CN111057532A - 一种压裂交联剂及瓜胶压裂液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压裂交联剂，是由以下原料制备得到的：水100份，无机碱1～10份，硼化合物5～20份，多元醇5～20份；所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵；所述硼化合物选自硼酸、硼砂；所述多元醇选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇。本发明还公开了一种瓜胶压裂液，是由以下组分组成的：前述压裂交联剂0.2%～0.6%，羟丙基瓜胶0.2%～0.6%，pH调节剂0.01%～0.2%，其它添加剂0.2%～2%，余量为水。本发明的压裂交联剂，在‑16℃条件下可流动；本发明的瓜胶压裂液，在3℃条件下可交联形成压裂液冻胶。本发明的瓜胶压裂液，交联性能好，耐低温能力强，使用温度小于150℃。

Description

一种压裂交联剂及瓜胶压裂液
技术领域
本发明涉及一种压裂交联剂，及其制备方法，以及用该压裂交联剂制备得到的瓜胶压裂液。
背景技术
水力压裂是利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量将高粘液体(压裂液)泵入井内，在井底憋起高压，当该压力克服井壁附近地应力达到岩石抗张强度后，就在井底产生裂缝。继续注入带有支撑剂的压裂液，裂缝继续延伸，支撑剂在裂缝中充填。停泵后，由于支撑剂对裂缝的支撑作用，可在地层中形成足够长、有一定导流能力的填砂裂缝。油气井的水力压裂增产技术是改造油气层的有效方法，是油气井、水井增产、增注的有效措施。此技术已经积累了50多年的经验，被广泛应用于油田勘探开发中。
目前应用最广泛的压裂液体系是以瓜胶及其衍生物为增稠剂的压裂液体系，通过增稠剂与交联剂交联形成冻胶，携带支撑剂进入人工裂缝。该体系具有成本低、交联稳定性好、交联可控、耐温性好、现场施工简单、系统配套完善等特点。
瓜胶是一种天然半乳甘露聚糖，属于非离子型高分子，相对分子质量约200×104。在结构上，以β-1,4键相互连接的D-甘露糖单元为主链，不均匀地在主链的一些D-甘露糖单元的C6位上再连接了单个D-半乳糖(β-1,6键)为支链，其半乳糖与甘露糖之比约为1∶1.8。常用的瓜胶增稠剂是羟丙基瓜胶(HPG)，其使用浓度一般在0.2％～0.8％。
常用交联剂包括硼类交联剂和过渡金属交联剂。硼类交联剂主要包括硼砂、硼酸，及硼与络合剂组成的混合物等，其主要特点是交联可逆、耐高剪切，耐温能力中等，其使用浓度一般在0.2％～1.0％。
在我国北方冬季施工中，由于气温较低，存在压裂液及添加剂凝固的风险，影响正常压裂施工进行，因此有必要研制冬季压裂用有机硼交联剂。
美国专利US5827804提出用硼酸、单乙醇胺、水作为冬季压裂用有机硼交联剂，配方体系中硼酸占15％～85％(重量百分数)，单乙醇胺占10％～45％(重量百分数)，水占5％～40％(重量百分数)，体系倾点在-17℃～-31℃。用该交联剂与瓜胶形成的压裂液体系可以在大于35℃的储层中使用。
使用有机化合物作为溶剂可以有效降低交联剂的倾点，但是会导致体系成本增加，为此，有必要研制成本较低、耐低温性能较好的有机硼交联剂体系。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种压裂交联剂，可低温(比如我国北方的冬季)使用，在-16℃条件下不会凝固。本发明采用硼酸或硼砂作为硼源，多元醇和水作为混合溶剂，无机碱作为降低倾点化合物，从而可有效降低有机硼交联剂倾点，提高其在北方冬季的储存稳定性。本发明还提供了一种用本发明的压裂交联剂制备得到的可在北方冬季施工的瓜胶压裂液体系。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种压裂交联剂，是由以下重量份的原料制备得到的：水100份，无机碱1～10份，硼化合物5～20份，多元醇5～20份；所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵；所述硼化合物选自硼酸、硼砂；所述多元醇选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇。
所述压裂交联剂的制备方法为：室温下，将无机碱加入水中，搅拌溶解；加入硼化合物，搅拌并升温至55～65℃，反应40～80分钟；在搅拌下缓慢加入多元醇，搅拌25～35分钟后升温至85～95℃，反应1小时；冷却降温至40℃以下，即得压裂交联剂。
本发明的压裂交联剂，可用于制备瓜胶压裂液。
一种瓜胶压裂液，是由以下重量百分数的组分组成的：上述压裂交联剂0.2％～0.6％，羟丙基瓜胶0.2％～0.6％，pH调节剂0.01％～0.2％，其它添加剂0.2％～2％，余量为水。
优选的，所述羟丙基瓜胶选自胜利油田工程院提供的速溶型羟丙基瓜胶，商品名为SRG-1，其0.6％水溶液表观粘度为111mPa·s，水不溶物为3.8％，含水率为9.2％。
所述pH调节剂选自碳酸钠或/和氢氧化钠。
所述其它添加剂选自防膨剂、助排剂、杀菌剂、防乳化剂、破胶剂中的任意一种或两种以上。
优选的，所述防膨剂选自胜利井下方圆公司提供的防膨剂，商品名为FP-2。
优选的，所述助排剂选自胜利油田工程院提供的微乳型助排剂，商品名为ME-2。
优选的，所述杀菌剂选自胜利井下方圆公司提供的杀菌剂，商品名为SK-1。
优选的，所述防乳化剂选自胜利井下方圆公司提供的防乳化剂，商品名为SF-1。
优选的，所述破胶剂选自胜利油田工程院提供的胶囊破胶剂，商品名为EB-1。
所述瓜胶压裂液的制备方法为：在搅拌下，将羟丙基瓜胶溶解于水中，然后加入pH调节剂和其它添加剂，搅拌溶解，再加入压裂交联剂，混匀即得。
本发明的压裂交联剂，在-16℃条件下可流动；本发明的瓜胶压裂液，在3℃条件下可交联形成压裂液冻胶。本发明的压裂交联剂、瓜胶压裂液，适合在北方冬季压裂施工中使用。本发明的瓜胶压裂液，交联性能好，耐低温能力强，使用温度小于150℃。
本发明所引述的所有文献，它们的全部内容通过引用并入本文，并且如果这些文献所表达的含义与本发明不一致时，以本发明的表述为准。此外，本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。
附图说明
图1：瓜胶压裂液耐温耐剪切曲线(140℃，170s-1，120min)示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1 制备压裂交联剂
在反应釜中加入1000kg水，开启搅拌，加入100kg氢氧化钠，搅拌10min溶解；再加入200kg硼酸，搅拌升温至60℃，反应1h，在搅拌下缓慢加入100kg乙二醇，搅拌30min后再升温至90℃反应1h，冷却降温。待温度降低到40℃后出料，得压裂交联剂。该交联剂在-16℃条件下变稠，可流动。
实施例2 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：氢氧化钠的加入量为50kg，其它同实施例1。该交联剂在-5℃条件下变稠，可流动，在-16℃条件下凝固。
实施例3 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：硼酸的用量为100kg，其它同实施例1。该交联剂在-5℃条件下变稠，可流动，在-16℃条件下凝固。
实施例4 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：乙二醇的用量为200kg，其它同实施例1。该交联剂在-16℃条件下变稠，可流动。
实施例5 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：用硼砂代替硼酸，用量为50kg，其它同实施例1。该交联剂在-16℃条件下变稠，可流动。
实施例6 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：用丙二醇代替乙二醇，其它同实施例1。该交联剂在-16℃条件下变稠，可流动。
实施例7 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：用丙三醇代替乙二醇，其它同实施例1。该交联剂在-16℃条件下变稠，可流动。
实施例8 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：用季戊四醇代替乙二醇，其它同实施例1。该交联剂在-5℃条件下变稠，可流动，在-16℃条件下凝固。
实施例9 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：用氢氧化钾代替氢氧化钠，其它同实施例1。该交联剂在-16℃条件下变稠，可流动。
实施例10 制备冬季压裂交联剂
与实施例1的区别是：用氢氧化铵代替氢氧化钠，其它同实施例1。该交联剂在-16℃条件下变稠，可流动。
从上述实施例1～10中可以看出，无机碱可以降低交联剂倾点，这个是从实验中发现的，具体原理目前尚不清楚。主要规律是：无机碱加量高时倾点低，硼化合物浓度高时倾点低，多元醇对倾点影响不大。
实施例11 配制压裂液基液
在混调器中加入493g水，在搅拌下加入2g速溶型羟丙基瓜胶，溶解3min后，依次加入2.5g防膨剂FP-2、1.5g助排剂ME-2、0.5g碳酸钠、0.05g杀菌剂SK-1、0.5g防乳化剂SF-1，搅拌溶解2min，配制成羟丙基瓜胶浓度为0.4％的压裂液基液。压裂液基液表观粘度51mPa·s(170s-1)，pH值为10。
实施例12 压裂液交联性能和耐温耐剪切性能
取实施例11配制的压裂液基液100mL，冷却到3℃，加入实施例1制备的压裂交联剂0.4g，得瓜胶压裂液，交联时间2min，挑挂性能良好。采用SY/T 5107-2015《水基压裂液性能评价方法》中规定的压裂液耐温耐剪切测试方法，用HAAKE MARS III高温流变仪测试了140℃条件下压裂液的耐温耐剪切性能。140℃、170s-1条件下剪切120min体系表观粘度为72mPa·s。实验结果如图1所示，压裂液具有良好的耐温耐剪切性能。
实施例13 压裂液破胶性能
取实施例11配制的压裂液基液100mL，冷却到4℃，加入0.02g胶囊破胶剂(商品名为EB-1)和实施例1制备的压裂交联剂0.4g，得瓜胶压裂液。采用SY/T 5107-2015《水基压裂液性能评价方法》中规定的压裂液破胶实验方法，将压裂液放入90℃水浴中破胶，破胶时间1.5h，破胶液粘度2.11mPa·s，破胶液残渣286mg/L，破胶液符合标准要求。
给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种压裂交联剂，其特征在于：是由以下重量份的原料制备得到的：水100份，无机碱1～10份，硼化合物5～20份，多元醇5～20份；所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵；所述硼化合物选自硼酸、硼砂；所述多元醇选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇。
2.根据权利要求1所述的压裂交联剂，其特征在于：是通过以下方法制备得到的：室温下，将无机碱加入水中，搅拌溶解；加入硼化合物，搅拌并升温至55～65℃，反应40～80分钟；在搅拌下缓慢加入多元醇，搅拌25～35分钟后升温至85～95℃，反应1小时，即得压裂交联剂。
3. 根据权利要求1或2所述的压裂交联剂，其特征在于：是由以下原料制备得到的：1000kg水，100kg氢氧化钠，200kg硼酸，100kg乙二醇；
或：1000kg水，100kg氢氧化钠，200kg硼酸， 200kg乙二醇；
或：1000kg水，100kg氢氧化钠， 50kg硼砂， 100kg乙二醇；
或：1000kg水，100kg氢氧化钠，200kg硼酸，100kg丙二醇；
或：1000kg水，100kg氢氧化钠，200kg硼酸，100kg丙三醇；
或：1000kg水，100kg氢氧化钾，200kg硼酸，100kg乙二醇；
或：1000kg水，100kg氢氧化铵，200kg硼酸，100kg乙二醇。
4.权利要求1或2或3所述的压裂交联剂的制备方法，其特征在于：室温下，将无机碱加入水中，搅拌溶解；加入硼化合物，搅拌并升温至55～65℃，反应40～80分钟；在搅拌下缓慢加入多元醇，搅拌25～35分钟后升温至85～95℃，反应1小时，即得压裂交联剂。
5.一种瓜胶压裂液，其特征在于：是由以下重量百分数的组分组成的：权利要求1或2或3所述的压裂交联剂0.2%～0.6%，羟丙基瓜胶0.2%～0.6%，pH调节剂0.01%～0.2%，其它添加剂0.2%～2%，余量为水。
6.根据权利要求5所述的瓜胶压裂液，其特征在于：所述羟丙基瓜胶选自速溶型羟丙基瓜胶，商品名为SRG-1。
7.根据权利要求5所述的瓜胶压裂液，其特征在于：所述pH调节剂选自碳酸钠或/和氢氧化钠。
8.根据权利要求5所述的瓜胶压裂液，其特征在于：所述其它添加剂选自防膨剂、助排剂、杀菌剂、防乳化剂、破胶剂中的任意一种或两种以上。
9.根据权利要求8所述的瓜胶压裂液，其特征在于：所述防膨剂选自FP-2；
和/或：所述助排剂选自ME-2；
和/或：所述杀菌剂选自SK-1；
和/或：所述防乳化剂选自SF-1；
和/或：所述破胶剂选自EB-1。
10.根据权利要求5～9中任一项所述的瓜胶压裂液，其特征在于：是由以下组分组成的：493g水，2g速溶型羟丙基瓜胶，2.5g防膨剂FP-2，1.5g助排剂ME-2，0.5g碳酸钠，0.05g杀菌剂SK-1，0.5g防乳化剂SF-1，0.4g压裂交联剂；
所述压裂交联剂是由以下原料制备得到的：1000kg水，100kg氢氧化钠，200kg硼酸，100kg乙二醇。
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