CN106433601A - 一种海水基压裂液用交联剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水基压裂液用交联剂及其制备方法和应用，属于油田化学技术领域。按照重量比，所述交联剂包含50～60份的水、10～20份的多元醇、10～15份的有机酸、1～5份的无机酸以及3～8份的无机锆盐。制备方法包括：将水和多元醇混合后加热使多元醇完全溶解，在搅拌条件下，向多元醇溶液中加入有机酸、无机酸、无机锆盐，升温至55‑70℃反应4‑6小时，得到所述交联剂。上述方法制备的交联剂可以和直接用海水配制的增稠剂基液进行交联，形成海水基压裂液冻胶，在150℃下具有良好的耐剪切性能，适合于海上150℃高温储层压裂改造技术需求，提高了海上压裂效率，降低了作业成本。

Description

一种海水基压裂液用交联剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及油田化学技术领域，特别涉及一种海水基压裂液用交联剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国油气勘探开发的不断深入，海洋油气田的开发已经成为油气开发的重要组成部分。但有部分海上区块储层孔隙度低，属于低渗或超低渗储层，对该类致密油藏需要进行压裂改造。

对于海洋压裂作业来讲，通过补给船向作业平台提供淡水进行配液，经常会受到平台作业空间、运输和成本等多种因素限制，很难满足海上压裂改造的需要。而在海上作业，海水是最方便易得、最廉价的资源，可大大解决压裂作业对淡水的依赖。

但是如果用海水来配制基液，现有的压裂液体系经常会出现失效。这主要是因为海水矿化度较高，富含的钙、镁等阳离子，可与一般的有机金属交联剂进行络合，影响交联剂的交联性能，易使冻胶出现交联强度低、耐剪切差、耐温能力弱等，甚至出现不交联的现象，影响压裂液的携砂能力。因此开发适用于海水基压裂液体系的交联剂具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于海水基压裂液体系的海水基压裂液用交联剂及其制备方法和应用，该交联剂能够和用海水配制的增稠剂基液交联，形成海水基压裂液冻胶，冻胶可挑挂，粘弹性优越，在150℃下具有良好的耐剪切性能，提高海上压裂效率，降低压裂作业成本。

一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种海水基压裂液用交联剂，按照重量比，所述交联剂包含50～60份的水、10～20份的多元醇、10～15份的有机酸、1～5份的无机酸以及3～8份的无机锆盐。

所述多元醇为三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一种或者两种的混合物。

所述有机酸为柠檬酸、乳酸、醋酸中的一种。

所述无机酸为盐酸。

所述无机锆盐为八水氧氯化锆、乙酸锆中一种或两种的混合物。

另一方面，本发明提供了一种海水基压裂液用交联剂的制备方法，包括：

将水和多元醇混合后加热使多元醇完全溶解，配制成多元醇溶液；

在搅拌条件下，向所述多元醇溶液中加入有机酸、无机酸、无机锆盐，得到反应体系；其中，水、多元醇、有机酸、无机酸、无机锆盐的重量比为50～60:10～20:10～15:1～5:3～8；

将所述反应体系升温至55-70℃反应4-6小时，得到反应产物，即为所述交联剂。

所述多元醇溶解温度为40℃，加热10-15min。

所述多元醇为三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一种或者两种的混合物；所述有机酸为柠檬酸、乳酸、醋酸中的一种；所述无机酸为盐酸；所述无机锆盐为八水氧氯化锆、乙酸锆中一种或两种的混合物。

另一方面，本发明提供了一种交联剂在海水基压裂液中的应用。

所述交联剂能够和用海水配制的增稠剂基液交联，形成海水基压裂液；其中，所述增稠剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵四种单体的共聚物。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明提供的海水基压裂液用交联剂，该交联剂能够和用海水配制的增稠剂基液交联，形成海水基压裂液冻胶，克服高矿化度的海水对交联剂交联性能的影响，交联后冻胶可挑挂，粘弹性优越，在150℃下具有良好的耐剪切性能，形成具有携砂性好、耐温耐剪切性好的冻胶压裂液体系，且冻胶破胶彻底易返排，破胶液残渣含量低，提高了海上压裂效率，降低了海上压裂作业成本。

附图说明

图1是本发明实施例中海水基压裂液用交联剂的制备方法流程图；

图2是本发明实施例制备的交联剂形成的海水基压裂液在150℃下的流变曲线(0.5％增稠剂+0.3％交联剂)。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种海水基压裂液用交联剂及其制备方法和应用，解决了现有技术中存在的由于高矿化度的海水会影响交联剂的交联性能，使压裂液出现交联强度低、耐剪切差、耐温能力弱、甚至不交联，从而使海上压裂施工受到限制的技术问题；该交联剂能够与海水配制的增稠剂基液交联，形成具有优越耐温、耐盐、耐剪切性能的冻胶压裂液。

为解决上述技术问题，本发明实施例总体思路如下：

本发明提供了一种海水基压裂液用交联剂，按照重量比，所述交联剂包含50～60份的水、10～20份的多元醇、10～15份的有机酸、1～5份的无机酸以及3～8份的无机锆盐。

由于在该交联剂中加入了多元醇和酸，起到了稳定金属锆的作用，不会使该交联剂在海水中因为海水的高矿化度而失效，因此该交联剂能够和用海水配制的增稠剂基液交联，形成海水基压裂液冻胶，从而克服高矿化度的海水对交联剂交联性能的影响，形成具有优越耐温、耐盐、耐剪切性能的冻胶压裂液，进而解决了海上大规模压裂施工对淡水依赖的问题，提高海上压裂效率，降低海上压裂作业成本。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

一方面，本发明实施例提供了一种海水基压裂液用交联剂，按照重量比，所述交联剂包含50～60份的水、10～20份的多元醇、10～15份的有机酸、1～5份的无机酸以及3～8份的无机锆盐。

上述重量比范围的选则依据主要有两点：第一是交联剂的长期稳定性，多元醇和酸作为配位体，起到了稳定金属锆的作用，只有在一定的多元醇和有机酸的加量下，所有的金属锆才能和配位体充分络合，这样金属锆才不会以沉淀的形式析出，交联剂的保质期或长期稳定性才能够得以保证。第二是交联剂的生产成本，在生产交联剂时，不仅要保证交联剂稳定性，还要控制其生产成本，也是各组分重量比的一个选择依据。综合考虑，确定水、多元醇、有机酸、无机酸、无机锆盐的重量比为50～60:10～20:10～15:1～5:3～8。

实际应用过程中，水的重量份数可以为50、55、60；多元醇的重量份数可以为10、15、20；有机酸的重量份数可以为10、13、15；无机酸的重量份数可以为1、3、5；无机锆盐的重量份数可以为3、5、6、8。

所述多元醇为三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一种或者两种的混合物。

所述有机酸为柠檬酸、乳酸、醋酸中的一种。

所述无机酸为盐酸。盐酸为常规的工业浓盐酸，其体积浓度为36.5％。由于硫酸和磷酸中的硫酸根和磷酸根离子易和锆离子结合沉淀，影响交联性能；硝酸则具有氧化性，易破坏交联剂组分中的有机物质；因此不宜选用。而盐酸可克服这些缺点，因此本发明实施例选用盐酸。

所述无机锆盐为八水氧氯化锆、乙酸锆中一种或两种的混合物。

另一方面，基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种上述交联剂的制备方法，参见图1，包括：

步骤S101：将水和多元醇混合后加热使多元醇完全溶解，配制成多元醇溶液；其中多元醇溶解温度为40℃，加热10-15min，从而使多元醇快速充分溶解。

其中，多元醇为三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一种或者两种的混合物。

步骤S102：在搅拌条件下，向所述多元醇溶液中加入有机酸、无机酸、无机锆盐，得到反应体系；其中，水、多元醇、有机酸、无机酸、无机锆盐的重量比为50～60:10～20:10～15:1～5:3～8；

其中，有机酸为柠檬酸、乳酸、醋酸中的一种；无机酸为盐酸；无机锆盐为八水氧氯化锆、乙酸锆中一种或两种的混合物。

步骤S103：将所述反应体系升温至55-70℃反应4-6小时，得到反应产物，即为所述交联剂。

由于交联剂的性能会随着反应温度的升高和反应时间的延长呈现先变优再变差的趋势。经试验表明，当反应温度取55-70℃，反应时间控制在4-6h内，交联剂的交联性能达到最优，因此确定反应温度为55-70℃、反应时间为4-6小时。

另一方面，基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种上述交联剂在海水基压裂液中的应用。

具体的，所述交联剂能够和用海水配制的增稠剂基液交联，形成海水基压裂液；其中，所述增稠剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵四种单体的共聚物。

通过调节基液的pH值，该交联剂的交联时间在30s-120s范围内可任意调节；交联后冻胶可挑挂，粘弹性优越；在150℃下具有良好的耐剪切性能；冻胶破胶彻底易返排，破胶液残渣含量低，适用于海洋大规模压裂施工作业。

为了使本领域所属技术人员能够进一步的了解本发明实施例的方案，下面结合具体的实例，对本发明的技术方案进行举例说明。

实施例1

按照重量比称取50份水和15份的季戊四醇加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，同时将反应釜内的温度加热至40℃，预热10分钟，使季戊四醇完全溶解。然后在搅拌条件下，向反应釜中依次加入12份的乳酸、3份的盐酸、5份的八水氧氯化锆。继续搅拌，同时将反应釜中的温度升至65℃，在该温度下反应4.5h，得到淡黄色均匀液体，即为所述交联剂。

实施例2

按照重量比称取55份水和18份的季戊四醇加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，同时将反应釜内的温度加热至40℃，预热15分钟，使季戊四醇完全溶解。然后在搅拌条件下，向反应釜中依次加入15份的醋酸、3份的盐酸、6份的八水氧氯化锆。继续搅拌，同时将反应釜中的温度升至60℃，在该温度下反应5.5h，得到淡黄色的液体，即为所述交联剂。

实施例3

按照重量比称取55份水、13份的季戊四醇、5份的甘油加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，同时将反应釜内的温度加热至40℃，预热15分钟，使季戊四醇和甘油完全溶解。然后在搅拌条件下，向反应釜中依次加入8份的乳酸、4份柠檬酸、3份的盐酸、5份的乙酸锆。继续搅拌，同时将反应釜中的温度升至60℃，在该温度下反应5h，得到淡黄色的液体，即为所述交联剂。

实施例4

按照质量比称取58份水、10份的季戊四醇、5份的甘油加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，同时将反应釜内的温度加热至40℃，预热15分钟，使季戊四醇和甘油完全溶解。然后在搅拌条件下，向反应釜中依次加入8份的乳酸、4份醋酸、3份的盐酸、3份的八水氧氯化锆、3份的乙酸锆。继续搅拌，同时将反应釜中的温度升至55℃，在该温度下反应5h，得到淡黄色的液体交联剂成品。

实施例5

按照重量比称取60份水、20份的三乙醇胺加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，同时将反应釜内的温度加热至40℃，预热12分钟，使三乙醇胺和水混合均匀。然后在搅拌条件下，向反应釜中依次加入10份的柠檬酸、5份的盐酸、8份的八水氧氯化锆。继续搅拌，同时将反应釜中的温度升至55℃，在该温度下反应6h，得到淡黄色的液体，即为所述交联剂。

实施例6

按照重量比称取50份水、10份的丙三醇加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，同时将反应釜内的温度加热至40℃，预热10分钟，使丙三醇和水混合均匀。然后在搅拌条件下，向反应釜中依次加入10份的乳酸、1份的盐酸、2份的八水氧氯化锆、1份乙酸锆。继续搅拌，同时将反应釜中的温度升至70℃，在该温度下反应4h，得到淡黄色的液体，即为所述交联剂。

应用例

按重量比取来自渤海湾的海水1000份，倒入烧杯中，开启搅拌，调整转速600r/min～800r/min，称取5份增稠剂，缓慢加入到海水中，搅拌约5min；然后向其中缓慢加入3份上述的交联剂，继续搅拌直至漩涡消失，液面微微突起时，停止搅拌，即形成海水基压裂液冻胶。其中，使用实施例1制备的交联剂形成的海水基压裂液冻胶在150℃下的流变曲线如图2所示，可以看出：在170s^-1，海水基压裂液冻胶在150℃下剪切120min后，其表观粘度仍在100mPa·s以上，表现出优越的高温耐剪切性能，满足行业标准要求。

体系具有携砂性好、耐温耐剪切性好，适合于海上150℃高温储层压裂改造技术需求。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种海水基压裂液用交联剂，其特征在于，按照重量比，所述交联剂包含50～60份的水、10～20份的多元醇、10～15份的有机酸、1～5份的无机酸以及3～8份的无机锆盐。

2.如权利要求1所述的海水基压裂液用交联剂，其特征在于，所述多元醇为三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一种或者两种的混合物。

3.如权利要求1所述的海水基压裂液用交联剂，其特征在于，所述有机酸为柠檬酸、乳酸、醋酸中的一种。

4.如权利要求1所述的海水基压裂液用交联剂，其特征在于，所述无机酸为盐酸。

5.如权利要求1所述的海水基压裂液用交联剂，其特征在于，所述无机锆盐为八水氧氯化锆、乙酸锆中一种或两种的混合物。

6.一种海水基压裂液用交联剂的制备方法，其特征在于，包括：

将水和多元醇混合后加热使多元醇完全溶解，配制成多元醇溶液；

在搅拌条件下，向所述多元醇溶液中加入有机酸、无机酸、无机锆盐，得到反应体系；其中，水、多元醇、有机酸、无机酸、无机锆盐的重量比为50～60:10～20:10～15:1～5:3～8；

将所述反应体系升温至55-70℃反应4-6小时，得到反应产物，即为所述交联剂。

7.如权利要求6所述的海水基压裂液用交联剂的制备方法，其特征在于，所述多元醇溶解温度为40℃，加热10-15min。

8.如权利要求6所述的海水基压裂液用交联剂的制备方法，其特征在于，所述多元醇为三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一种或者两种的混合物；所述有机酸为柠檬酸、乳酸、醋酸中的一种；所述无机酸为盐酸；所述无机锆盐为八水氧氯化锆、乙酸锆中一种或两种的混合物。

9.如权利要求1所述的交联剂在海水基压裂液中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，所述交联剂能够和用海水配制的增稠剂基液交联，形成海水基压裂液；其中，所述增稠剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵四种单体的共聚物。