CN109825273A - 一种耐高温的高效无聚携砂液 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐高温的高效无聚携砂液，主要由表面活性剂、交联助剂、耐高温高效稳定协效剂及水组成，其特征在于所述重量百分比的配比为：表面活性剂为2‑8%，交联助剂为0.5‑1%，耐高温高效稳定协效剂为2‑5%，余量为水。本发明的耐高温高效无聚携砂液有效解决了现有携砂液在高温使用条件下携砂能力低下的问题，具有良好的剪切稳定性，携砂能力优异；且一剂多能，具有防膨、不易变质的特点；合成原料来源广，合成方便且配制简单，不需增加特殊设备。

Description

一种耐高温的高效无聚携砂液

技术领域

本发明涉及一种石油开采井下压裂作业用助剂，尤其是涉及一种耐高温的高效无聚携砂液。

背景技术

随着油田的开发和人们对环保意识的增强，常规的酸化作业对地层造成破坏被人们所意识，防砂作业就越来越被受到重视。防砂工艺中，挤压充填和压裂防砂由于防砂效果好、有效期长，成为现防砂领域的主要工艺。防砂所用的携砂液是用压力将地层压开，形成裂缝并用支撑剂将它支撑起来，由于油层中有了这样被支撑的裂缝，从而改善了井筒附近油层的液体流动通道，增大了排流面积，降低了液体流动阻力，使油井获得了增产的效果。目前携砂液主要存在以下问题：

1、携砂液进入地层后造成了水锁伤害，与地层水配伍性被破坏，破胶后残渣造成了渗透率伤害；

2、携砂液自身由于易腐败而需添加大量的甲醛，这带来了环境污染问题；

3、携砂液抗温抗盐性能较差影响了施工效果。

作为传统聚合物/破胶方法的突破，1997年，Ani-Agip与斯伦贝谢公司的专家联合开发出了表面活性剂组成的携砂液（Viscoelastic surfactant frcture fluid），简称清洁无聚合物携砂液。

清洁无聚合物携砂液不含高分子聚合物，其增稠性能是由特殊的表面活性剂分子和助剂来实现的，表面活性剂分子具有一定的自聚化倾向，以尽可能将其非极性部分与水隔离开来。形成的这种胶束结构通常为小球状或长棒状。然而，当溶解在盐水中时，一些特定结构的（如含长链烃基结构的季铵盐阳离子型）表面活性剂分子，能够形成一种类似于高分子线团结构的胶束，完全不同于常规的球状或棒状结构。这种胶束的网络结构具有一定的抗扭曲能力，外观上呈现出冻胶状，具有较强的携砂能力，可以作为携砂液使用。但是，随温度的升高，清洁无聚合物携砂液中的表面活性体系的粘度均呈下降趋势，即使主剂达到较大浓度（5%），其高温下的粘度值也较低，难以满足高温携砂性能的要求。例如，季铵盐、甜菜碱和脂肪族叔胺氧化物组成的表面活性剂体系，升温至70℃，其中的季铵盐和甜菜碱的粘度值仅为40mPa.s，继续升高温度，脂肪族叔胺氧化物的粘度值也快速下降，从而使得携砂液的高温携砂效率低下。因此，合成一种新型的耐高温高效无聚携砂液是现实需要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温的高效无聚携砂液。

本发明所采用的技术方案是：

一种耐高温的高效无聚携砂液，主要由表面活性剂、交联助剂、耐高温高效稳定协效剂及水组成，所述重量百分比的配比为：表面活性剂为2-8%，交联助剂为0.5-1%，耐高温高效稳定协效剂为2-5%，余量为水；其中：表面活性剂为碳氟类、全氟醚类、醚羧酸盐类、醚磺酸盐类表面活性剂中的一种或几种的混合物的一种或几种的混合物；交联助剂为水杨酸钠、3-羟基-2-萘酸钠、二甲苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、苯磷酸钠中的一种或几种的混合物；耐高温高效稳定协效剂为甲基纤维素盐、氯化铵、抗坏血酸及水的混合物。

所述的表面活性剂为氟碳羧酸钠和全氟辛酸钠按质量比40-60%:60-40%混合，低速搅拌20-30分钟，搅拌速度90rpm。

所述的交联助剂为十六烷基苯磺酸钠和苯磷酸钠按质量比20-50%:50-80%混合低速搅拌20-30分钟，搅拌速度90rpm。

所述的耐高温高效稳定协效剂由甲基纤维素盐、氯化铵、抗坏血酸及水组成，重量百分比配比为：甲基纤维素盐1.5-2%、氯化铵0.1-0.5%、抗坏血酸1.5-6%，余量为水。

其制备方法为：

步骤一、将氯化铵、抗坏血酸及水按重量比混合，快速搅拌5分钟，搅拌速度300rpm，再加入甲基纤维素盐快速搅拌10分钟，即得耐高温高效无聚携砂液稳定协效剂；

步骤二、将5%表面活性剂和0.7%的交联助剂加到水中，搅拌至全部溶解，然后放置10小时以上；

步骤三、将4%的步骤一制得的耐高温高效稳定协效剂加入到步骤二制备的溶液中，搅拌至全部溶解，然后放置20小时以上，即为最终产品一种耐高温高效无聚携砂液。

本发明的优点是：

1、交联后可形成良好的粘弹性体系，常温（25℃）下的表观粘度在300mPa.s以上，具有良好的携砂能力，且摩阻略低于HPG携砂液；高温（100℃）下的表观粘度在200mPa.s以上，高温携砂能力良好。

2、有效克服了原剂有效含量低、配液困难的现状，液态，配液方便，可顺利完成携砂液的现场配制；

3、解决了支撑剂分散不匀的问题，可有效延迟交联30-90s，有利于支撑剂的均匀分散和降低摩阻；

4、粘弹性强、悬浮性好，高砂比（50-70%）时也不易聚积沉砂，有利于提高铺砂浓度；

5、一剂多能，具有防膨、不易变质的特点；

6、合成原料来源广，合成方便且配制简单，不需增加特殊设备。

附图说明

图1 为高温剪切稳定性测试图；

图2为表观粘度变化图；

图3为加入延缓破胶剂后表观粘度变化图；

图4为对岩心渗透率的伤害测试图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

一种耐高温的高效无聚携砂液，主要由表面活性剂、交联助剂、耐高温高效稳定协效剂及水组成，所述重量百分比的配比为：表面活性剂为2-8%，交联助剂为0.5-1%，耐高温高效稳定协效剂为2-5%，余量为水；其中：表面活性剂为碳氟类、全氟醚类、醚羧酸盐类、醚磺酸盐类表面活性剂中的一种或几种的混合物的一种或几种的混合物；交联助剂为水杨酸钠、3-羟基-2-萘酸钠、二甲苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、苯磷酸钠中的一种或几种的混合物；耐高温高效稳定协效剂为甲基纤维素盐、氯化铵、抗坏血酸及水的混合物。

所述的表面活性剂为氟碳羧酸钠和全氟辛酸钠按质量比40-60%:60-40%混合，低速搅拌20-30分钟，搅拌速度90rpm。

所述的交联助剂为十六烷基苯磺酸钠和苯磷酸钠按质量比20-50%:50-80%混合低速搅拌20-30分钟，搅拌速度90rpm。

所述的耐高温高效稳定协效剂由甲基纤维素盐、氯化铵、抗坏血酸及水组成，重量百分比配比为：甲基纤维素盐1.5-2%、氯化铵0.1-0.5%、抗坏血酸1.5-6%，余量为水。

其制备方法为：

步骤一、将氯化铵、抗坏血酸及水按重量比混合，快速搅拌5分钟，搅拌速度300rpm，再加入甲基纤维素盐快速搅拌10分钟，即得耐高温高效无聚携砂液稳定协效剂；

步骤二、将5%表面活性剂和0.7%的交联助剂加到水中，搅拌至全部溶解，然后放置10小时以上；

步骤三、将4%的步骤一制得的耐高温高效稳定协效剂加入到步骤二制备的溶液中，搅拌至全部溶解，然后放置20小时以上，即为最终产品一种耐高温高效无聚携砂液。

实施例1：

一种耐高温的高效无聚携砂液，主要由表面活性剂（氟碳羧酸钠和全氟辛酸钠按质量比50%:50%混合）、交联助剂（十六烷基苯磺酸钠和苯磷酸钠按质量比35%:65%混合）、耐高温高效稳定协效剂及水组成。

其中，耐高温高效稳定协效剂由甲基纤维素盐、氯化铵、抗坏血酸及水组成，其重量百分比配比为：甲基纤维素盐1.7%、氯化铵0.3%、抗坏血酸4%，余量为水。

一种耐高温高效无聚携沙液，其制备方法为：

步骤一、将氯化铵、抗坏血酸及水按重量比混合，快速搅拌5分钟，搅拌速度300rpm，再加入甲基纤维素盐快速搅拌10分钟，即得耐高温高效无聚携砂液稳定协效剂；

步骤二、将3%表面活性剂和0.5%的交联助剂加到水中，搅拌至全部溶解，然后放置10小时以上；

步骤三、将2%的步骤一制得的耐高温高效稳定协效剂加入到步骤二制备的溶液中，搅拌至全部溶解，然后放置20小时以上，即为最终产品一种耐高温高效无聚携砂液。

对实施例1配方和技术制备的一种耐高温高效无聚携砂液进行系列性能测试和分析，结果如下所示：

1、流变性

（1）高温剪切稳定性：

将温度恒定在100^oC条件下，剪切10分钟的携砂液体系粘度大于200mPa.s，剪切20分钟的体系粘度仍大于120mPa.s，剪切1小时以后，体系粘度稳定在45mPa^.s左右，且在此后的监测期间基本保持稳定。说明体系具有很高的剪切稳定性和热稳定性。耐高温高效无聚携砂液具有良好的剪切稳定性，其粘度值的变化对剪切不敏感，粘度恢复性较好，这有效克服了HPG携砂液在施工过程中，由于不可逆的剪切降解造成的携砂能力下降的现象。

（2）流变性分析

表1 流变性分析数据

在温度100℃时，以170s^-1的剪切速率，剪切2小时后粘度＞130mPa.s；温度是影响表观粘度的重要因素，具体说来温度的变化直接决定胶束的形态、长度等，粘度值差别很大；该携砂液的流变性不完全符合幂律流变方程，但若固定某一温度，考察它的粘度值随剪切时间的变化，则基本符合幂律流变方程；该携砂液由于没有高分子聚合物，不存在剪切断链现象，因此抗剪切性能较强，粘度恢复性好。

2、破胶性能

（1）烃类破胶

与地层煤油（柴油）等烃类的接触作用后破胶，室内测试表明，破胶效果明显，破胶液粘度在5mPa.s以下，完全行业标准规定的10mPa.s的要求；

（2）地层水稀释

在地层水稀释作用下的破胶降粘，施工后在地层水的稀释作用下，携砂液粘度逐渐降低。室内试验见下表：

由上表可知，清洁无聚合物携砂液在高矿化度的地层水的作用下，可以自行破胶化水，8h后粘度降低至5mPa.s以内。

（3）加入延缓破胶剂

以油溶性材料涂层，施工时不发挥破胶作用；施工结束后，在油气溶解、闭合应力挤压的作用下逐步释放出来，实现破胶化水。室内试验表明，加量在0.05%以上时，8h内破胶液粘度值＜5mPa.s。

破胶方式改进之后，基本没再出现破胶不彻底的现象。在此后的气井携砂液返排过程中，监测的破胶液粘度均小于5mPa.s，且基本无残渣，实现了彻底的破胶化水，返排率也在原来的基础上提高了10～15%。

3、破胶液滤失性

表2 滤失性测试结果

在100℃的条件下，5%的耐高温高效无聚携砂液冻胶滤失系数为8.11×10^-4m/min^0.5，滤失性测试时间30min的滤失速度为1.00×10^-4m/min。滤失性略优于瓜胶基携砂液。尽管裂缝壁面处剪切严重，但清洁携砂液的表面活性剂与胶束之间互相转化，是动态平衡体系，胶束之间存在较强的作用力，呈三维立体网络结构，虽然不生成滤饼，但不会因剪切而完全破胶化水，所以携砂液有利于降低滤失。这一点可从现场施工中可以看出来，在强滤失性地层，如车274-5、大北12-7等井的防砂过程中，未见明显的因滤失而脱砂显示，施工后压降较慢。

4、伤害性

（1）室内试验

表3 对岩心渗透率的伤害数据

完成了对岩心渗透率的伤害研究，该携砂液破胶液对岩心的伤害率平均13.7%。

试验用石英砂粒径：0.45-0.9mm 铺砂浓度：5.0kg/m² ，闭合压力：40MPa，温度：100℃。

以石英砂作为支撑剂，裂缝初始导流能力为28.58μm²×cm，通过300ml携砂液，140h后裂缝的导流能力下降到26.45μm²×cm，导流能力的保留率为94.6%。试验表明：瓜胶基携砂液滤饼的存在使聚合物浓度与原液相比提高了15倍，对地层渗透率伤害率50%左右；粘滞性流体（破胶不彻底）在流动过程中产生较强流动阻力，残渣的存在使支撑裂缝的导流能力下降30%左右（400mg/l）。

（2）伤害性分析

通过试验，对清洁携砂液的伤害性进行分析：无滤饼生成，最大限度的保持了裂缝壁面的原始渗透性；无残渣形成，较好的保持了支撑裂缝的导流能力；携砂液pH值保持在中性，避免了Ca²⁺、Mg²⁺等离子在碱性条件下生成沉淀；在常规油气条件下，破胶彻底、迅速，有利于快速返排。

通过表界面张力、残渣含量、返排效果等参数测试，对破胶效果进行综合评价，利用物模试验完成了油层条件下的返排规律研究。该携砂液破胶液的表面张力25mN/m，界面张力0.36mN/m，基本无残渣。

破胶方式改进之后，基本不会出现破胶不彻底的现象。在气井携砂液返排过程中，监测的破胶液粘度均小于5mPa.s，且基本无残渣，实现了彻底的破胶化水，返排率也在原来的基础上能够提高20～30%。

Claims (5)

1.一种耐高温的高效无聚携砂液，主要由表面活性剂、交联助剂、耐高温高效稳定协效剂及水组成，其特征在于：所述重量百分比的配比为：表面活性剂为2-8%，交联助剂为0.5-1%，耐高温高效稳定协效剂为2-5%，余量为水。其中：表面活性剂为碳氟类、全氟醚类、醚羧酸盐类、醚磺酸盐类表面活性剂中的一种或几种的混合物的一种或几种的混合物；交联助剂为水杨酸钠、3-羟基-2-萘酸钠、二甲苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、苯磷酸钠中的一种或几种的混合物；耐高温高效稳定协效剂为甲基纤维素盐、氯化铵、抗坏血酸及水的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温高效无聚携砂液，其特征在于：所述的表面活性剂为氟碳羧酸钠和全氟辛酸钠按质量比40-60%:60-40%混合，低速搅拌20-30分钟，搅拌速度90rpm。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温高效无聚携砂液，其特征在于：所述的交联助剂为十六烷基苯磺酸钠和苯磷酸钠按质量比20-50%:50-80%混合低速搅拌20-30分钟，搅拌速度90rpm。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温高效无聚携砂液，其特征在于：所述的耐高温高效稳定协效剂由甲基纤维素盐、氯化铵、抗坏血酸及水组成，重量百分比配比为：甲基纤维素盐1.5-2%、氯化铵0.1-0.5%、抗坏血酸1.5-6%，余量为水。

5.根据权利要求1所述的耐高温高效无聚携沙液，其制备方法为：

步骤一、将氯化铵、抗坏血酸及水按重量比混合，快速搅拌5分钟，搅拌速度300rpm，再加入甲基纤维素盐快速搅拌10分钟，即得耐高温高效无聚携砂液稳定协效剂；

步骤二、将5%表面活性剂和0.7%的交联助剂加到水中，搅拌至全部溶解，然后放置10小时以上；

步骤三、将4%的步骤一制得的耐高温高效稳定协效剂加入到步骤二制备的溶液中，搅拌至全部溶解，然后放置20小时以上，即为最终产品一种耐高温高效无聚携砂液。