CN108084986A - 一种可回收聚合物压裂液用交联剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可回收聚合物压裂液用交联剂及其制备方法和应用，所述该交联剂能与破胶液中的聚合物分子通过络合反应再次交联形成压裂液，所述交联剂包括如下组分：按质量百分比计，3%‑8%高价金属盐、12%‑18%多羟基化合物、0.5%‑2%调节剂、2%‑6%表面活性剂、1%‑2%抗凝剂和64%‑81.5%蒸馏水。该发明的交联剂可与破胶液中的聚合物分子通过高强度络合反应再次交联形成压裂液，交联性能不受返排液中的原油、金属离子、机械杂质等物质的影响，有效解决压裂返排液处理难题，节约压裂用淡水资源，缩短备水周期，提高施工效率。

Description

一种可回收聚合物压裂液用交联剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及压裂液技术领域，具体涉及一种可回收聚合物压裂液用交联剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着致密油气、页岩气等致密储层的不断开发，大规模的压裂增产作业为低渗透油气田的开发提供了有力的技术支撑，极大的提高了油气井的产能，但是与此同时，大规模的压裂作业产生了大量的返排液污水，无法得到有效处理利用。由于油气田附近淡水资源短缺以及环境保护等问题日益凸显，因此压裂液返排废液处理方式等弊端日益凸显，严重制约了渗透油气田的开发。

针对以上技术难题，开发了一种可回收压裂液用交联剂，与压裂液其他添加剂组合建立了一种可以用返排液重复配液的压裂液体系。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，满足节约水资源、环境保护及经济性需求，提供一种可回收聚合物压裂液用交联剂及其制备方法和应用。

本发明的技术方案是提供了一种可回收聚合物压裂液用交联剂及其制备方法和应用，所述交联剂能与破胶液通过络合反应再次交联形成压裂液。

所述交联剂包括如下组分：按质量百分比计，3%-8%高价金属盐、12%-18%多羟基化合物、0.5%-2%调节剂、2%-6%表面活性剂、1%-2%抗凝剂和64%-81.5%蒸馏水。

所述交联剂包括如下组分：按质量百分比计，5%高价金属盐、15%多羟基化合物、1%调节剂、4%表面活性剂、2%抗凝剂和73%蒸馏水。

所述高价金属盐为氧氯化锆、聚合氯化铝、三氯化铝中的一种或多种。

所述多羟基化合物为丙三醇、甘露醇、乙二醇中的一种或多种。

所述调节剂为甲酸、乙酸、乳酸中的一种。

所述表面活性剂为C₁₆-C₂₂长链烷基聚氧乙烯醚。

所述抗凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或两种。

进一步的，本发明还提供了一种可回收聚合物压裂液用交联剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、在64%-81.5%蒸馏水中加入3%-8%高价金属盐，搅拌至完全溶解；

步骤2、再添加12%-18%多羟基化合物，将体系加热至60℃，反应4小时；

步骤3、然后依次添加0.5%-2%调节剂，2%-6%表面活性剂，1%-2%抗凝剂；

步骤4、停止加热，继续搅拌0.5小时，即可得到可回收聚合物压裂液用交联剂。

更进一步的，该交联剂用于配制压裂液的步骤如下：

步骤1、准备如下组分：按质量百分比计，0.35%-0.45%稠化剂，0.3%-0.5%助排剂，0.3%-0.5%粘土稳定剂，0.004%-0.01%过硫酸铵，0.3%-0.5%交联剂，余量为清水或者聚合物压裂液的返排液；

步骤2、清水或者聚合物压裂液的返排液中加入0.35%-0.45%稠化剂，搅拌均匀再依次加入0.3%-0.5%粘土稳定剂、0.3%-0.5%助排剂，0.004%-0.01%过硫酸铵，最后加入0.3%-0.5%交联剂后即可形成压裂液。

本发明的有益效果：

本发明提供的这种可回收聚合物压裂液用交联剂加入破胶液中，该交联剂联合金属交联与聚合物分子链疏水缔合两者协同作用，发生高强度的络合反应，再次交联形成压裂液，其适应性强，交联性能不受返排液中的原油、金属离子、机械杂质等物质的影响，可实现返排液重复配液，节约淡水资源，有效解决返排液难处理、环境污染的难题，具有节能减排、绿色环保的特点，同时有效缩短备水周期，提高施工效率。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1 清水配制的压裂液耐温耐剪切曲线（80℃）；

图2 破胶液配制的压裂液耐温耐剪切曲线（80℃）。

以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种的可回收聚合物压裂液用交联剂，所述交联剂能与破胶液通过络合反应再次交联形成压裂液。

所述交联剂包括如下组分：按质量百分比计，3%-8%高价金属盐、12%-18%多羟基化合物、0.5%-2%调节剂、2%-6%表面活性剂、1%-2%抗凝剂和64%-81.5%蒸馏水。

所述高价金属盐为氧氯化锆、聚合氯化铝、三氯化铝中的一种或多种。

所述多羟基化合物为丙三醇、甘露醇、乙二醇中的一种或多种。

所述调节剂为甲酸、乙酸、乳酸中的一种。

所述表面活性剂为C₁₆-C₂₂长链烷基聚氧乙烯醚。

所述抗凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或两种。

本发明提供的这种可回收聚合物压裂液用交联剂与稠化剂一起加入破胶液中，该交联剂联合金属交联与聚合物分子链疏水缔合两者协同作用，发生高强度的络合反应，再次交联形成压裂液，其适应性强，交联性能不受返排液中的原油、金属离子、机械杂质等物质的影响，可实现返排液重复配液，节约淡水资源，有效解决返排液难处理、环境污染的难题，具有节能减排、绿色环保的特点，同时有效缩短备水周期，提高施工效率。

实施例2：

本实施例提供了一种可回收聚合物压裂液用交联剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、在64%-81.5%蒸馏水中加入3%-8%高价金属盐，搅拌至完全溶解；

步骤2、再添加12%-18%多羟基化合物，将体系加热至60℃，反应4小时；

步骤3、然后依次添加0.5%-2%调节剂，2%-6%表面活性剂，1%-2%抗凝剂；

步骤4、停止加热，继续搅拌0.5小时，即可得到可回收聚合物压裂液用交联剂。

进一步的，所述步骤1中搅拌速率为100转/分钟。

实施例3：

本实施例提供了一种可回收聚合物压裂液用交联剂的应用方法，该交联剂用于配制压裂液的步骤如下：

步骤1、准备如下组分：按质量百分比计，0.35%-0.45%稠化剂，0.3%-0.5%助排剂，0.3%-0.5%粘土稳定剂，0.004%-0.01%过硫酸铵，0.3%-0.5%交联剂，余量为清水或者聚合物压裂液的返排液；

步骤2、清水或者聚合物压裂液的返排液中加入0.35%-0.45%稠化剂，搅拌均匀再依次加入0.3%-0.5%粘土稳定剂、0.3%-0.5%助排剂，0.004%-0.01%过硫酸铵，最后加入0.3%-0.5%交联剂后即可形成压裂液，压裂液交联良好，可完全挑挂。

优选的，所述压裂液由以下质量百分数的物质组成：稠化剂0.4%，助排剂0.3%，粘土稳定剂0.3%，0.004%过硫酸铵，可回收聚合物压裂液用交联剂0.4%，余量为清水。

所述稠化剂为部分水解聚丙烯酰胺，川庆钻探工程有限公司工程技术研究院产品，可以与交联剂交联，形成压裂液体系，针对80℃油藏，稠化剂最佳使用浓度为0.4%。

所述助排剂是氟碳表面活性剂，当用量大于0.3%时即可显著降低表面张力至30mN/m以下，有效降低返排过程中的毛细管阻力，提高压裂液破胶液的返排效率。

所述粘土稳定剂是本领域中常用的产品，属季铵类产品，质量指标执行标准Q/SYC-104-2007，当用量为0.3%时，粘土防膨率即可达到70%以上。

所述过硫酸铵是本领域中常用的产品，压裂液在100℃条件下静置2h，粘度即可小于5mPa·s，满足行业标准要求。

可回收聚合物压裂液用交联剂可以与稠化剂交联形成冻胶，构成可回收压裂液体系，以提高压裂液耐温耐剪切能力，针对80℃油藏，可回收聚合物压裂液用交联剂最佳使用量按质量百分比计为0.4%。

实施例4：

本实施例提供了一种可回收聚合物压裂液用交联剂，在73%蒸馏水中加入1%氧氯化锆，4%三氯化铝，搅拌至完全溶解；再添加15%乙二醇，将体系加热至60℃，反应4小时；然后依次添加1%乙酸，4%脂肪醇聚氧乙烯醚，2%柠檬酸钠；停止加热，继续搅拌0.5小时，即可得到可回收聚合物压裂液用交联剂。

实施例5：

本实施例提供了一种可回收聚合物压裂液用交联剂，在69%蒸馏水中加入2%三氯化铝，6%聚合氯化铝搅拌至完全溶解；再添加18%丙三醇，将体系加热至60℃，反应4小时；然后依次添加2%乳酸，2%二十二烷基聚氧乙烯醚，1%柠檬酸钠；停止加热，继续搅拌0.5小时，即可得到可回收聚合物压裂液用交联剂。

实施例6：

本实施例提供了一种可回收聚合物压裂液用交联剂，在76%蒸馏水中加入3%聚合氯化铝，搅拌至完全溶解；再添加6%甘露醇，6%丙三醇，将体系加热至60℃，反应4小时；然后依次添加1.5%甲酸，6%十六烷基聚氧乙烯醚，1.5%柠檬酸钾；停止加热，继续搅拌0.5小时，即可得到可回收聚合物压裂液用交联剂。

可回收聚合物压裂液用交联剂的性能评价，以实施例4的交联剂为例：

一、配制压裂液

取493g自来水，调整转速1500转/分，将2.0g压裂用稠化剂部分水解聚丙烯酰胺（川庆钻探工程技术研究院提供）缓慢加入清水，搅拌5分钟后再依次加入1.5g粘土稳定剂、1.5g助排剂，然后加入2g该交联剂后形成压裂液，该压裂液交联良好，可完全挑挂。

该压裂液具有很好的耐温耐剪切性能，在80℃、170s^-1下，连续剪切60min粘度保持在100mPa•s以上，其流变曲线如图1所示，图中，T=f(t)是温度和时间的函数，η=f(t)是粘度和时间的函数曲线。

二、破胶液重复配制的压裂液体系

（1）破胶液制备：

以需配制的压裂液总质量计，取493g自来水，调整转速1500转/分，将2g压裂用稠化剂部分水解聚丙烯酰胺（川庆钻探工程技术研究院提供）缓慢加入清水，搅拌5分钟后再依次加入1.5g粘土稳定剂、1.5g助排剂，加入0.02g过硫酸铵，然后加入2.0g可回收压裂液用交联剂后形成压裂液，将上述配制的可回收压裂液放入80℃水浴中静置8h，压裂液完全破胶，即可得到可回收压裂液破胶液。

（2）破胶液重复配制的压裂液制备：

取上述（1）中的破胶液，重复配制压裂液。在491.3g破胶液加入吴恩搅拌器，调整搅拌器转速1500转/分，缓慢加入3.0g部分水解聚丙烯酰胺，搅拌5min。依次加入1.5g粘土稳定剂、1.5g助排剂、0.2g调节剂，加入交联剂2.5g，不断搅拌，得到破胶液配制的交联冻胶压裂液，成冻时间为60s。

该压裂液具有很好的耐温耐剪切性能，在80℃、170s^-1下，连续剪切60min粘度保持在100mPa•s以上，其流变曲线如图2所示。

综上所述，本发明的可回收聚合物压裂液用交联剂用于返排液重复配液，节约淡水资源，有效解决返排液难处理、环境污染的难题，具有节能减排、绿色环保的特点，同时可以实现现场连续混配，有效缩短备水周期，提高施工效率，节约化工原料。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可回收聚合物压裂液用交联剂，其特征在于：所述交联剂能与破胶液通过络合反应再次交联形成压裂液。

2.如权利要求1所述的可回收聚合物压裂液用交联剂，其特征在于：所述交联剂包括如下组分：按质量百分比计，3%-8%高价金属盐、12%-18%多羟基化合物、0.5%-2%调节剂、2%-6%表面活性剂、1%-2%抗凝剂和64%-81.5%蒸馏水。

3.如权利要求2所述的可回收聚合物压裂液用交联剂，其特征在于：所述交联剂包括如下组分：按质量百分比计，5%高价金属盐、15%多羟基化合物、1%调节剂、4%表面活性剂、2%抗凝剂和73%蒸馏水。

4.如权利要求2所述的可回收聚合物压裂液用交联剂，其特征在于：所述高价金属盐为氧氯化锆、聚合氯化铝、三氯化铝中的一种或多种。

5.如权利要求2所述的可回收聚合物压裂液用交联剂，其特征在于：所述多羟基化合物为丙三醇、甘露醇、乙二醇中的一种或多种。

6.如权利要求2所述的可回收聚合物压裂液用交联剂，其特征在于：所述调节剂为甲酸、乙酸、乳酸中的一种。

7.如权利要求2所述的可回收聚合物压裂液用交联剂，其特征在于：所述表面活性剂为C₁₆-C₂₂长链烷基聚氧乙烯醚。

8.如权利要求2所述的可回收聚合物压裂液用交联剂，其特征在于：所述抗凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或两种。

9.权利要求2~8任意一项所述的可回收聚合物压裂液用交联剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、在64%-81.5%蒸馏水中加入3%-8%高价金属盐，搅拌至完全溶解；

步骤2、再添加12%-18%多羟基化合物，将体系加热至60℃，反应4小时；

步骤3、然后依次添加0.5%-2%调节剂，2%-6%表面活性剂，1%-2%抗凝剂；

步骤4、停止加热，继续搅拌0.5小时，即可得到可回收聚合物压裂液用交联剂。

10.权利要求2~8任意一项所述的可回收聚合物压裂液用交联剂的应用，其特征在于：该交联剂用于配制压裂液的步骤如下：

步骤1、准备如下组分：按质量百分比计，0.35%-0.45%稠化剂，0.3%-0.5%助排剂，0.3%-0.5%粘土稳定剂，0.004%-0.01%过硫酸铵，0.3%-0.5%交联剂，余量为清水或者聚合物压裂液的返排液；

步骤2、清水或者聚合物压裂液的返排液中加入0.35%-0.45%稠化剂，搅拌均匀再依次加入0.3%-0.5%粘土稳定剂、0.3%-0.5%助排剂，0.004%-0.01%过硫酸铵，最后加入0.3%-0.5%交联剂后即可形成压裂液。