅拌条件下，向所述稠化剂水溶液中加入可降解纤维，搅拌均匀后，得到可降解纤维压裂液基液；
(3)在搅拌条件下，向所述可降解纤维压裂液基液中可选择地加入破胶促进剂，再依次加入破胶剂和交联剂，搅拌均匀后，得到所述的可降解纤维压裂液。
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