CN106318367A - 一种超高温压裂液有机硼锆交联剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有胍胶体系耐温度低的问题。本发明提供一种超高温压裂液有机硼锆交联剂及其制备方法。本发明提供一种压裂液有机硼锆交联剂，按质量份计，由以下组分制成：无机锆盐2‑5份；丙三醇10‑16份；硼化合物10‑18份；配位体9‑17份；络合剂0.2‑1份；水44‑70份。本发明提供的有机硼锆交联剂应用于抗高温压裂液体系中，形成的冻胶在180℃超高温下具有良好的耐温耐剪切性。
Description
技术领域
本发明属于油田开釆领域，特别涉及一种超高温压裂液有机硼锆交联剂及其制备方法。
背景技术
压裂技术是油气田开釆必不可少的措施，压裂液是压裂工艺技术主要组成部分。交联剂是压裂液的重要组成部分，交联剂的好坏直接决定着压裂液的性能的优劣，也直接关系到圧裂作业的成败。
水基压裂液中的交联剂经过了从硼酸盐到钛、锆、硼聚合物等金属类交联剂的发展过程。20世纪80年代，随着深层油气藏的勘探与开釆，国内外相继开发了有机钛(钴)等体系的交联剂，这类交联剂具有良好的延缓交联能力与耐高温等性能，但是难破胶、返排效率低、对裂缝导流能力损害严重。90年代以来，国内外又相继开展了有机硼交联剂的研究，其具有易破胶、低伤害等优点，能根据储层特点及工艺要求实现可控的延迟交联时间，降低施工过程中的摩阻，但其仅适合在低于150℃的地层中使用，超过这个温度就需要更高浓度的胍胶和更大用量的交联剂来维持裂缝中的液体黏度，这样会导致压裂液摩阻升高、破胶后产生更多的残造，并使成本增加。
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具有用量少、延迟交联、时间可控、耐高温、易破胶、低伤害、低摩阻的高温延缓型有机硼锆交联剂及其制备方法。
一种超高温压裂液有机硼锆交联剂，按质量份计，由以下组分制成：无机锆盐2～5份；丙三醇10～16份；硼化合物10～18份；配位体9～17份；络合剂0.2～1份；水44～70份；所述配位体为山梨醇和葡萄糖酸钠的混合物，所述络合剂为乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠中的至少一种。
本发明中，无机锆盐的质量百分数为1.6％～6.4％，无机锆盐用量少，成本低；所述络合剂中含有羧基，可形成分子内的氢键，使体系更稳定。
优选所述配位体中山梨醇和葡萄糖酸钠的质量比为1：6，此比例下有利于醇起到耐高温的作用。
所述无机锆盐为氧氯化锆和四氯化锆中的至少一种。
所述的硼化合物为硼砂和硼酸中的中的至少一种。
本发明还提供一种权利要求1所述的一种超高温压裂液有机硼锆交联剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将14份水与无机锆盐常温混合均匀，升温至55℃，加入络合剂，反应0.5小时，得到产物A。
2)将30份水，丙三醇和硼化合物混合，于55℃反应1小时，得到产物B；
3)将产物B加入产物A中，于55℃反应0.4小时，再加入配位体、0.1～0.6份催化剂和0～26份水，于55℃再反应0.5小时，所述催化剂为硫酸高铈和硫代硫酸钠中的至少一种；
4)将反应升温至80℃，继续反应3小时，即得到有机硼锆交联剂。
上述物质的加入量都是按照质量份计。
目前采用“一锅法”制备有机硼锆容易产出沉淀，在制备过程中为了防止硼锆反应是产生沉淀，对其工艺改进，采用分步反应制得锆化合物A和硼化合物B，最后A与B混合反应，能够有效的避免产生沉淀。制备方法简单，不需要通入氨气进行反应，另外，使用催化剂有利于得到耐高温的机硼锆交联剂。
本发明的有益效果是：有机硼锆交联剂的制备方法中，采用硼、锆的反应，可灵活调整其中硼、锆比例，使本有机硼锆交联剂更高效适用不同压裂作业要求。本发明制备方法采用的原材料易得，生产所需时间短，生产所需温度适中，能有效节约生产成本，能够有利于有机硼交联剂的市场化和在压裂体系中的广泛应用。所合成的机硼锆交联剂主要应用于抗高温压裂液体系中，形成的冻胶在180℃超高温下具有良好的耐温耐剪切性并且具有易破胶、低伤害、低摩阻的特点。
附图说明
图1是本发明实施例3与实例5得到的交联剂形成的冻胶在180℃、170S～1下粘度变化曲线。
具体实施方式
实施例1：
一种超高温有机硼锆交联剂，按质量份计，由以下组分制成：氧氯化锆2份；硼砂18份；丙三醇10份；乙二胺四乙酸二钠0.2份；山梨醇12份；葡萄糖酸钠3份；水54份。
制备方法如下：
(1)向三口瓶A中加入水14份，氧氯化锆2份，常温搅拌，水解锆盐0.5小时，升温55℃，加入乙二胺四乙酸二钠0.2份，匀速搅拌0.5小时。
(2)向B三口瓶中加入，丙三醇10份，水30份，硼砂18份，于55℃匀速搅拌1小时；
(3)将B三口瓶完成产物倒入A三口瓶，55℃匀速搅拌0.4小时，加入山梨醇12份，葡萄糖酸钠3份，硫酸高铈0.5份，水10份于55℃匀速搅拌0.5小时；
(4)将反应升温至80℃，继续搅拌3小时，即得到淡黄色有机硼锆交联剂。
实施例2
一种超高温有机硼锆交联剂，按质量份计，由以下组分制成：四氯化锆2份；硼酸15份；丙三醇13份；乙二胺四乙酸0.5份；山梨醇12份；葡萄糖酸钠3份；水54份。
(1)向A三口瓶中加入水14份，四氯化锆2份，常温搅拌，水解锆盐0.5小时，升温55℃，加入乙二胺四乙酸0.5份，匀速搅拌0.5小时。
(2)向B三口瓶中加入，丙三醇13份，水30份，硼酸15份，55℃匀速搅拌1小时；
(3)将B三口瓶完成产物倒入A三口瓶，55℃匀速搅拌0.4小时，加入山梨醇12份，葡萄糖酸钠3份，硫代硫酸钠0.6份，水10份于55℃匀速搅拌0.5小时；
(4)将反应升温至80℃，继续搅拌3小时，即得到黄色有机硼锆交联剂。
实施例3
一种超高温有机硼锆交联剂，按质量份计，由以下组分制成：氧氯化锆2份；硼砂10份；硼酸8份；丙三醇10份；乙二胺四乙酸二钠0.5份；硫代硫酸钠0.3份；山梨醇12份；葡萄糖酸钠3份；硫酸高铈0.3份；水54份。
(1)向A三口瓶中加入水14份和氧氯化锆2份，常温搅拌，水解锆盐0.5小时，升温55℃，加入乙二胺四乙酸二钠0.5份，匀速搅拌0.5小时。
(2)向B三口瓶中加入，丙三醇10份；水30份，硼酸10份；硼酸8份；在55℃匀速搅拌1小时；
(3)将B三口瓶完成产物倒入A三口瓶，55℃匀速搅拌0.4小时，加入山梨醇12份；葡萄糖酸钠3份；硫代硫酸钠0.3份；硫酸高铈0.3份；水10份于55℃匀速搅拌0.5小时；
(4)将反应升温至80℃，继续搅拌3小时，即得到淡黄色有机硼锆交联剂。
实施例4
一种超高温有机硼锆交联剂，按质量份计，由以下组分制成：氧氯化锆5份；硼砂18份；丙三醇16份；乙二胺四乙酸二钠1份；山梨醇2份；葡萄糖酸钠12份；水70份。
制备方法如下：
(1)向三口瓶A中加入水14份，氧氯化锆5份，常温搅拌，水解锆盐0.5小时，升温55℃，加入乙二胺四乙酸二钠1份，匀速搅拌0.5小时。
(2)向B三口瓶中加入，丙三醇16份，水30份，硼砂18份，于55℃匀速搅拌1小时；
(3)将B三口瓶完成产物倒入A三口瓶，55℃匀速搅拌0.4小时，加入山梨醇12份，葡萄糖酸钠2份，硫酸高铈0.1份，水26份于55℃匀速搅拌0.5小时；
(4)将反应升温至80℃，继续搅拌3小时，即得到淡黄色有机硼锆交联剂。
实施例5
一种超高温有机硼锆交联剂，按质量份计，由以下组分制成：氧氯化锆2份；硼砂10份；丙三醇10份；乙二胺四乙酸二钠0.2份；山梨醇1.4份；葡萄糖酸钠8.4份；水44份。
制备方法如下：
(1)向三口瓶A中加入水14份，氧氯化锆2份，常温搅拌，水解锆盐0.5小时，升温55℃，加入乙二胺四乙酸二钠0.2份，匀速搅拌0.5小时。
(2)向B三口瓶中加入，丙三醇10份，水30份，硼砂10份，于55℃匀速搅拌1小时；
(3)将B三口瓶完成产物倒入A三口瓶，55℃匀速搅拌0.4小时，加入山梨醇1.4份，葡萄糖酸钠8.4份，硫酸高铈0.6份，水26份于55℃匀速搅拌0.5小时；
(4)将反应升温至80℃，继续搅拌3小时，即得到淡黄色有机硼锆交联剂。
实施例6
按照以下配方在自来水中配置压裂液基液(此实施例中的“％”均表示质量浓度，以下所有药品生产于沧州中星石油助剂有限公司)：0.5％羟丙基瓜尔胶，0.5％黏土稳定剂，1％破乳助排剂；0.05％杀菌剂ZXSJ～01；0.2％抗温剂ZXKW～11；0.04％pH调节剂碳酸钠。配方中各物质添加完并搅拌均匀后，静置2小时。往配置好的压裂液基液中加入0.5％实施例3制得的有机硼锆交联剂或实施例5制得的机硼锆交联剂，在3min内形成挑挂性好的冻胶。在HAAKE RS6000流变仪测定该冻胶在温度为180℃、切速率为170s～1下的耐温耐剪切性，其黏度变化曲线如图1所示。可以看出，形成的冻胶在高温剪切下均存在二次交联现象，连续剪切120min后，实例5制得交联剂所形成冻胶的黏度仍保持在80mPa·s以上，特别值得一提的是从流变曲线可以看到，其粘度在剪切下很稳定，说明其热稳定性很好。即山梨醇与葡萄糖酸钠的比例为1:6时，所得到的有机硼锆交联剂交联较好，与羟丙基瓜尔胶形成的冻胶，在180℃的超高温下仍具有良好的耐温耐剪切性，有更好的耐温效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种超高温压裂液有机硼锆交联剂，按质量份计，由以下组分制成：
无机锆盐2～5份；丙三醇10～16份；硼化合物10～18份；配位体9～17份；络合剂0.2～1份；水44～70份；所述配位体为山梨醇和葡萄糖酸钠的混合物，所述络合剂为乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种超高温压裂液有机硼锆交联剂，其特征在于，所述配位体中山梨醇和葡萄糖酸钠的质量比为1：6。
3.根据权利要求1所述的一种超高温压裂液有机硼锆交联剂，其特征在于，所述无机锆盐为氧氯化锆和四氯化锆中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种超高温压裂液有机硼锆交联剂，其特征在于，所述硼化合物为硼砂和硼酸中的中的至少一种。
5.一种权利要求1所述的一种超高温压裂液有机硼锆交联剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将14份水与无机锆盐常温混合均匀，升温至55℃，加入络合剂，反应0.5小时，得到产物A。
2)将30份水，丙三醇和硼化合物混合，于55℃反应1小时，得到产物B；
3)将产物B加入产物A中，于55℃反应0.4小时，再加入配位体、0.1～0.6份催化剂和0～26份水，于55℃反应0.5小时，所述催化剂为硫酸高铈和硫代硫酸钠中的至少一种；
4)将反应升温至80℃，继续反应3小时，即得到有机硼锆交联剂。
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