CN106467734A - 一种压裂用交联剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压裂用交联剂，其原料包括：硼化合物10-25重量份；多羟基化合物15-20重量份；醇胺化合物10-15重量份和过氧化物0.1-0.5重量份。本发明还提供了所述交联剂的制备方法，以及基于所述交联剂的压裂液。所述交联剂通过优选的配位体与有机硼交联，实现“多头硼”的强化交联模式，从而有效提高有机硼交联剂的耐温性能，同时具有可控延迟交联、易破胶、伤害小的特点，在超深高温井施工中具有广泛的应用前景。

Description

一种压裂用交联剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种压裂用交联剂及其制备方法，属于石油开采技术领域。
背景技术
压裂液历经近百年的研究与发展，已经形成了以水基压裂液为主，包括乳化压裂液、泡沫压裂液、滑溜水压裂液等的多种压裂液体系，但以羟丙基瓜胶为主的植物胶压裂液仍然是目前国内外油气田开发中最为重要的压裂液。大多数植物胶稠化剂是通过其分子链上的邻位顺式羟基结构与硼、钛、锆等交联离子形成交联冻胶的。最早使用的交联剂是硼酸盐，其交联压裂液需要碱性交联环境，该交联剂的交联反应速度非常快(瞬时交联)，基本没有延迟。为改善硼酸盐交联压裂液耐温性与延迟交联作用，开发了有机钛或有机锆交联剂，它们使压裂液耐温能力达到180℃，并能够延迟交联，满足了超深井高温压裂的需要。但是由于有机钛、锆压裂液存在破胶困难，形成的残渣、残胶严重影响支撑裂缝的导流能力，使用上受到巨大限制。
目前，大部分植物胶压裂液应用有机硼交联剂，有机硼是由有机配位体和硼化合物反应而成，大大改善了植物胶压裂液延迟交联和体系耐温等问题。它克服了无机硼交联压裂液耐温性能差，快速交联，适用范围小，施工摩阻高等不足，同时也大幅度提高了冻胶体系的耐温和延迟交联能力。但现有有机硼交联剂(耐温约160℃)与有机钛、锆交联剂的耐温能力(超过180℃)相比，仍存在较大差距。在高温压裂液体系中，往往需要使用有机硼锆等复合交联体系。虽然该方法能够一定程度提高压裂液的耐温能力，但仍无法根除压裂液钛、锆等有机交联基团的引入而造成的破胶伤害等技术问题。
发明内容
本发明提供了一种压裂用交联剂，其通过优选的配位体与有机硼交联，实现“多头硼”的强化交联模式，从而有效提高有机硼交联剂的耐温性能。同时所述交联剂具有可控延迟交联、易破胶、伤害小的特点。
所述压裂用交联剂，其原料包括：硼化合物10-25重量份；多羟基化合物15-20重量份；醇胺化合物10-15重量份；过氧化物0.1-0.5重量份。
根据本发明，其原料由以下组分组成：
在本发明的实施例中，所述硼化合物为硼酸和/或硼砂，优选硼酸。
在本发明的实施例中，所述多羟基化合物选自聚乙烯醇、海藻酸钠、壳聚糖和透明质酸中的至少一种，优选聚乙烯醇。
在本发明的实施例中，所述醇胺化合物选自一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的至少一种，优选三乙醇胺。
在本发明的实施例中，所述的过氧化物选自双氧水、过硫酸铵和过硫酸钾中的至少一种，优选双氧水。
本发明还提供了所述交联剂的制备方法，包括：将多羟基化合物溶于水中，加入过氧化物，在50-80℃下搅拌30-60分钟，再加入硼化合物和醇胺化合物，继续搅拌30-60分钟。
在本发明的实施例中，所述方法的具体步骤如下：
在搅拌条件下将多羟基化合物缓慢加入水中，在50-80℃下搅拌30-60分钟，以确保多羟基化合物充分溶解；加入过氧化物以有效降低高分子溶液粘度，在50-80℃下搅拌30-60分钟，以通过氧化降解降低多羟基化合物的溶液粘度；再加入硼化合物和醇胺化合物完成络合，在50-80℃下继续搅拌30-60分钟，得到本发明所述的交联剂。
本发明还提供了一种超低羟丙基瓜胶浓度压裂液，以体积份计，其包括96.1-98.2份的羟丙基瓜胶水溶液，以及0.25-0.4份的所述交联剂。
本发明提供的超低羟丙基瓜胶浓度压裂液还可以包括调理剂、助排剂、防膨剂和杀菌剂等。本发明所采用的上述调理剂、助排剂、防膨剂和杀菌剂等为本领域制备压裂液的常规选择试剂，其添加量可由本领域技术人员依据具体情况而决定。
当包括上述试剂时，本发明提供的超低羟丙基瓜胶浓度压裂液的制备方法包括以下步骤：在搅拌条件下，在水中加入羟丙基瓜胶，搅拌10min，得到羟丙基瓜胶水溶液；在搅拌条件下，在上述羟丙基瓜胶水溶液中加入调理剂、助排剂、防膨剂和杀菌剂，搅拌10分钟，30℃条件下静止放置4小时，得到压裂液基液；向上述压裂液基液中加入交联剂，混合均匀至形成所述超低羟丙基瓜胶浓度压裂液。
所述压裂液的冻胶耐温温度为130-190℃，优选165-190℃，延迟交联时间为70-165s。
在现有技术中，制备有机硼交联剂使用的多羟基化合物主要为小分子物质，如木糖醇、甘油、葡萄糖酸钠、山梨醇、甘露醇等。虽然这些物质在分子中存在临位顺式羟基结构或者α-羟基羧酸，可以与偏硼酸根交联，形成稳定络合结构，但上述物质的分子量小，只含有一个交联位点。本申请中的多羟基化合物为大分子物质，分子中含有n个临位顺式羟基结构，保证了能够络合n个偏硼酸钠，从而形成线性多头硼的交联剂结构。因此本申请的优点在于提高了交联位点的数目，并提高了交联强度，从而使压裂液冻胶获得更高的耐温性能。
另外，本申请在液体剂型的有机硼交联剂中，使用了醇胺化合物，尤其是三乙醇胺。不仅为硼砂或硼酸转化为偏硼酸根提供了必需的碱度，同时又与偏硼酸根配位，并提高了整个分子的水溶性，使产品具有良好的存放稳定性，在超深高温井施工中具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面通过实施例，进一步说明本发明。
其中，所述聚乙烯醇购自四川维尼纶，型号为PVA 1799；所述海藻酸钠购自青岛明月海藻集团有限公司，食品级，纯度为99％，分子量为(1.65-1.8)×105；所述壳聚糖购自河北百味生物科技有限公司，食品级，纯度为99％，分子量为(5.5-6.5)×105。
实施例1
所述交联剂的原料以质量份计如下：硼酸15份，聚乙烯醇20份，三乙醇胺10份，双氧水0.3份，水49.7份。制备方法为：在搅拌条件下将聚乙烯醇缓慢加入水中，在50℃下搅拌30分钟；加入双氧水，在50℃下搅拌30分钟；加入硼酸和三乙醇胺，在50℃下搅拌30分钟；制得该交联剂。
实施例2
所述交联剂的原料以质量份计如下：硼酸15份，聚乙烯醇25份，三乙醇胺10份，双氧水0.1份，水44.9份。制备方法为：在搅拌条件下将聚乙烯醇缓慢加入水中，在50℃下搅拌30分钟；加入双氧水，在50℃下搅拌30分钟；加入硼酸和三乙醇胺，在50℃下搅拌30分钟；制得该交联剂。
实施例3
所述交联剂的原料以质量份计如下：硼酸15份，聚乙烯醇20份，三乙醇胺15份，过硫酸铵0.5份，水49.5份。制备方法为：在搅拌条件下将聚乙烯醇缓慢加入水中，在80℃下搅拌30分钟；加入过硫酸铵，在80℃下搅拌30分钟；加入硼酸和三乙醇胺，在80℃下搅拌30分钟；制得该交联剂。
实施例4
所述交联剂的原料以质量份计如下：硼酸10份，聚乙烯醇10份，三乙醇胺10份，过硫酸铵0.5份，水64.5份。制备方法为：在搅拌条件下将聚乙烯醇缓慢加入水中，在50℃下搅拌30分钟；加入过硫酸铵，在50℃下搅拌30分钟；加入硼酸和三乙醇胺，在50℃下搅拌30分钟；制得该交联剂。
实施例5
所述交联剂的原料以质量份计如下：十水合硼砂25份，聚乙烯醇20份，三乙醇胺15份，双氧水0.3份，水39.7份。制备方法为：在搅拌条件下将聚乙烯醇缓慢加入水中，在50℃下搅拌30分钟；加入双氧水，在50℃下搅拌30分钟；加入十水合硼砂和三乙醇胺，在50℃下搅拌30分钟；制得该交联剂。
实施例6
所述交联剂的原料以质量份计如下：硼酸15份，海藻酸钠20份，三乙醇胺15份，双氧水0.3份，水49.7份。制备方法为：在搅拌条件下将海藻酸钠缓慢加入水中，在50℃下搅拌30分钟；加入双氧水，在50℃下搅拌30分钟；加入硼酸和三乙醇胺，在50℃下搅拌30分钟；制得该交联剂。
实施例7
所述交联剂的原料以质量份计如下：硼酸15份，壳聚糖20份，三乙醇胺15份，双氧水0.3份，水49.7份。制备方法为：在搅拌条件下将壳聚糖缓慢加入水中，在50℃下搅拌30分钟；加入双氧水，在50℃下搅拌30分钟；加入十水合硼砂和三乙醇胺，在50℃下搅拌30分钟；制得该交联剂。
取上述实施例制备的交联剂，室温下放置24小时，观察交联剂外观，结果见表1。
在吴茵混调器中，加入500mL水，在4000rpm转速下向水中加入3.0g羟丙基瓜胶(京昆植物胶厂，一级粉)，搅拌10分钟，30℃水浴中静置4小时，制得压裂液基液。向上述压裂液基液中加入1.0g氢氧化钠调节基液pH值，然后向上述压裂液基液中分别加入实施例1-7制备的交联剂，制备压裂液冻胶。按照《SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法》对冻胶性能进行相关检测；采用HaakeRS600流变仪测试各实施例交联剂制备的冻胶耐温耐剪切性能，以170s-1条件下剪切120分钟，记录各交联剂制备的压裂液冻胶粘度能够保持在50mPa.s以上的最高温度，结果见表1。
表1
交联剂外观 延迟交联时间，s 冻胶耐温温度，℃
实施例1 琥珀色液体 160 185
实施例2 琥珀色粘稠液体 163 190
实施例3 琥珀色液体 146 175
实施例4 琥珀色凝胶状物 - -
实施例5 琥珀色凝胶状物 - -
实施例6 黄色粘稠液体 155 165
实施例7 淡黄色液体，底部少量沉淀 70 130
现有的有机硼交联剂用于压裂液，冻胶耐温温度一般在160℃。本申请的冻胶耐温温度最高可达190℃，能够满足超高温深井使用的需要。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种压裂用交联剂，其原料包括：硼化合物10-25重量份；多羟基化合物15-20重量份；醇胺化合物10-15重量份和过氧化物0.1-0.5重量份。
2.根据权利要求1所述的交联剂，其特征在于，其原料由以下组分组成：
3.根据权利要求1或2所述的交联剂，其特征在于，所述硼化合物为硼酸和/或硼砂，优选硼酸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的交联剂，其特征在于，所述多羟基化合物选自聚乙烯醇、海藻酸钠、壳聚糖和透明质酸中的至少一种，优选聚乙烯醇。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的交联剂，其特征在于，所述醇胺化合物选自一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的至少一种，优选三乙醇胺。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的交联剂，其特征在于，所述的过氧化物选自双氧水、过硫酸铵和过硫酸钾中的至少一种，优选双氧水。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的交联剂的制备方法，包括：将多羟基化合物溶于水中，加入过氧化物搅拌反应后，再加入硼化合物和醇胺化合物。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将多羟基化合物溶于水中加入过氧化物后，在50-80℃下搅拌30-60分钟，再加入硼化合物和醇胺化合物，继续搅拌30-60分钟。
9.一种超低羟丙基瓜胶浓度压裂液，以体积份计，其包括96.1-98.2份的羟丙基瓜胶水溶液，以及0.25-0.4份如权利要求1至8中任一项所述的交联剂。
10.根据权利要求9所述的压裂液，其特征在于，所述压裂液的冻胶耐温温度为130-190，优选165-190℃，延迟交联时间为70-165s。
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