CN104046349B - 一种水基压裂液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水基压裂液及其制备方法，所述水基压裂液包括0.5‑1.5wt%海藻酸钠、0.5～1.5wt%改性纤维素、0.5～0.15wt%交联剂、0.2～0.6wt%破胶剂和水；所述水基压裂液制备方法包括：（1）将海藻酸钠或海藻酸钠和粘土防膨剂或海藻酸钠、粘土防膨剂和助排剂溶于水中，混合均匀，得到稠化水；（2）将交联剂溶于水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；（3）将所述步骤（2）中的交联剂水溶液缓慢加入步骤所述（1）中的稠化水中，得到冻胶溶液；（4）将所述改性纤维素加入上述冻胶溶液中，最后加入所述破胶剂得到水基压裂液。本发明制备的水基压裂液具有低成本、携砂能力强和残渣含量少的优点。

Description

一种水基压裂液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水基压裂液及其制备方法，属于油田化学领域。
背景技术
随着我国油气田开采难度的增大，低渗特低渗透油气田和非常规气藏越来越受到重视，这些类型的油气藏对压裂所使用的压裂液性能要求也越来越高，因此压裂液技术有了很大发展。
到目前为止，压裂液可分为：水基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂液和酸基压裂液等，其中，最常用的是水基压裂液，其具有高粘度、低摩阻、悬砂性好等优点。而水基压裂液又可分为天然植物胶压裂液、改性纤维素压裂液和合成聚合物压裂液。对于天然植物胶压裂液来说，其主要成胶剂为胍尔胶及其衍生物，然而随着胍尔胶的价格上涨，使得以胍尔胶及其衍生物为成胶剂的压裂液成本急剧增加。而改性纤维素相对于价格飞涨的胍尔胶来说，其具有价格低廉的优势，因此受到越来越多的重视。
诸如，中国专利CN102040996公开了一种以羧甲基纤维素为成胶剂的压裂液，该压裂液主要由10～35wt%的羧甲基纤维素、10～25wt%的乙二醛、10～15wt%的硫酸铬、3～8wt%的丙烯酰胺和余量的水组成。上述技术中的压裂液采用羧甲基纤维素作为压裂液的成胶剂，解决了现有技术中采用胍胶作为成胶剂制备压裂液所带来的价格高的问题。但是，上述技术中的压裂液，由于羧甲基纤维素是作为成胶剂加入的，所以它的含量要高达10～35wt%，羧甲基纤维素的用量大会导致压裂液破胶后残渣含量多，残渣含量越多，其对地层的损害就越大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中以羧甲基纤维素为成胶剂的压裂液存在成胶剂剂用量大、破胶后残渣含量高的问题，进而提供一种制备简单、低成本的海藻酸钠-羧甲基纤维素水基压裂液。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种水基压裂液，包括成胶剂、增稠剂、交联剂、破胶剂和水，所述成胶剂为海藻酸钠、所述增稠剂为改性纤维素；其中，以水基压裂液的质量计，所述海藻酸钠的添加量为0.5～5.0wt%,所述改性纤维素的添加量为0.5～3.0wt%，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt%，余量为水。
以水基压裂液的质量计，所述海藻酸钠的含量为0.5～1.5wt%，所述改性纤维素的含量为0.5～1.5wt%，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6%，余量为水。
所述改性纤维素为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和羧甲基羟丙基纤维素中的任意一种或几种。
所述破胶剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的任意一种。
所述交联剂为三乙基硼、硼砂、硼酸钾或硼酸中的任意一种。
所述水基压裂液，还包括粘土防膨剂；其中，所述粘土防膨剂为氯化钾、氯化铵或氯化铝中的任意一种；所述粘土防膨剂含量占所述水基压裂液质量的1～5wt%。
所述水基压裂液，还包括助排剂；其中，所述助排剂为阴离子表面活性剂；所述助排剂的含量占所述水基压裂液质量的0.1～0.5%。
所述海藻酸钠为经过过滤或离心处理后的海藻酸钠。
本发明还提供了一种所述水基压裂液的制备方法，包括如下步骤：
（1）将海藻酸钠或海藻酸钠和粘土防膨剂或海藻酸钠、粘土防膨剂和助排剂溶于水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将交联剂溶于水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将所述步骤（2）中的交联剂水溶液缓慢加入步骤所述（1）中的稠化水中，得到溶胶溶液；
（4）将所述改性纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入所述破胶剂得到的水基压裂液。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）本发明所述水基压裂液，以低分子量的海藻酸钠为成胶剂，以改性纤维素为增粘剂，在特定添加量的条件下，所述海藻酸钠与所述交联剂发生交联反应，形成具有空间网格结构的物质，同时在交联反应过称中，改性纤维素被包裹于海藻酸钠交联后额空间网格内，使得该压裂液的粘度和携砂能力大大增加，具有携砂能力强的优点。本发明中，由于改性纤维素是作为增稠剂添加于压裂液体系中的，其并没有发生交联反应，其添加量仅为0.5-3wt%，并不会对该压裂液的破胶产生影响。此外，本发明所述水基压裂液中的成胶剂海藻酸钠具有分子量相对较低的特点，而分子量低易于破胶、且破胶后残渣含量也低，上述综合作用使得该水基压裂液具有易破胶，且破胶后的残渣含量低的优点。
（2）本发明所述水基压裂液，进一步控制所述海藻酸钠的含量为0.5～1.5wt%，所述改性纤维素的含量为0.5～1.5wt%，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt%，余量为水，在上述特定量的配比条件下，制备得到的水基压裂液具有优异的携砂能力以及破胶后残渣含量较低，残渣含量仅为1～4wt%，同时还使得所述水基压裂液的成本大大较低。进一步地，本发明通过选择经过滤或离心处理的海藻酸钠做为成胶剂，来提高海藻酸钠的纯度，降低海藻酸钠的杂质含量，从而进一步降低压裂液破胶后的残渣含量，提高压裂效果。
（3）本发明所述水基压裂液的制备方法，通过在交联后的海藻酸钠压裂液体系中加入增稠剂，从而避免了增稠剂参与交联反应的可能性，这样可以保证所述增稠剂在该水基压裂液体系中仅起到增稠的作用，又可以避免在破胶液中引入新的大分子残渣物质。同过本发明所述制备方法制备得到的水基压裂液具有残渣含量较低且压裂液成本低的优点。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
实施例中所使用的原料若非特指，均为公知的、市售化工原料，具体为：
海藻酸钠：纯度，市售；
羧甲基纤维素、羧丙基甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和羧甲基羟丙基纤维素：市售
硼砂：纯度，市售；
过硫酸铵：纯度，市售；
氯化钾、氯化铵、氧化铝：纯度、市售；
十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、苯磺酸钠：纯度、市售。
实施例1
本实施例中所述水基压裂液A包括如下组分：5.0g的海藻酸钠、0.5g的羧甲基纤维素、0.5g的硼砂、0.6g的过硫酸铵、93.4g的水。
本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：
（1）将上述特定量的海藻酸钠溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将上述特定量的硼砂溶于23.4g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；
（4）将上述特定量的羧甲基纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸铵破胶剂得到水基压裂液A。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液A在30℃下粘度为540mPa·s，在170s-1转速下剪切1h后的粘度为170mPa·s，耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
实施例2
本实施例中所述水基压裂液B包括如下组分：4g的海藻酸钠、1.5g的羧甲基纤维素、0.4g的硼酸钾、0.5g的过硫酸铵、93.6g的水。
本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：
（1）将上述特定量的海藻酸钠溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将上述特定量的硼酸钾溶于23.6g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；
（4）将上述特定量的羧甲基纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸铵破胶剂得到水基压裂液B。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液B在30℃下粘度为520mPa·s，在170s-1转速下剪切1h后的粘度为140mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
实施例3
本实施例中所述水基压裂液C包括如下组分：3.0g的海藻酸钠、2.5g的羟丙基甲基纤维素、0.3g的硼酸、0.4g的过硫酸钾、93.8g的水。
本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：
（1）将上述特定量的海藻酸钠溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将上述特定量的硼酸溶于23.8g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；
（4）将上述特定量的羟丙基甲基纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸钾破胶剂得到水基压裂液C。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液C在30℃下粘度为520mPa·s，在170s-1转速下剪切1h后的粘度为110mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
实施例4
本实施例中所述水基压裂液D包括如下组分：2.0g的海藻酸钠、2.0g的羧甲基羟乙基纤维素、1g的羧甲基纤维素、0.2g的三乙基硼、0.2g的过硫酸钠、94.6g的水。
本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：
（1）将上述特定量的海藻酸钠溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将上述特定量的三乙基硼溶于24.6g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；
（4）将上述特定量的羧甲基羟乙基纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸钠破胶剂得到水基压裂液D。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液D在30℃下粘度为480mPa·s，在170s-1转速下剪切1h后的粘度为70mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
实施例5
本实施例中所述水基压裂液E包括如下组分：1.5g的海藻酸钠、0.5g的羧甲基羟丙基纤维素、0.15g的硼砂、0.6g的过硫酸铵、1.0g的氯化铵、96.25g的水。
本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：
（1）将上述特定量的海藻酸钠和氯化铵溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将上述特定量的硼砂溶于26.25g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；
（4）将上述特定量的羧甲基羟丙基纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸铵破胶剂得到水基压裂液E。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液E在30℃下粘度为460mPa·s，在170s-1转速下剪切1h后的粘度为80mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
实施例6
本实施例中所述水基压裂液F包括如下组分：1.2g的海藻酸钠、0.3g的羟丙基甲基纤维素、0.4g的羧甲基羟丙基纤维素、0.12g的硼砂、0.4g的过硫酸钾、3.0g的氯化钾、0.1g的十二烷基苯磺酸钠、94.48g的水。
本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：
（1）将上述特定量的海藻酸钠和、氯化钾、十二烷基苯磺酸钠、溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将上述特定量的硼砂溶于24.48g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；
（4）将上述特定量的羟丙基甲基纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸钾破胶剂得到水基压裂液F。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液F在30℃下粘度为450mPa·s，在170s-1-转速下剪切1h后的粘度为65mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
实施例7
本实施例中所述水基压裂液G包括如下组分：1.0g的海藻酸钠、0.6g的羧甲基纤维素、0.1g的硼砂、0.4g的过硫酸铵、5.0g的氯化铝、0.1g的十二烷基苯磺酸钠、92.80g的水。
本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：
（1）将上述特定量的海藻酸钠、氯化铝和十二烷基苯磺酸钠溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将上述特定量的硼砂溶于22.80g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；
（4）将上述特定量的羧甲基纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸铵破胶剂得到水基压裂液G。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液G在30℃下粘度为440mPa·s，在170s-1转速下剪切1h的粘度为60mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
实施例8
本实施例中所述水基压裂液H包括如下组分：1.5g的海藻酸钠、0.5g十二烷基苯硫酸钠、1.0g的羧甲基纤维素、0.15g的硼砂、0.6g的过硫酸铵、96.25g的水。
本实施例所述水基压裂液的制备方法如下：
（1）将上述特定量的海藻酸钠、氯化铵和十二烷基苯硫酸钠溶于70g的水中，混合均匀，得到稠化水；
（2）将上述特定量的硼砂溶于26.25g的水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
（3）将步骤（2）中所述的交联剂水溶液缓慢加入到步骤（1）中所述的稠化水中，得到冻胶溶液；
（4）将上述特定量的羧甲基纤维素加入至上述冻胶溶液中，最后加入上述特定量的过硫酸铵破胶剂得到水基压裂液H。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液H在30℃下粘度为480mPa·s，在170s-1转速下剪切1h后的粘度为70mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
对比例
将30.0g的羧甲基纤维素、20.0g的乙二醛、12.0g的硫酸铬、2.5g的丙烯酰胺，35.5g的水混合均匀，制备得到压裂液。
按照标准SYT5107-2005规定的测试方法，本实施例中所述水基压裂液A在30℃下粘度为460mPa·s，在170s-1转速下剪切1h后的粘度为55mPa·s,耐温性能和抗剪切性能复合标准规定。
性能测试评价例
本发明进一步对实施例1～8中制备得到的水基压裂液A～H以及对比例进行了携砂性能和破胶性能测试，测试方法如下：
破胶能力测试方法：取500ml烧杯，分别取上述实施例1～8和对比例中制备得到的压裂液250ml，其中每一个实施例中的压裂液均取三份，然后向所述每份压裂液中分别混入0.25g过硫酸铵，在65℃下恒温，各实施例中的三份压裂液分别恒温0.5h、1h和2h，分别利用定量滤纸过滤各实施例中的三份压裂液分别在恒温破胶0.5h、1h和2h后的残渣，称取残渣重量，计算各压裂液在不同破胶时间时的残渣含量，同时利用平氏粘度计测定各压裂液在不同破胶时间后的粘度，测试结果见表1。
携砂能力测试：取500ml烧杯，分别取实施例1～8和对比例中的制备得到的压裂液250ml，其中每一个实施例中的压裂液均取三份，然后分别向每一个实施例中的三份压裂液中分别加入20/40目石英砂，三份压裂液中石英砂的加入量分别为占压裂液体积的20wt%、30wt%和40wt%，搅拌均匀，观察石英砂的下降速度，测试结果见表2。
表1水基压裂液破胶能力测试结果
表2水基压裂液携砂能力测试结果
表2中所述砂比为向压裂液中加入的石英砂占压裂液体积的百分比。
由表1和表2测试结果可知，本发明所述水基压裂液具有优异的破胶能力和携砂能力，破胶后的残渣含量远低于现有技术中水基胍胶压裂液的残渣量，能够满足油田的压裂施工要求。
虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细的阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种水基压裂液，包括成胶剂、增稠剂、交联剂、破胶剂和水，其特征在于，所述成胶剂为海藻酸钠、所述增稠剂为改性纤维素；其中，以水基压裂液的质量计，所述海藻酸钠的添加量为0.5～5.0wt％，所述改性纤维素的添加量为0.5～3.0wt％，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt％，余量为水；
所述水基压裂液的制备方法包括如下步骤：
(1)将海藻酸钠溶于水中，混合均匀，得到稠化水；
(2)将交联剂溶于水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
(3)将所述步骤(2)中的交联剂水溶液缓慢加入所述步骤(1)中的稠化水中，得到冻胶溶液；
(4)将所述改性纤维素加入上述冻胶溶液中，最后加入所述破胶剂得到水基压裂液。
2.根据权利要求1所述的水基压裂液，其特征在于，以水基压裂液的重量计，所述海藻酸钠的含量为0.5～1.5wt％，所述改性纤维素的含量为0.5～1.5wt％，所述交联剂与所述海藻酸钠添加量比为1:10，所述破胶剂的含量为0.2～0.6wt％，余量为水。
3.根据权利要求2所述的水基压裂液，其特征在于，所述改性纤维素为羧甲基纤维素、羧丙基甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和羧甲基羟丙基纤维素中的任意一种或几种。
4.根据权利要求2所述的水基压裂液，其特征在于，所述破胶剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的水基压裂液，其特征在于，所述交联剂为三乙基硼、硼砂、硼酸钾或硼酸中的任意一种。
6.根据权利要求1～5任一所述的水基压裂液，其特征在于，还包括粘土防膨剂；其中，所述粘土防膨剂为氯化钾、氯化铵或氯化铝中的任意一种；所述粘土防膨剂含量占所述水基压裂液质量的1～5wt％。
7.根据权利要求1～5任一所述水基压裂液，其特征在于，还包括助排剂；其中，所述助排剂为阴离子表面活性剂；所述助排剂的含量占所述水基压裂液质量的0.1～0.5％。
8.根据权利要求6所述水基压裂液，其特征在于，还包括助排剂；其中，所述助排剂为阴离子表面活性剂；所述助排剂的含量占所述水基压裂液质量的0.1～0.5％。
9.根据权利要求1所述水基压裂液，其特征在于，所述海藻酸钠为经过过滤或离心处理后的海藻酸钠。
10.权利要求6～9任一所述水基压裂液的制备方法，包括如下步骤：
(1)将海藻酸钠、或海藻酸钠和粘土防膨剂、或海藻酸钠、粘土防膨剂和助排剂溶于水中，混合均匀，得到稠化水；
(2)将交联剂溶于水中，混合均匀，得到交联剂水溶液；
(3)将所述步骤(2)中的交联剂水溶液缓慢加入所述步骤(1)中的稠化水中，得到冻胶溶液；
(4)将所述改性纤维素加入上述冻胶溶液中，最后加入所述破胶剂得到水基压裂液。
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