CN102618249B - 一种海水基压裂液及其制备方法 - Google Patents

一种海水基压裂液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海水基压裂液，其是将97-99重量份的海水、0.3-0.7重量份的稠化剂、0.5-0.8重量份的表面活性剂、0.05-0.2重量份的pH值调节剂、0.01-0.05重量份的破胶剂混合，然后与0.3-0.7重量份的交联剂进行交联反应即得，其中稠化剂是羟烷基、羧烷基和磺酸基改性的瓜尔胶衍生物。本发明还涉及一种海水基压裂液的制备方法。

Description

一种海水基压裂液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种海水基压裂液及其制备方法。
背景技术
现有的压裂液都是淡水配制的，但是对于海上油田来说，淡水资源的提供由于受到空间、运输、成本等多种因素的影响，难以满足油田压裂改造的需要。对于海上油田来说，海水又是一种普遍存在，容易取用的水资源。但是，由于海水是一个复杂的水***，里面包含有几十种矿物质元素，还有多种有机质的存在，是一个高盐、多成份的水体系。目前常用的水基压裂液稠化剂都或多或少的受到海水成分的影响而难以满足压裂施工的要求。
因此，需要开发一种适应海水水体同时满足压裂要求的压裂液。
发明内容
本发明的目的是提供一种海水基压裂液。
本发明的另一个目的是提供一种制备海水基压裂液的方法。
本发明提供的海水基压裂液是将97-99重量份的海水、0.3-0.7重量份的稠化剂、0.5-0.8重量份的表面活性剂、0.05-0.2重量份的PH值调节剂、0.01-0.05重量份的破胶剂混合，然后与0.3-0.7重量份的交联剂进行交联反应即得，其中所述稠化剂是羟烷基、羧烷基和磺酸基改性的瓜尔胶衍生物。
本发明所述的稠化剂，即羟烷基、羧烷基和磺酸基改性的瓜尔胶衍生物的制备方法可以包括由瓜尔胶和环氧乙烷和/或环氧丙烷，在醇-水的混合溶剂中，在路易斯酸或路易斯碱的催化下，控制温度在45-85℃范围内发生开环加成反应，反应时间2-5小时，过滤、洗涤2-4次；然后，在醇-水的混合溶剂中，碱性化合物的催化下，控制温度50-90℃，与羧基化试剂和磺化试剂进行反应，反应时间2-6小时，过滤、洗涤2-4次，干燥4-10小时，制得含有羟烷基、羧烷基和/或磺酸基的瓜尔胶衍生物。
所述路易斯酸为氯化铝、氯化铁、盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种；所述路易斯碱为氨、一甲胺、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氧化镁中的一种或多种；所述醇水混合溶剂由0-50％的水、50-100％的醇组成(按体积比计)；所述醇为甲醇、乙醇、异丙醇及其混合物。羧基化试剂选自氯乙酸；磺化试剂选自氯磺酸、浓硫酸、三氧化硫、发烟硫酸、氨基磺酸和亚硫酸盐。
本发明所述的交联剂由5-15重量份的主剂、10-20重量份的络合剂、65-85重量份的水复配组成。主剂选自氯氧化锆、锆酸盐、四氯化锆、四氯化钛、钛酸酯中的一种或多种；络合剂选自多元醇、多元酸、烷醇胺中的一种或多种；多元醇选自乙二醇、丙三醇、甘露醇、木糖醇、山梨醇；多元酸选自乙二酸、酒石酸、柠檬酸、丙二酸和丁二酸；烷醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。
本发明所述的表面活性剂为氟碳表面活性剂、聚醚型表面活性剂、聚醚羧酸盐型表面活性剂以及它们混合物，聚醚表面活性剂是指OP-7、OP-10、AEO-9、AE-1910、HD-3、SP169等，聚醚羧酸盐型表面活性剂是指AES、ABS、SBS等。
本发明的破胶剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、高锰酸钾、高氯酸钾、氯酸钾、高碘酸钾、碘酸钾和双氧水中的一种或多种。
本发明所述PH调节剂选自醋酸、草酸、甲酸、柠檬酸、盐酸、碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠中的一种或多种。
本发明的海水基压裂液的制备方法包括下述步骤：
将稠化剂、表面活性剂、破胶剂、PH值调节剂海水混合得基液，然后再加入交联剂进行交联反应即得海水基压裂液。
本发明的海水基压裂液适用于我国不同海域的海水，且耐温能力达到120℃。
本发明的海水基压裂液与海水配伍性好，对海水中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等多种高价、变价金属离子具有耐受性和良好的络合性。可以克服和降低二次沉淀造成的伤害。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，以下实施例中采用的物质，除了注明的之外，其余均为市售。
实施例1：
首先制备稠化剂：取50g的瓜尔胶粉加入100ml乙醇和50ml水组成的混合溶液中，加入3g的氢氧化钠，控温至50-55℃，加入60ml的环氧乙烷，反应3小时，冷却至室温，过滤，洗涤2次，再加入100ml异丙醇和30ml水组成的混合溶液中，加入2.5g氢氧化钠，控温60-65℃，反应15min，加入5g氯乙酸和1.5g氯磺酸反应4h，冷却至室温，过滤、洗涤3次，干燥粉碎制成干粉得羟乙基羧甲基磺酸基瓜尔胶。
其次交联剂的制备，取10.0克氯氧化锆加入70g水中，搅拌溶解，再依次加入6.8g乙二酸、2.3g一乙醇胺、4.7g三乙醇胺，控制温度45-50℃，反应3h，制得烷醇胺锆酸酯-乙二酸螯合物。
用量筒量取98.5ml海水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.5g的表面活性剂(由4g氟碳表面活性剂、25g AE1910、71g水组成)、0.04g的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5g的稠化剂，待溶胀完全后(约30分钟)，向烧杯中添加0.1g纯碱使PH值在7-9的范围内，然后徐徐加入约0.4g的上述有机锆交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好的粘弹性，以玻璃棒能够挑挂起为宜。
性能评价：
按照SY/T 5107-2005水基压裂液性能评价方法对本发明的压裂液进行性能评价。
下面的表1显示了由实施例1制得的压裂液和现有技术中的压裂液在海水中的性能指标。
压裂液性能：采用RS-6000流变仪，在100℃、170s-1剪切速率下剪切1h，测定压裂液性能。常规压裂液按照本领域的常规方法制得压裂液，稠化剂浓度与实施例1相同。
表1：常规HPG压裂液与本发明压裂液性能对比
Figure BDA0000140656240000041
表1数据显示，本发明压裂液初始粘度和1h剪切后粘度比常规压裂液体系大，表明本发明的压裂液的抗温性能、抗剪切性能比常规压裂液好。且破胶后体系状态描述显示，本发明的压裂液对稳定高价金属、变价金属，防止二次沉淀伤害比常规压裂液好，更适合海水体系。
实施例2：
首先制备稠化剂：取50g的瓜尔胶粉加入100ml乙醇和40ml水组成的混合溶液中，加入4.0g的氢氧化钠，控温至50-55℃，加入50ml的环氧乙烷，反应3小时，冷却至室温，过滤，洗涤2次，再加入100ml异丙醇和20ml水组成的混合溶液中，加入2.0g氢氧化钠，控温60-65℃，反应15min，加入4.0g氯乙酸和2.0g氯磺酸反应4h，冷却至室温，过滤、洗涤3次，干燥粉碎制成干粉得羟乙基羧甲基磺酸基瓜尔胶。
其次交联剂的制备，取9.0克氯氧化锆加入77g水中，搅拌溶解，再依次加入6.8g乙二酸、7.2g三乙醇胺，控制温度50-55℃，反应4h，制得三乙醇胺锆酸酯-乙二酸螯合物。
用量筒量取98.5ml海水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.5g的表面活性剂(由4g氟碳表面活性剂、25g AE1910、71g水组成)、0.04g的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5g的稠化剂，待溶胀完全后(约30分钟)，向烧杯中添加0.1g纯碱使PH值在7-9的范围内，然后徐徐加入约0.4g的上述有机锆交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好的粘弹性，以玻璃棒能够挑挂起为宜。
性能评价：
按照SY/T 5107-2005水基压裂液性能评价方法对本发明的压裂液进行性能评价。
下面的表2显示了由实施例2制得的压裂液和现有技术中的压裂液在海水中的性能指标。
压裂液性能：采用RS-6000流变仪，在100℃、170s-1剪切速率下剪切1h，测定压裂液性能。常规压裂液按照本领域的常规方法制得压裂液，稠化剂浓度与实例2相同。
表2：常规HPG压裂液与本发明压裂液性能对比
Figure BDA0000140656240000051
表2的数据显示出本发明的压裂液初始粘度和1h剪切后粘度比常规压裂液体系大，表明本发明的压裂液的抗温性能、抗剪切性能比常规压裂液好。且破胶后体系状态描述显示，本发明的压裂液对稳定高价金属、变价金属，防止二次沉淀伤害比常规压裂液好，更适合海水体系。
本发明可用其它的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方式都只能认为是对本发明的示例性说明而不是限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种海水基压裂液，其是将97-99重量份的海水、0.3-0.7重量份的稠化剂、0.5-0.8重量份的表面活性剂、0.05-0.2重量份的pH值调节剂、0.01-0.05重量份的破胶剂混合，然后与0.3-0.7重量份的交联剂进行交联反应即得，其中所述稠化剂是羟烷基、羧烷基和磺酸基改性的瓜尔胶衍生物，所述羟烷基、羧烷基和磺酸基改性的瓜尔胶衍生物是通过下述步骤制备的：由瓜尔胶和环氧乙烷和/或环氧丙烷，在醇-水的混合溶剂中，在路易斯酸或路易斯碱的催化下，控制温度在45-85℃范围内发生开环加成反应，反应时间2-5小时，过滤、洗涤2-4次；然后，在醇-水的混合溶剂中，碱性化合物的催化下，控制温度50-90℃，与羧基化试剂和磺化试剂进行反应，反应时间2-6小时，过滤、洗涤2-4次，干燥4-10小时，即得。
2.如权利要求1所述的海水基压裂液，所述路易斯酸为氯化铝、氯化铁、盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种；所述路易斯碱为氨、一甲胺、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氧化镁中的一种或多种；所述醇水混合溶剂按体积计由0-50%的水和50-100%的醇组成；所述醇为甲醇、乙醇、异丙醇及其混合物；所述羧基化试剂选自氯乙酸；所述磺化试剂选自氯磺酸、浓硫酸、三氧化硫、发烟硫酸、氨基磺酸和亚硫酸盐。
3.如权利要求1所述的海水基压裂液，其中所述交联剂由5-15重量份的主剂、10-20重量份的络合剂、65-85重量份的水复配组成。
4.如权利要求3所述的海水基压裂液，其中所述主剂选自氯氧化锆、锆酸盐、四氯化锆、四氯化钛、钛酸酯中的一种或多种；络合剂选自多元醇、多元酸、烷醇胺中的一种或多种；所述多元醇选自乙二醇、丙三醇、甘露醇、木糖醇、山梨醇；所述多元酸选自乙二酸、酒石酸、柠檬酸、丙二酸和丁二酸；所述烷醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。
5.如权利要求1所述的海水基压裂液，其中所述表面活性剂选自氟碳表面活性剂、聚醚型表面活性剂、聚醚羧酸盐型表面活性剂及它们混合物。
6.如权利要求1所述的海水基压裂液，其中所述破胶剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、高锰酸钾、高氯酸钾、氯酸钾、高碘酸钾、碘酸钾、和双氧水中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的海水基压裂液，其中所述pH值调节剂选自醋酸、草酸、甲酸、柠檬酸、盐酸、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的一种或多种。
8.一种制备如权利要求1所述的海水基压裂液的方法，其包括下述步骤：
将稠化剂、表面活性剂、破胶剂、pH值调节剂、海水混合得基液，然后再加入交联剂进行交联反应即得所述海水基压裂液。
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