CN102676148A - 一种高密度低摩阻压裂液 - Google Patents

Abstract

本发明一种高密度低摩阻压裂液，其组分及重量百分比如下：加重剂硝酸钠20-46.5%，增稠剂羟丙基瓜胶0.4-0.6%，助排剂Gemini表面活性剂0.4-1.0%，pH调节剂0.1-0.3%，杀菌剂十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基二甲基苄基溴化铵0.1-0.3%，粘土稳定剂聚季铵盐0.5-1.0%，温度稳定剂有机胺复合物0.5-1.0%，其余为水。本发明采用硝酸钠进行加重，常温下密度最高达1.35g/cm³，延迟交联时间长、摩阻低、滤失低，具有良好的高温流变性能，特别适用于异常高压、超深致密储层压裂改造，能显著降低井口施工压力，适合矿场大规模推广应用，且成本低廉，对地层伤害小，具有广阔的市场前景。

Description

一种高密度低摩阻压裂液

技术领域

本发明涉及石油工程中储层改造技术领域，特别是水力压裂施工中的压裂液。

背景技术

我国中西部地区相继发现若干异常高压、超深致密的油气储层，这类油气资源需要通过压裂改造才能获得高产。高压深井储层压裂作业时，所需施工压力往往会超过井口、管柱的承压极限，无法保证施工安全和措施效果，甚至利用目前的技术与装备根本无法进行施工作业。为了解决这一难题，提出了增加井筒中液柱重量来降低井口压力的方法，由此产生了加重压裂液体系。

据国外报道（SPE118904，2009），在压裂施工过程中，压裂液中加入加重剂无机盐，形成最高密度可达1.50g/cm³的加重压裂液。K. Bartko等人针对Saudi Arabia的致密砂岩地层，破裂压力梯度高达0.0249MPa/m，温度高达190℃，成功研发了密度为1.47g/cm³的加重压裂液体系，使用该体系后，压裂所需设备的能力由138MPa降为103MPa，整个施工过程，施工曲线光滑，但该体系存在摩阻高、储层伤害大的问题。

国内相继报道了若干提高压裂液密度的方法，有效降低井口施工压力，如采用无机溴盐（溴化钠、溴化钾）进行加重，最高密度可达1.5g/cm³。也有采用无机溴化物和氯化物进行复合加重的方法，如专利CN200610090681.0和CN200510105813.8公布的加重压裂液配方。但对于单一氯化钾加重，其加重的压裂液最大密度为1.15g/cm³，提供的液柱压力有限。目前国内室内实验和矿场实践证明，采用溴盐加重的配方存在一些主要问题：（1）溴盐成本高，与普通压裂液相比，因加重导致的成本增加约2000-4500元/m³。压裂一口井按中等压裂规模，需要压裂液500m³，则加重后成本增加100-225万元/口井；（2）对瓜胶体系，溴化物加重剂会使交联时间延长，降低体系流态指数n值，同时增大稠度系数K值，导致流动摩阻上升；（3）Br^-具有还原性，在地层高温高压下快速消耗破胶剂，使压裂液破胶困难、破胶不彻底，地层伤害增大。

因此，寻求一种新的廉价加重剂十分必要，既能降低成本，又能克服溴盐加重剂对压裂液性能产生的不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度低摩阻压裂液，该压裂液采用硝酸钠进行加重，通过调整加重剂用量配制不同密度的压裂液，常温20℃配制密度最高达1.35g/cm³，该压裂液延迟交联时间长、摩阻低、滤失低，具有良好的高温流变性能，特别适用于异常高压、超深致密储层压裂改造，显著降低井口施工压力，适合矿场大规模推广应用。该压裂液价格便宜，成本低廉，且对地层伤害小，有利于环境保护，克服了现有技术中溴盐加重剂的不足。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

通过在压裂液中加入不同重量份数的加重剂NaNO₃，制得一系列高密度低摩阻压裂液。

本发明一种高密度低摩阻压裂液，其组分及重量百分比如下：

加重剂：20-46.5%，

增稠剂：0.4-0.6%，

助排剂：0.4-1.0%，

pH调节剂：0.1-0.3%，

杀菌剂：0.1-0.3%，

粘土稳定剂：0.5-1.0%，

温度稳定剂：0.5-1.0%，

其余为水。

所述加重剂为硝酸钠，根据矿场实际，一般配制20-46.5%即可满足需要，密度1.16-1.35 g/cm³。

所述增稠剂为羟丙基瓜胶，性能应满足石油部颁标准SY/T5764-2007压裂用植物胶通用技术要求。羟丙基瓜胶最佳重量比为0.4-0.6%。

所述助排剂为Gemini表面活性剂，乙撑基双（十四烷基二甲基）氯/溴化铵，最佳使用重量比0.4-1.0%。结构式如下；

本发明高密度低摩阻压裂液为碱性压裂液，其pH调节剂为Na₂CO₃，重量比为0.1-0.3%，pH值为10.0-12.0。

所述杀菌剂为十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基二甲基苄基溴化铵，其重量比0.1-0.3%。

所述粘土稳定剂为一种聚季铵盐，其重量比0.5-1.0%。结构如下：

该聚季铵盐的制备过程如下：以过硫酸铵和亚硫酸钠为引发剂，以环氧氯丙烷、二甲胺为原料在65℃恒温水浴中反应聚合5小时，丙酮沉淀析出得到（谢长宇等，耐冲刷、长效聚季铵型阳离子粘土稳定剂的研制，石油化工应用，第27卷第3期，2008年6月）。

所述温度稳定剂为三乙醇胺、甲醇与聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯形成的复合物（简称有机胺复合物），其重量比0.5-1.0%。

本发明压裂液的交联剂为硼酸盐或有机硼锆络合物，能与半乳甘露聚糖中邻位羟基发生交联，交联重量比为：100比0.4-1.0。

本发明压裂液的破胶剂为胶囊包裹的过硫酸铵或过硫酸钾，在实际施工中经混砂车由破胶剂定量加入装置加入，加入的重量比为0.02-0.05%。

本发明的加重压裂液体系，经实验测试，综合性能如下：

（1）压裂液密度可调，在20℃下，密度最高可达1.35 g/cm³；

（2）成本低廉，按1.35 g/cm³最大密度配制，比相同密度溴盐加重压裂液价格低3500-4000元/m³；

（3）加重剂与其他添加剂配伍性好，不影响压裂液的交联和破胶；

（4）具有延迟交联特性，延迟交联时间180-720s，交联时间可调；

（5）流变性能良好，基液粘度60-85mPa.s。交联后冻胶粘度于150℃，170s^-1剪切7200s后，粘度保持在180 mPa.s以上；

（6）静态测试滤失系数为 $2\×{10}^{-4}m/\sqrt{\min }~7.8\×{10}^{-4}m/\sqrt{\min }$ ；

（7）对岩心伤害率19.6-26.5%；

（8）经环流装置摩阻测试，本发明压裂液摩阻为相同条件下清水摩阻的35-56%。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：（1）价格便宜，仅为溴盐加重剂压裂液价格的八分之一到十分之一左右；（2）加重剂硝酸钠不会影响瓜胶压裂液的交联性能，不改变体系流态指数n值、稠度系数K值；（3）不影响压裂液的破胶，对地层伤害小。

附图说明

图1是实施例2制备的压裂液120℃时测试流变曲线

图2是实施例3制备的压裂液150℃时测试流变曲线

具体实施方式

实施例1

（1）本发明压裂液配方一（密度为1.16g/cm³）

加重剂硝酸钠重量比：20%

增稠剂羟丙基瓜胶重量比：0.50%

助排剂双子表面活性剂重量比：0.5%，

pH调节剂Na₂CO₃重量比：0.1%

杀菌剂十二烷基三甲基氯化铵重量比：0.15%

粘土稳定剂聚季铵盐重量比：0.5%

温度稳定剂为三乙醇胺、甲醇与聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯形成的复合物重量比：0.5%

水：77.75%。

（2）1000g上述配方加重压裂液的配制

在waring搅拌器中加入水777.5g，再加入硝酸钠200g，启动搅拌器让其充分溶解；不断搅拌下加入增稠剂羟丙基瓜胶5.0g，溶胀30min增稠后，依次加入碳酸钠1g，杀菌剂十二烷基三甲基氯化铵1.5g，粘土稳定剂聚季铵盐5.0g，温度稳定剂三乙醇胺、甲醇与聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯形成的复合物5.0g，助排剂双子表面活性剂5.0g，形成均一粘稠液体。

（3）压裂液性能指标

使用实施例1配方配制的压裂液基液，其密度为1.16g/cm³，基液粘度66mPa.s，pH值11.0。采用交联重量比100:0.5的有机硼交联剂交联，冻胶在170s^-1、160℃初始粘度550mPa.s以上，剪切120min后粘度保持100mPa.s；延迟交联时间280-330s；静态测试滤失系数为；对岩心伤害率22.1%；90℃时环流装置摩阻测试，折算4.5m³/min、88.9mm管径下为清水摩阻的46%。采用过硫酸铵作为破胶剂，破胶剂加量重量比0.03%（300ppm）时，240min后破胶液黏度小于5 mPa.s，彻底水化破胶。

实施例2

（1）本发明压裂液配方二（密度为1.30g/cm³）

加重剂硝酸钠重量比：40%

增稠剂羟丙基瓜胶重量比：0.52%

助排剂双子表面活性剂重量比：0.5%，

pH调节剂Na₂CO₃重量比：0.1%

杀菌剂十二烷基三甲基氯化铵重量比：0.15%

粘土稳定剂聚季铵盐重量比：0.5%

温度稳定剂三乙醇胺、甲醇与聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯形成的复合物重量比：0.5%

水：57.73%。

（2）1000g上述配方加重压裂液的配制

在waring搅拌器中加入水577.3g，再加入硝酸钠400g，启动搅拌器让其充分溶解；不断搅拌下加入增稠剂羟丙基瓜胶5.2g，溶胀30min增稠后，依次加入碳酸钠1.0g，杀菌剂十二烷基三甲基氯化铵1.5g，粘土稳定剂聚季铵盐5.0g，温度稳定剂三乙醇胺、甲醇与聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯形成的复合物5.0g，助排剂双子表面活性剂5.0g，形成均一粘稠液体。

（3）压裂液性能指标

使用实施例2配方配制的压裂液基液，其密度为1.30g/cm³，基液粘度73mPa.s，pH值11.0。静态测试滤失系数为

；对岩心伤害率23.9%；90℃时环流装置摩阻测试，折算4.5m³/min、88.9mm管径下为清水摩阻的48.9%。采用过硫酸铵作为破胶剂，破胶剂加量重量比0.05%（500ppm）时，240min后破胶液黏度小于5 mPa.s，彻底水化破胶。

该压裂液120℃流变曲线见图1。采用有机硼交联剂交联，交联重量比为100:0.55,从图中可见，交联后冻胶在170s^-1、120℃初始粘度达到700mPa.s以上，剪切120min后粘度保持120mPa.s，延迟交联时间360-420s。说明该压裂液体系具有很强的携砂性能，同时保持长的延迟时间，有效降低流动摩阻。

实施例3

（1）本发明压裂液配方三（密度为1.35g/cm³）

加重剂硝酸钠重量比：46.5%

增稠剂羟丙基瓜胶重量比：0.55%

助排剂双子表面活性剂重量比：1.0%，

pH调节剂Na₂CO₃重量比：0.15%

杀菌剂十二烷基三甲基氯化铵重量比：0.15%

粘土稳定剂聚季铵盐重量比：1.0%

温度稳定剂有机胺复合物重量比：1.0%

水：49.65%。

（2）1000g上述配方加重压裂液的配制

在waring搅拌器中加入水496.5g，再加入硝酸钠465g，启动搅拌器让其充分溶解；不断搅拌下加入增稠剂羟丙基瓜胶5.5g，溶胀30min增稠后，依次加入碳酸钠1.5g，杀菌剂十二烷基三甲基氯化铵1.5g，粘土稳定剂聚季铵盐10.0g，温度稳定剂三乙醇胺、甲醇与聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯形成的复合物10.0g，助排剂双子表面活性剂10.0g，形成均一粘稠液体。

（3）压裂液性能指标

使用实施例3配方配制的压裂液基液，其密度为1.16g/cm³，基液粘度66mPa.s，pH值12.0；静态测试滤失系数为

；对岩心伤害率22.1%；90℃时环流装置摩阻测试，折算4.5m³/min、88.9mm管径下为清水摩阻的51.4%。采用过硫酸铵作为破胶剂，破胶剂加量重量比0.05%（500ppm）时，240min后破胶液黏度小于5mPa.s，彻底水化破胶。

该压裂液150℃流变曲线见图2。从图中可见，采用有机硼交联剂交联，交联重量比为100:0.6,从图中可见，交联后冻胶在170s^-1、150℃初始粘度达到850mPa.s以上，剪切120min后粘度保持180mPa.s，延迟交联时间360-450s。说明该压裂液体系在更高的温度下，仍保持友谊的流变和携砂性能，同时保持长的延迟时间，有效降低流动摩阻。

Claims (3)

1.一种高密度低摩阻压裂液，其组分及重量百分比如下：

加重剂硝酸钠：20-46.5%，

增稠剂羟丙基瓜胶：0.4-0.6%，

助排剂乙撑基双（十四烷基二甲基）氯/溴化铵：0.4-1.0%，

pH调节剂Na₂CO₃：0.1-0.3%，

杀菌剂十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基二甲基苄基溴化铵：0.1-0.3%，

粘土稳定剂聚季铵盐：0.5-1.0%，

温度稳定剂有机胺复合物：0.5-1.0%，

其余为水。

2.如权利要求1所述的压裂液，其特征在于，所述粘土稳定剂聚季铵盐制备如下：以过硫酸铵和亚硫酸钠为引发剂，以环氧氯丙烷、二甲胺为原料在65℃恒温水浴中反应聚合5小时，丙酮沉淀析出得到。

3.如权利要求1所述的压裂液，其特征在于，所述温度稳定剂有机胺复合物为三乙醇胺、甲醇与聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯形成的复合物。

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