CN113265236A - 一种适用于高矿化度水质低浓度瓜胶体系的压裂用交联剂 - Google Patents

一种适用于高矿化度水质低浓度瓜胶体系的压裂用交联剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系的压裂用交联剂。该交联剂的原料组分包括：硼化合物、聚合醇胺络合剂、增强剂辅剂、pH调节剂和水。本发明提供的压裂用交联剂对于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，能起到较好的交联效果，形成的冻胶挑挂性好，具有耐高温，携砂能力强、残渣含量低等特点。有效解决了油井开发中极端条件下压裂液交联能力弱的问题，并且瓜胶使用浓度低，达到了降低开发成本和环境伤害的目的。

Description

一种适用于高矿化度水质低浓度瓜胶体系的压裂用交联剂
技术领域
本发明属于油气田开采技术领域，涉及一种压裂用交联剂，具体涉及一种适用于高矿化度水质低浓度瓜胶体系的压裂用交联剂及其制备方法。
背景技术
在压裂施工中，交联剂起着至关重要的作用，形成的冻胶强度直接影响了造缝和携砂的效果。目前使用最为广泛的压裂液是以瓜胶为稠化剂，有机金属盐如有机钛、锆等金属交联剂虽然得到了发展，但形成的冻胶破胶难且不易返排，伤害油气层，使其发展受限。近年来，我国在有机硼交联剂方面的研究也取得了重大进展。与金属交联剂相比，有机硼交联剂形成的冻胶具有剪切恢复性能良好，冻胶易破胶，对地层伤害小等优点。
长庆油田位于鄂尔多斯盆地，在地质方面位于黄土高原附近，该盆地具有地域面积大、资源分布广、能源矿种齐全、资源潜力大、储量规模大等特点。但所处的地层水矿化度较高，以陕西定边为例，该区域地层水矿化度范围达11000～17500mg/L，氯离子质量浓度范围在3500～7000mg/L，pH值7～9，水型以NaHCO3为主。由于地层水矿化度较高，瓜胶体系的压裂液基液粘度低，市售的有机硼交联剂在低粘度基液条件下，表现为弱交联甚至不交联。因此，普通的有机硼交联剂对高矿化度水质条件的瓜胶体系不具有指导意义。
发明内容
本发明的目的是解决高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分，导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系交联能力弱的问题，以降低开发成本和环境伤害。
基于此，本发明提供了一种适用于高矿化度水质低浓度瓜胶体系的压裂用交联剂，以质量份计，所述压裂用交联剂的原料组分包括：硼化合物12～16份、聚合醇胺络合剂15～25份、增强剂辅剂3～6份、pH调节剂8～12份、水30～45份。
作为本发明优选的实施方式，所述硼化合物选自硼酸或硼砂中的一种或两种组合。
作为本发明优选的实施方式，所述聚合醇胺络合剂为多元醇、三乙醇胺、月桂酸和水的混合溶液。
作为本发明优选的实施方式，所述增强剂辅剂选自二甲胺基丙胺或三亚乙基四胺中的一种或两种组合。
作为本发明优选的实施方式，所述pH调节剂优选的为碱性化合物，所述碱性化合物优选的为无机碱，所述无机碱选自氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种组合。
进一步地，所述多元醇、三乙醇胺、月桂酸和水在混合溶液中的质量比为1:1:1:2。
进一步地，所述多元醇选自二乙二醇或丙三醇中的一种或两种组合。
本发明还提供了所述聚合醇胺络合剂的制备方法，所述聚合醇胺络合剂包括如上所述多元醇、三乙醇胺、月桂酸和水的组分。具体的，将月桂酸在45℃水中溶解，加入多元醇和三乙醇胺混匀后冷却，即制得本发明所述的聚合醇胺络合剂。
本发明所述的压裂用交联剂包含如上所述的硼化合物、聚合醇胺络合剂、增强剂辅剂、pH调节剂和水，经本发明人研究确认，在一定的配比范围内，该压裂用交联剂适用于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，能够有效解决油井开发中极端条件下低浓度瓜胶体系压裂液交联能力弱的问题，达到了降低开发成本和环境伤害的目的。
进一步地，本发明所述的压裂用交联剂除包含上述的硼化合物、聚合醇胺络合剂、增强剂辅剂、pH调节剂和水等组分外，还需配合以特定的制备方法，以制备得到本发明提供的压裂用交联剂。具体的，本发明所述的压裂用交联剂的制备方法包括：
(1)将聚合醇胺络合剂和水混合后升温至60℃得溶液A；
(2)在溶液A中加入硼化合物和增强剂辅剂，完全溶解后冷却至室温得溶液B；
(3)加入pH调节剂至溶液B中，搅拌反应即得本发明所述的压裂用交联剂。
本发明所述压裂用交联剂在油气田开采中的应用。具体的，所述压裂用交联剂能够在二级瓜胶粉使用浓度为0.25％下产生交联，且在高矿化度水质条件下交联效果好，耐温能力强。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果或者优点：
(1)本发明提供的压裂用交联剂适用于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，都能起到较好的交联效果。
(2)高矿化度水质条件下等极端条件下的瓜胶体系，其基液表观粘度低，瓜胶使用浓度高，成本大且效果不理想。对于这类瓜胶体系，本发明压裂用交联剂都能起到较好的交联效果，并且瓜胶使用浓度低，形成的冻胶具有耐温耐剪切能力强，携砂能力强、易破胶、残渣含量低等特点，大大的降低了油气田开发成本和伤害。
附图说明
图1为压裂用交联剂的流变曲线图。
具体实施方式
下面，结合具体的实施例对本发明的技术方案进行进一步的解释说明，但是，本发明并不限于下述的实施方式。
实施例1
一种压裂用交联剂的制备方法，包括如下的制备步骤：
(1)制备聚合醇胺络合剂
本实施例所述聚合醇胺络合剂的原料包括月桂酸、二乙二醇、三乙醇胺和水。以质量比计，所述二乙二醇、三乙醇胺、月桂酸和水的比例为1:1:1:2。
具体的，按上述质量比称取各组分，将月桂酸与水混合，升温至45℃，搅拌直至月桂酸完全溶解，再缓慢加入二乙二醇和三乙醇胺，搅拌30min，冷却至室温，即得聚合醇胺络合剂。
(2)制备压裂用交联剂
一种压裂用交联剂，以质量份计，其原料组分包括，步骤(1)制备的聚合醇胺络合剂15份、硼酸12份、二甲胺基丙胺5份、工业氢氧化钾颗粒8份、水37份。
具体的，按上述质量份称取各组分，加入水和聚合醇胺络合剂，开启搅拌，使聚合醇胺络合剂和水混合均匀，升温至60℃，加入硼酸、二甲胺基丙胺，继续搅拌30min使硼酸完全溶解，冷却至室温。打开冷却水，再加入工业氢氧化钾颗粒，搅拌反应1-2小时，得到淡黄色透明液体，即为压裂用交联剂。
对以上制备的压裂用交联剂进行不同矿化度水质条件下的交联状态、耐温性、破胶后的表界面张力进行评价。以下室内评价实验均以广饶县盛泉化工厂生产的二级瓜胶粉为稠化剂，加量0.25％，交比100:0.3，评价结果如表1。
表1，不同矿化度水质条件下的交联剂评价结果
Figure BDA0003113566640000051
表1结果显示，压裂液粘度随水质矿化度增加而降低，当水质矿化度为15000mg/L时，基液粘度低至16.5mPa.s，该压裂用交联剂仍然可形成可挑挂冻胶，且耐温65℃。说明本发明压裂用交联剂对于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，起到了较好的交联效果，且耐温能力好。
实施例2
一种压裂用交联剂的制备方法，包括如下的制备步骤：
(1)制备聚合醇胺络合剂
本实施例所述聚合醇胺络合剂的原料包括月桂酸、丙三醇、三乙醇胺和水。以质量比计，所述丙三醇、三乙醇胺、月桂酸和水的比例为1:1:1:2。
具体的，按上述质量比称取各组分，将月桂酸与水混合，升温至45℃，搅拌直至月桂酸完全溶解，再缓慢加入丙三醇和三乙醇胺，搅拌30min，冷却至室温，即得聚合醇胺络合剂。
(2)制备压裂用交联剂
一种压裂用交联剂，以质量份计，其原料组分包括，步骤(1)制备的聚合酰胺络合剂20份、硼酸16份、二甲胺基丙胺3份、工业氢氧化钾颗粒10份、水30份。
具体的，按上述质量份称取各组分，加入水和聚合醇胺络合剂，开启搅拌，使聚合醇胺络合剂和水混合均匀，升温至60℃，加入硼酸、二甲胺基丙胺，继续搅拌30min使硼酸完全溶解，冷却至室温。打开冷却水，再加入工业氢氧化钾颗粒，搅拌反应1-2小时，得到淡黄色透明液体，即为压裂用交联剂。
对以上制备的压裂用交联剂进行不同矿化度水质条件下的交联状态、耐温性、破胶后的表界面张力进行评价。以下室内评价实验均以广饶县盛泉化工厂生产的二级瓜胶粉为稠化剂，加量0.25％，交比100:0.3，评价结果如表2。
表2，不同矿化度水质条件下的交联剂评价结果
Figure BDA0003113566640000071
表2结果显示，压裂液粘度随水质矿化度增加而降低，当水质矿化度为15000mg/L时，基液粘度低至16.5mPa.s，该压裂用交联剂仍然可形成可挑挂冻胶，且耐温70℃。说明本发明压裂用交联剂对于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，都能起到较好的交联效果，且耐温能力好。
实施例3
一种压裂用交联剂的制备方法，包括如下的制备步骤：
(1)制备聚合醇胺络合剂
本实施例所述聚合醇胺络合剂的原料包括月桂酸、多元醇、三乙醇胺和水。以质量比计，所述多元醇、三乙醇胺、月桂酸和水的比例为1:1:1:2。所述多元醇为丙三醇和二乙二醇的混合物，质量比为1:1。
具体的，按上述质量比称取各组分，将月桂酸与水混合，升温至45℃，搅拌直至月桂酸完全溶解，再缓慢加入多元醇和三乙醇胺，搅拌30min，冷却至室温，即得聚合醇胺络合剂。
(2)制备压裂用交联剂
一种压裂用交联剂，以质量份计，其原料组分包括，步骤(1)制备的聚合醇胺络合剂25份、硼砂(Na2B4O7·10H2O)15份、三亚乙基四胺6份、工业片状氢氧化钠12份、水45份。
具体的，按上述质量份称取各组分，加入水和聚合醇胺络合剂，开启搅拌，使聚合醇胺络合剂和水混合均匀，升温至60℃，加入硼酸、三亚乙基四胺，继续搅拌30min使硼砂完全溶解，冷却至室温。打开冷却水，再加入工业片状氢氧化钠，搅拌反应1-2小时，得到淡黄色透明液体，即为压裂用交联剂。
对以上制备的压裂用交联剂进行不同矿化度水质条件下的交联状态、耐温性、破胶后的表界面张力进行评价。以下室内评价实验均以广饶县盛泉化工厂生产的二级瓜胶粉为稠化剂，加量0.25％，交比100:0.3，评价结果如表3。
表3，不同矿化度水质条件下的交联剂评价结果
Figure BDA0003113566640000081
表3结果显示，压裂液粘度随水质矿化度增加而降低，当水质矿化度为15000mg/L时，基液粘度低至16.5mPa.s，该压裂用交联剂仍然可形成可挑挂冻胶，且耐温60℃。说明本发明压裂用交联剂对于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，都能起到较好的交联效果，且耐温能力好。
实施例4
本实施例以杨凌尚禾植物科技产业有限公司生产的二级瓜胶为例，用定边高矿化度地层水配制不同低浓度的压裂液，以实施例1所述方法制备的压裂用交联剂作为试验药剂，评价该交联剂在高矿化度水质(11000mg/L)、不同低浓度瓜胶条件下的使用效果。其试验结果见表4。
表4，不同低浓度瓜胶体系条件下交联剂评价效果
Figure BDA0003113566640000091
表4结果显示，水质矿化度为11000mg/L，当瓜胶浓度低至0.25％时，该压裂用交联剂仍可形成可挑挂冻胶，且耐温能力达70℃。说明本发明压裂用交联剂对于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，都能起到较好的交联效果，且耐温能力好。
如图1所示，表示在矿化度11000mg/L，瓜胶浓度0.25％条件下，实施例1所述交联剂的流变曲线图。从图中可以知晓，实施例1制备的压裂用交联剂在70℃，170s-1条件下剪切120min，尾粘可达150mPa.s，充分说明了该压裂用交联剂对于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，都能起到较好的交联效果，形成的压裂液挑挂性好，具有耐高温等特点。
综上所述，本发明提供的压裂用交联剂对于高矿化度水质条件下的瓜胶溶胀不充分导致基液粘度不达标的低浓度瓜胶体系，都能起到较好的交联效果，形成的冻胶挑挂性好，具有耐高温，携砂能力强、残渣含量低等特点。有效解决了油井开发中，极端条件下压裂液交联能力弱的问题，并且瓜胶使用浓度低，达到了降低开发成本和环境伤害的目的。
如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于高矿化度水质低浓度瓜胶体系的压裂用交联剂，其特征在于，以质量份计，所述压裂用交联剂的原料组分包括：硼化合物12～16份、聚合醇胺络合剂15～25份、增强剂辅剂3～6份、pH调节剂8～12份、水30～45份。
2.根据权利要求1所述的压裂用交联剂，其特征在于，所述硼化合物选自硼酸或硼砂中的一种或两种的组合。
3.根据权利要求1所述的压裂用交联剂，其特征在于，所述pH调节剂为碱性化合物，所述碱性化合物选自氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种的组合。
4.根据权利要求1所述的压裂用交联剂，其特征在于，所述增强剂辅剂选自二甲胺基丙胺或三亚乙基四胺中的一种或两种的组合。
5.根据权利要求1所述的压裂用交联剂，其特征在于，所述聚合醇胺络合剂为多元醇、三乙醇胺、月桂酸和水的混合溶液，所述多元醇、三乙醇胺、月桂酸和水的质量比为1:1:1:2。
6.根据权利要求5所述的压裂用交联剂，其特征在于，所述多元醇选自二乙二醇或丙三醇中的一种或两种的组合。
7.根据权利要求5所述的压裂用交联剂，其特征在于，所述聚合醇胺络合剂的制备方法：月桂酸于45℃水中完全溶解，加入多元醇和三乙醇胺后，搅拌后冷却至室温，即得所述聚合醇胺络合剂。
8.制备权利要求1至7任一项所述的压裂用交联剂的方法，其特征在于，包括，
将所述聚合醇胺络合剂和水混合后升温至60℃，得溶液A；
向溶液A中加入硼化合物和增强剂辅剂，完全溶解后冷却至室温，得溶液B；
加入pH调节剂至溶液B中，搅拌反应，得压裂用交联剂。
9.权利要求1至7任一项所述的压裂用交联剂在油气田开采中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述压裂用交联剂适用于瓜胶压裂液。
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