CN111205848A - 一种纤维素纳米晶杂化的压裂液及其配制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维素纳米晶杂化的压裂液及其配制方法，该压裂液包括基液、交联剂和破胶剂；所述基液的组分及含量如下：每1L水中加入10‑50g纤维素、5‑20g纤维素纳米晶、20‑50g助排剂、20‑50g粘土稳定剂、2‑10g pH调节剂，即为基液。所述交联剂为正丙醇锆、正丁醇锆、异丙醇锆、异辛酸锆中的一种；交联剂在基液中浓度是20‑60g/L。所述纤维素纳米晶由纤维素经氧化直接制得。压裂液的配制方法是：在配液罐中注入清水，然后加入纤维素纳米晶和纤维素粉末，在加入粘土稳定剂和pH调节剂，循环搅拌后，注入助排剂，得到基液；施工时，将基液中加入交联剂和破胶剂，混合均匀，得到压裂液。本发明的纤维素纳米晶杂化压裂液的携砂和耐温性能明显提高。

Description

一种纤维素纳米晶杂化的压裂液及其配制方法
技术领域
本发明涉及油气田开采技术领域，特别是一种纤维素纳米晶杂化的压裂液及其配制方法。
背景技术
水力压裂作为储层改造措施的重要技术手段之一，是利用高压把带有支撑剂的压裂液经过井筒压至储层并形成裂缝，压裂液携带支撑剂进入裂缝，压裂液后经破胶返排至地面，支撑剂留在裂缝中，形成一条填砂裂缝，油气藏的导流能力得到改善，从而达到增产的目的。
在储层增产改造措施中，压裂液的性能对压裂施工效果影响巨大，为了保证压裂施工的成功，压裂液需要具有足够的黏度去悬浮和携带支撑剂，同时需要具有良好的耐温耐剪切性能，较低的摩阻，低伤害，易破胶，低残渣等性能。稠化剂作为水基压裂液中的核心添加剂，最普遍应用的是瓜尔胶稠化剂。为控制增产改造成本，由于纤维素具有类似于胍胶的分子结构，其已成为当前研究的热点。但是纤维素压裂液存在粘弹性性差，抗剪切能力差，携砂能力差等问题，导致未能在油田大面积的推广。为了改善纤维素压裂液存在的这些问题，可以加入纳米材料对压裂液进行改性。纳米材料由于其粒径小，具有很强的表面效应和小尺寸效应，能与多种物质杂化复合形成具有特殊性能的材料或体系。但是常规的纳米材料都是一些无机材料，与纤维素在复配的时候相容性较差，为了增加相容性，需要对纳米材料进行改性，使其满足在水或油中分散的性能。
发明内容
本发明的目的针对现有纤维素压裂液中纤维素与纳米材料相容性差的问题，提供一种纤维素纳米晶杂化的压裂液及其配制方法。
本发明提供的纤维素纳米晶杂化的压裂液包括基液、交联剂和破胶剂。其中，所述基液的组分及含量如下：每1L水中加入10-50g纤维素、5-20g纤维素纳米晶、20-50g助排剂、20-50g粘土稳定剂、2-10g pH调节剂，即为基液。所述交联剂为正丙醇锆、正丁醇锆、异丙醇锆、异辛酸锆中的一种；交联剂在基液中浓度是20-60g/L。
所述纤维素为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基羟丙基纤维素中的一种。纤维素纳米晶由氧化法直接制得。
所述助排剂是全氟十二烷基磺酸钠和十二烷基磺酸钠的混合水溶液，其中，全氟十二烷基磺酸钠和十二烷基磺酸钠的浓度分别是200g/L和150g/L。所述粘土稳定剂为KCl水溶液，KCl浓度是200g/L。所述pH调节剂为碳酸钠和NaOH的混合水溶液，其中，碳酸钠和NaOH的浓度分别100g/L和50g/L。
所述破胶剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、重铬酸钾中的一种，破胶剂在基液中浓度是2-10g/L。
上述的纤维素纳米晶杂化压裂液的配制方法是：在配液罐中注入清水，用循环泵吸入纤维素纳米晶和纤维素粉末，液添泵加入粘土稳定剂和pH调节剂，循环搅拌30-60min，注入助排剂，循环1-2周，得到基液；施工时，将基液吸入混砂车，同时用液添泵将交联剂吸入混砂车，从固体添料抖中抖入破胶剂，混合均匀，得到压裂液。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
现有技术中其他压裂液中加入的纳米材料，需要通过化学反应对那些纳米材料表面进行改性以提高纳米材料在压裂液中的相容性。本发明中采用的纤维素和纤维素纳米晶同源，使得纤维素纳米晶不需要特殊处理，即可与纤维素具有很好的相容性，节约了生产成本。纤维素纳米晶加入后，提高了纤维素压裂液的携砂和耐温性能。另外，本发明使用的交联剂直接采用锆盐，无需制备有机锆，简化了压裂液的配制过程。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1、实施例4的纤维素纳米晶杂化纤维素压裂液的流变性能测试曲线图。
图2、对比例压裂液的流变性能测试曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将0.8g纤维素纳米晶放入100ml水中，剧烈搅拌分散，在搅拌下加入2.5g羧甲基纤维素，搅拌10min后，加入3g粘土稳定剂和0.3g pH调节剂，搅拌10min，最后加入3g助排剂，即得基液。
其中，粘土稳定剂提前按照如下比例配置：20g KCl溶于100ml水中，搅拌，使其完全溶解。
pH调节剂配制方法：称取10g碳酸钠和5g氢氧化钠溶在100ml水中，搅拌使其完全溶解。
助排剂配制方法：20g全氟十二烷基磺酸钠和15g十二烷基磺酸钠分散在100ml水中。
取基液100ml，加入3g正丁醇锆和过硫酸钾0.4g，剧烈搅拌，可得完全配置好的纤维素纳米晶杂化纤维素压裂液。
实施例2
将0.5g纤维素纳米晶放入100ml水中，剧烈搅拌分散，再搅拌下加入1g羧甲基纤维素，搅拌10min后，加入2g粘土稳定剂和0.2g pH调节剂，搅拌10min，最后加入2g助排剂，即得基液。
其中，粘土稳定剂、pH调节剂和助排剂的配制方法同实施例1。
取基液100ml，加入2g异丙醇锆和过硫酸铵0.2g，剧烈搅拌，可得完全配置好的纤维素纳米晶杂化纤维素压裂液。
实施例3
将2g纤维素纳米晶放入100ml水中，剧烈搅拌分散，再搅拌下加入5g羧甲基纤维素，搅拌10min后，加入5g粘土稳定剂和1g pH调节剂，搅拌10min，最后加入5g助排剂，即得基液。
其中，粘土稳定剂、pH调节剂和助排剂的配制方法同实施例1。
取基液100ml，加入6g异辛酸锆和重铬酸钾1g，剧烈搅拌，可得完全配置好的纤维素纳米晶杂化纤维素压裂液。
实施例4
将1.5g纤维素纳米晶放入100ml水中，剧烈搅拌分散，再搅拌下加入4g羧甲基纤维素，搅拌10min后，加入3.5g粘土稳定剂和1gpH调节剂，搅拌10min，最后加入4g助排剂，即得基液。
其中，粘土稳定剂、pH调节剂和助排剂的配制方法同实施例1。
取基液100ml，加入4g正丙醇锆和双氧水0.6g，剧烈搅拌，可得完全配置好的纤维素纳米晶杂化纤维素压裂液。
性能测试：
(1)依据行业标准SY/T 5107-2016水基压裂液性能评价方法，评价实施例1-4的压裂液性能。结果见表1。其中，对比例压裂液的配方和配制方法同实施例4，不同之处在于没有加入纤维素纳米晶。
表1、实施例1-4的压裂液的性能测试结果
Figure BDA0002380795530000031
Figure BDA0002380795530000041
(2)将实施例4制备的压裂液进行流变性能测试，并与对比例压裂液的流变性能进行对比。测试温度120℃，剪切速率170s-1。图1和图2分别是实施例4的压裂液和对比例压裂液的流变性能测试曲线图。由两图的对比，纤维素纳米晶加入后，在相同条件下，液体的黏度有了很大的提高，提升了压裂的耐温性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种纤维素纳米晶杂化的压裂液，其特征在于，包括基液、交联剂和破胶剂；所述基液的组分及含量如下：每1L水中加入10-50g纤维素、5-20g纤维素纳米晶、20-50g助排剂、20-50g粘土稳定剂、2-10gpH调节剂，即为基液；所述交联剂为正丙醇锆、正丁醇锆、异丙醇锆、异辛酸锆中的一种；交联剂在基液中浓度是20-60g/L。
2.如权利要求1所述的纤维素纳米晶杂化的压裂液，其特征在于，所述纤维素为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基羟丙基纤维素中的一种。
3.如权利要求2所述的纤维素纳米晶杂化的压裂液，其特征在于，所述纤维素纳米晶由氧化法直接制得。
4.如权利要求1所述的纤维素纳米晶杂化的压裂液，其特征在于，所述助排剂是全氟十二烷基磺酸钠和十二烷基磺酸钠的混合水溶液，其中，全氟十二烷基磺酸钠和十二烷基磺酸钠的浓度分别是200g/L和150g/L。
5.如权利要求4所述的纤维素纳米晶杂化的压裂液，其特征在于，所述粘土稳定剂是浓度200g/L的KCl水溶液。
6.如权利要求5所述的纤维素纳米晶杂化压裂液，其特征在于，所述pH调节剂为碳酸钠和NaOH的混合水溶液，其中，碳酸钠和NaOH的浓度分别100g/L和50g/L。
7.如权利要求6所述的纤维素纳米晶杂化压裂液，其特征在于，所述破胶剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、重铬酸钾中的一种，破胶剂在基液中浓度是2-10g/L。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的纤维素纳米晶杂化压裂液的配制方法，其特征在于，在配液罐中注入清水，用循环泵吸入纤维素纳米晶和纤维素粉末，液添泵加入粘土稳定剂和pH调节剂，循环搅拌30-60min，注入助排剂，循环1-2周，得到基液；施工时，将基液吸入混砂车，同时用液添泵将交联剂吸入混砂车，从固体添料抖中抖入破胶剂，混合均匀，得到压裂液。
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