CN106905948B - 一种微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液，由基液、交联剂和破胶剂组成，所述的基液又由羟丙基瓜尔胶、助排剂、防膨稳定剂、压裂杀菌剂、压裂破乳剂、阻垢剂及水组成。本发明选用低用量瓜胶多核交联剂，有较强的延迟交联效果，可大幅度降低瓜胶浓度并使破胶残渣量减少，再配以多功能阻垢剂防止压裂液用水与地层水产生的结垢，同时还选用破胶彻底无硫酸根产生的选择性高分子断裂催化剂，可有效降低液体粘度和残渣含量，破胶后的破胶液表面张力更低，使破胶液更易于返排，形成的瓜胶清洁压裂液体系耐温耐剪切性能良好，携砂性能优良。

Description

一种微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液
技术领域
本发明属于石油化工产品的制备技术领域，涉及一种微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液。
背景技术
压裂液是油田开采过程中借用液体传导力压裂措施时所用的液体，也是保证压裂成功提高采收率的关键制剂。目前国内各油田使用的水力压裂液体系主要是以瓜胶及其衍生物为主，添加多种助剂并结合交联剂和破胶剂形成的制剂，具有成本低、安全性高、可操作性强、应用范围广、综合性能好等优势，迄今已在油气田开发中被广泛应用。但是常规的压裂液体系仍存在残渣大、破胶不好以及由体系配伍性不好造成的较大伤害等问题。
常规的油田压裂液多为羟丙基瓜胶液，其压裂体系中瓜胶浓度较大，进入地层后，羟丙基瓜胶会在裂缝和裂缝壁残留大量残渣，造成储层伤害，导致地层渗流能力下降，产能降低，直接影响压裂效果。降低瓜胶残渣与不溶物最直接的办法就是降低瓜胶用量，进而减少进入地层的固相物质含量，从而有效降低压裂液滤液和残渣对裂缝及储层的伤害。但单一降低瓜胶浓度又会遇到因压裂液成胶和耐温、抗剪切不稳定导致的冻胶体系黏弹性降低、支撑剂沉降等问题。另外通过交联剂的使用也可实现降低瓜胶用量。目前用于瓜胶压裂液的交联剂有硼砂、有机硼、有机钛、有机锆等，其中硼砂用量最广最多。硼砂交联剂的优点是成本低，但缺点是延缓交联差、耐温差，加量过多易变脆。再有的是，目前常规的用于与压裂液体系结合的破胶剂多采用过硫酸铵，由于过硫酸铵破胶剂的反应时间及其活性对温度依赖性高，破胶持续时间短，且破胶剂氧化破胶具有随机性，导致瓜胶糖苷键不完全断裂，且破胶反应属于非特异性反应，能和遇到的任何物体(如油管、地层基质和原油等)反应，其破胶完后形成的硫酸根也极易与地层中的钡锶等形成永久的沉淀，堵塞孔喉，阻止油流的流出，降低渗透率。另外，目前常规的压裂液用水和地层水中均含有不同的成垢离子，由于水的热力学不稳定性和化学不相容性，成垢离子相互作用后会产生不稳定的、易于沉淀的物质，如BaSO4、CaCO3、CaSO4垢物等，并由此引发设备腐蚀以及地层的严重结垢、堵塞问题，给油田生产运行造成巨大的经济损失。而目前油田上应用的阻垢剂大都为大分子的有机磷酸物，容易与压裂液中其他助剂(如助排剂、粘土稳定剂等)产生沉淀或者不配伍。
发明内容
本发明的目的在于针对常规压裂液体系存在的残渣大、伤害率高以及由体系配伍性不好造成的伤害等问题，提供一种性能优良的微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液，以降低羟丙基瓜尔胶浓度及破胶残渣量，保护油层，同时保持优良的悬砂能力和耐温耐剪切能力，减小压裂液对储层造成的伤害，提高压裂施工成功率与压裂效果。
为实现以上发明目的而提出的技术方案如下所述。
一种微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液，其特征在于它由基液、交联剂和破胶剂按1：0.001～0.005:0.0006～0.0008的重量比组成，所述的基液由以下质量百分数的组分组成：羟丙基瓜尔胶0.17～0.35％、助排剂0.1～0.5％、防膨稳定剂0.1～0.5％、压裂杀菌剂0.05～0.15％、压裂破乳剂0.05～0.15％、阻垢剂0～0.05％，其余为水。
上述微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液中，助排剂由十二烷基二甲基氧化胺和烷基酚聚氧乙烯醚按10～15∶5～10复配搅拌混合制成。
上述微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液中，防膨稳定剂为由3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(羟丙基季铵盐)和氯化钾按20～30∶10～15的重量比搅拌混合制成。
上述微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液中，压裂杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵。
上述微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液中，压裂破乳剂是聚醚类破乳剂，具体为烷基酚醛树脂嵌段聚醚AF6231、AF3125或TA1031。
上述微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液中，阻垢剂由乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)、聚天冬氨酸(PASP)和氨基三甲叉膦酸(ATP)按5～9∶4～8∶6～10的重量比复配搅拌混合。
上述微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液中，交联剂采用申请人研发的授权公告号为CN103881694B的专利产品瓜胶多核交联剂，该瓜胶多核交联剂由下述重量比的物质原料制成：水80～150，多元醇胺50～100，多元醇50～100，糖类化合物50～90，硼化合物80～120，无机酸盐50～80，其中，所述的多元醇胺为三乙醇胺或二乙醇胺，所述的多元醇为乙二醇、季戊四醇或二甘醇，所述的糖类化合物为果糖和/或麦芽糖和/或乳糖，所述的硼化合物为硼酸，所述的无机酸盐为四氯化锆和/或四氯化钛。该瓜胶多核交联剂的制备方法是：将水、多元醇胺、多元醇加入反应器内加热至60℃，反应90～120min，再加入硼化合物、糖类化合物、无机酸盐，升温至80℃～90℃，反应3～6小时，用氢氧化钠调节pH至8～10，反应1～3小时，即得到瓜胶多核交联剂。
上述微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液中，破胶剂为采用申请人研发的授权公告号为CN103480419B的专利产品选择性高分子断裂催化剂，该选择性高分子断裂催化剂及其制备方法和包括以下步骤：加水到反应釜中，升温至50℃；向反应釜中加入有机膦酸类螯合剂(氨基三亚甲基膦酸、1-羟乙叉-1,1-二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、氨基三甲叉膦酸中的任意一种)，反应1h；再加入还原剂(碳酰肼、卡巴肼、水合联氨中的任意一种)，反应30min；最后加入脱硼催化剂(由N-甲基葡萄糖胺、苯甲酸、三乙醇胺和水制备而成)，升高反应温度至50-90℃，反应3h，即得到选择性高分子断裂催化剂。
该微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液的制备方法包括以下步骤：
1)制备基液按照前述的重量百分数准确取各组分，在水中依次加入增稠剂、助排剂、防膨稳定剂、压裂杀菌剂、压裂破乳剂、阻垢剂，混合均匀后静置溶胀1～4h，制得基液；
2)制备冻胶按照配比在经步骤1)得到的基液中加入交联剂和破胶剂，搅拌混匀形成冻胶；
3)制备瓜胶清洁压裂液使经步骤2)得到的冻胶在30℃～90℃水浴中保持恒温，待冻胶完全水化后即得微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明中的交联剂采用低用量瓜胶多核交联剂，能够提供多个交联中心，可大幅度降低瓜胶的使用浓度，同时使得压裂液残渣以及水不溶物相应的减少，交联剂用量少，可显著降低瓜胶体系压裂液对地层的伤害；
(2)本发明采用的多功能阻垢剂中含有羟基、羧基、氨基等较多的活性官能团，增大了其内表面积，具有较强的螯合、吸附、交换、络合能力，可与压裂液用水中的Ca2+、Mg2+、Ba2+等阳离子形成稳定的络合物，减少形成CaCO3、CaSO4、BaSO4等沉淀物的可能性，防止压裂液用水与地层水产生结垢；
(3)本发明采用选择性高分子断裂催化剂作为破胶剂，有效降低了液体粘度和残渣含量，破胶后的破胶液表面张力更低，使破胶液更易于返排；
(4)本发明形成的瓜胶清洁压裂液体系能降低瓜胶使用浓度、耐温耐剪切性能良好，携砂性能优良，与常规瓜胶体系相比，本发明所述微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液体系破胶残渣小于100mg/L，对岩心的伤害率均小于10％。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有效效果有更加清楚的理解，下面结合实例对本发明进行具体描述。有必要在此特别指出的是，所列实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域的科研技术人员，根据上述发明内容对本发明做出非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。
实施例1
在容量为1000mL烧杯中加入995mL水，称取1.7g羟丙基瓜尔胶，在搅拌状态下将其缓慢加入水中，高速搅拌10min，然后依次加入1g的由十二烷基二甲基氧化胺和烷基酚聚氧乙烯按按10∶8的重量比复配制成的高效助排剂、1g的由3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氯化钾按20∶12的重量比混合制成的防膨稳定剂、0.5g的十二烷基二甲基苄基氯化铵(压裂杀菌剂)、0.5g的聚醚类破乳剂AF6231，0.6g的由乙二胺四亚甲基膦酸钠、聚天冬氨酸和氨基三甲叉膦酸按8∶6∶8的重量比复配搅拌混合，再继续高速搅拌20min，混匀均匀后静置溶胀3h；取上述配制的基液100g，在搅拌状态下加入0.2g的低用量瓜胶多核交联剂(具体为公告号为CN103881694B的说明书文本内实施例2中记载的物质)，再加入0.06g的选择性高分子断裂催化剂(具体为公告号为CN103480419B的说明书文本内实施例1中记载的物质)，继续搅拌形成冻胶。在30℃水浴中保持恒温，2h后冻胶完全水化。用ZNN-D6型粘度计测得破胶液表观粘度为2.9mPa·s，用XZD-5旋转滴超低界面张力测得破胶液表面张力为22.1mN/m。
实施例2
在容量为1000mL烧杯中加入991mL水，称取2.5g羟丙基瓜尔胶，在搅拌状态下将其缓慢加入水中，高速搅拌10min，然后依次加入2g的由十二烷基二甲基氧化胺和烷基酚聚氧乙烯按12∶8的重量比复配制成的高效助排剂、2g的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氯化钾按30∶12的重量比混合制成的防膨稳定剂、1g的十二烷基二甲基苄基氯化铵(压裂杀菌剂)、1g的聚醚类破乳剂AF3125、0.1g的由乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)、聚天冬氨酸(PASP)和氨基三甲叉膦酸(ATP)按6∶5∶8的重量比复配制成的多功能阻垢剂，再继续高速搅拌20min，混匀均匀后静置溶胀2h；取上述配制的基液100g，在搅拌状态下加入0.25g的低用量瓜胶多核交联剂(具体为公告号为CN103881694B的说明书文本内实施例2中记载的物质)，再加入0.065g选择性高分子断裂催化剂(具体为公告号为CN103480419B的说明书文本内实施例8中记载的物质)，继续搅拌形成冻胶。在45℃水浴中保持恒温，2h后冻胶完全水化。用ZNN-D6型粘度计测得破胶液表观粘度为2.7mPa·s，用XZD-5旋转滴超低界面张力测得破胶液表面张力为23.2mN/m。
实施例3
在容量为1000mL烧杯中加入989mL水，称取2.8g羟丙基瓜尔胶，在搅拌状态下将其缓慢加入水中，高速搅拌10min，然后依次加入3g的由十二烷基二甲基氧化胺和烷基酚聚氧乙烯按15∶10的重量比复配制成的高效助排剂、3g的由3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氯化钾按25∶15的重量比混合制成的防膨稳定剂、1g的十二烷基二甲基苄基氯化铵(压裂杀菌剂)、1g的聚醚类破乳剂AF1031、0.3g的由乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)、聚天冬氨酸(PASP)和氨基三甲叉膦酸(ATP)按9∶8∶10的重量比复配制成的多功能阻垢剂，再继续高速搅拌20min，混匀均匀后静置溶胀2h；取上述配制的基液100g，在搅拌状态下加入0.3g的低用量瓜胶多核交联剂(具体为公告号为CN103881694B的说明书文本内实施例2中记载的物质)，再加入0.07g的选择性高分子断裂催化剂(具体为公告号为CN103480419B的说明书文本内实施例5中记载的物质)，继续搅拌形成冻胶。在60℃水浴中保持恒温，2h后冻胶完全水化。用ZNN-D6型粘度计测得破胶液表观粘度为2.6mPa·s，用XZD-5旋转滴超低界面张力测得破胶液表面张力为23.3mN/m。
实施例4
在容量为1000mL烧杯中加入985mL水，称取3.25g羟丙基瓜尔胶，在搅拌状态下将其缓慢加入水中，高速搅拌10min，然后依次加入4g的由十二烷基二甲基氧化胺和烷基酚聚氧乙烯按13∶7的重量比复配制成的高效助排剂、4g的由3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氯化钾按28∶12的重量比混合制成的防膨稳定剂、1.5g的十二烷基二甲基苄基氯化铵(压裂杀菌剂)、1.5g的聚醚类破乳剂AF3125、0.4g的由乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)、聚天冬氨酸(PASP)和氨基三甲叉膦酸(ATP)按8∶6∶7的重量比复配制成的多功能阻垢剂，再继续高速搅拌20min，混匀均匀后静置溶胀2h；取上述配制的基液100g，在搅拌状态下加入0.4g的瓜胶多核交联剂(具体为公告号为CN103881694B的说明书文本内实施例2中记载的物质)，再加入0.07g的选择性高分子断裂催化剂(具体为公告号为CN103480419B的说明书文本内实施例10中记载的物质)，继续搅拌形成冻胶。在75℃水浴中保持恒温，2h后冻胶完全水化。用ZNN-D6型粘度计测得破胶液表观粘度为2.6mPa·s，用XZD-5旋转滴超低界面张力测得破胶液表面张力为21.8mN/m。
实施例5
在容量为1000mL烧杯中加入983mL水，称取3.5g羟丙基瓜尔胶，在搅拌状态下将其缓慢加入水中，高速搅拌10min，然后依次加入5g的由十二烷基二甲基氧化胺和烷基酚聚氧乙烯按10∶9的重量比复配制成的高效助排剂、5g的由3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氯化钾按21∶12的重量比混合制成的防膨稳定剂、1.5g的十二烷基二甲基苄基氯化铵(压裂杀菌剂)、1.5g的聚醚类破乳剂TA1031、0.5g的由乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)、聚天冬氨酸(PASP)和氨基三甲叉膦酸(ATP)按7∶6∶8的重量比复配制成的多功能阻垢剂，再继续高速搅拌20min，混匀均匀后静置溶胀2h；取上述配制的基液100g，在搅拌状态下加入0.5g的瓜胶多核交联剂具体为公告号为CN103881694B的说明书文本内实施例2中记载的物质)，再加入0.08g的选择性高分子断裂催化剂(具体为公告号为CN103480419B的说明书文本内实施例15中记载的物质)，继续搅拌形成冻胶。在90℃水浴中保持恒温，2h后冻胶完全水化。用ZNN-D6型粘度计测得破胶液表观粘度为2.7mPa·s，用XZD-5旋转滴超低界面张力测得破胶液表面张力为22.6mN/m。
依据《水基压裂液性能评价方法》(SY-T 5107-2005)测试上述各实施例对岩心基质渗透率伤害和残渣含量，数据如表1所示。由表1可以看出，本发明的压裂液体系残渣小于100mg/L，对岩心的伤害率小于10％，是一种微残渣、弱伤害的瓜胶清洁压裂液体系。
表1实施例破胶液伤害率和残渣含量
编号 伤害率(％) 残渣含量(mg/L)
实施例1 7.96 70.6
实施例2 8.48 78.3
实施例3 8.73 86.2
实施例4 9.01 91.3
实施例5 9.53 95.4

Claims (1)

1.一种瓜胶清洁压裂液，其特征在于：由基液、交联剂和破胶剂按1∶0.001～0.005∶0.0006～0.0008的重量比组成，所述基液由以下质量百分数的组分组成：羟丙基瓜尔胶0.17～0.35％、助排剂0.1～0.5％、防膨稳定剂0.1～0.5％、压裂杀菌剂0.05～0.15％、压裂破乳剂0.05～0.15％、阻垢剂0～0.05％，其余为水；
所述助排剂由十二烷基二甲基氧化胺和烷基酚聚氧乙烯醚按10～15∶5～10的重量比复配搅拌混合制成；
所述防膨稳定剂为由3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氯化钾按20～30∶10～15的重量比搅拌混合制成；
所述压裂杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵；
所述压裂破乳剂是聚醚类破乳剂，具体为AF6231、AF3125或TA1031；
所述阻垢剂由乙二胺四亚甲基膦酸钠、聚天冬氨酸和氨基三甲叉膦酸按5～9∶4～8∶6～10的重量比复配搅拌混合。
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