CN113025301B - 压裂液及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压裂液及其制备方法与应用。该压裂液包括：羧甲基羟丙基胍胶，交联剂，助排剂，粘土稳定剂，杀菌剂，消泡剂，pH值调节剂，温度稳定剂，余量为水，其中，所述交联剂为纳米棒状交联剂，其是通过将硼酸酯和钛酸酯接枝到纳米棒状氧化铝上制备得到的，所述助排剂包括微乳液助排剂。本发明还提供了上述压裂液的制备方法。本发明还提供了上述压裂液在井温不高于140℃的致密砂岩储层压裂中的应用。本发明提供的压裂液在保证现场施工需要的同时大幅度减少了胍胶的用量，降低了投资成本和对储层的伤害，此外，该压裂液的耐温性更强，制备工艺简单，原料低廉且来源广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种压裂液，尤其涉及一种压裂液及其制备方法与应用。
背景技术
随着各个油田进入开发后期，低渗、致密等低品位油藏逐渐成为油田公司产量接替的主体，这些低品位油藏主要依靠压裂措施才能获得有效开发，但此类储层孔渗物性极差，对压裂液的要求极高，压裂液性能好坏直接决定目标井的改造效果。就目前而言，胍胶压裂液在较长时间内仍将占据着市场上的主导地位，但高浓度的胍胶使用量不仅易对储层造成伤害，而且导致压裂液单位成本居高不下。因此，压裂液胍胶低浓度化已经成为压裂行业发展的必然趋势。
在施工过程中，胍胶压裂液中的胍胶高分子链能否在交联剂的作用下形成稳定的具有网络结构的冻胶，决定着压裂液的悬砂、造缝性能以及整个压裂措施的成败。交联剂的交联能力强，将有利于压裂液冻胶获得更高的强度、粘弹性和悬砂性，同时也可以降低胍胶的浓度，有利于压裂成本的缩减。
因此，为了在保证施工现场需要的同时降低胍胶压裂液中胍胶的浓度，应开发出一种更高效、胍胶用量更少的压裂液。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种压裂液及其制备方法与应用。该压裂液通过添加纳米棒状交联剂大幅度降低了胍胶的用量，同时也使压裂液的耐温性得到提升。
为了达到上述目的，本发明提供了一种压裂液，以压裂液的总质量为100％计，该压裂液包括：羧甲基羟丙基胍胶1-2‰，交联剂1.2-2‰，助排剂2-3‰，粘土稳定剂5-10‰，杀菌剂0.25-0.5‰，消泡剂0.25-0.5‰，pH值调节剂0.6-0.9‰，温度稳定剂0.4-0.7‰，余量为水，
其中，所述交联剂为纳米棒状交联剂，所述纳米棒状交联剂是通过将硼酸酯和钛酸酯接枝到纳米棒状氧化铝上制备得到的。
在上述压裂液中，所述纳米棒状交联剂能够有效降低压裂液中的胍胶用量。基于交联反应的尺度效应机理，与球形的颗粒状纳米交联剂相比，棒状纳米交联剂分子和胍胶分子在水溶液中的水化体积更加接近，这使得在交联时能够产生更多的分子间交联反应，提高了交联效率，同时降低胍胶的使用浓度。
在上述压裂液中，优选地，所述纳米棒状交联剂的制备方法包括：
步骤1，将纳米棒状氧化铝加入分散剂中，得到均匀分散的体系；
步骤2，向步骤1的体系中加入硅烷偶联剂进行反应，然后过滤、洗涤，得到中间产物；
步骤3，将步骤2的中间产物加入硼酸酯与钛酸酯的混合物中进行反应，然后过滤、干燥，得到所述纳米棒状交联剂，
其中，以原料的总质量为100％计，各原料物的质量占比分别为：纳米棒状氧化铝10-25％，分散剂60-75％，硅烷偶联剂2-4％，硼酸酯5-8％，钛酸酯5-8％。
在上述压裂液中，优选地，所述纳米棒状氧化铝的长度为50-100nm、直径为20-40nm。
在上述压裂液中，优选地，所述分散剂包括乙二醇、丙酮、环己烷、乙二胺四乙酸中的一种或两种以上的组合。
在上述压裂液中，优选地，所述硅烷偶联剂包括γ-丙氨基三乙氧基硅烷(KH550)，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的一种。
在上述压裂液中，优选地，所述硼酸酯包括硼酸三丁酯、硼酸三辛酯中的一种。
在上述压裂液中，优选地，所述钛酸酯包括_钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种。
在上述压裂液中，优选地，步骤2中，所述反应的温度为80-120℃，所述反应的时间为4-8h。在具体实施方案中，所述反应可以边搅拌边进行，保证反应物均匀接触、反应更充分。
在上述压裂液中，优选地，步骤3中，所述反应的温度为80-120℃，所述反应的时间为4-8h。在具体实施方案中，所述反应可以边搅拌边进行，保证反应物均匀接触、反应更充分。
在上述压裂液中，优选地，步骤3中，所述干燥的温度为80-120℃，所述干燥的时间为3-5h。
在上述压裂液中，优选地，所述助排剂包括微乳液助排剂。更优选地，以微乳液助排剂的总质量为100％计，所述微乳液助排剂是通过将8-13％异丙醇、3-8％琥珀酸二辛酯磺酸钠、28-35％椰油酰胺丙基甜菜碱和20-30％烷基酚聚氧乙烯醚和余量的水混合制备得到的。
在上述压裂液中，所述微乳液助排剂可以解决致密砂岩储层中液体滞留的问题。由于油相和表面活性剂在岩石表面的竞相吸附，微乳液助排剂可以增大液体与岩石接触角，使液体保持较低的表面张力值，降低液体返排的毛细管力，增大液体的返排效率。
在上述压裂液中，优选地，所述粘土稳定剂包括氯化钾、氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的组合。
在上述压裂液中，优选地，所述杀菌剂包括甲醛和/或丙烯醛。
在上述压裂液中，优选地，所述消泡剂包括聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚中的一种或两种以上的组合。
在上述压裂液中，优选地，所述pH值调节剂为碳酸氢钠和氢氧化钠的混合物，所述碳酸氢钠和氢氧化钠的质量比为(3-6):1。
在上述压裂液中，优选地，所述温度稳定剂包括硫代硫酸钠。
本发明还提供了一种上述压裂液的制备方法，其包括：
步骤一，将杀菌剂、消泡剂、助排剂溶于水，得到溶液A；将羧甲基羟丙基胍胶、粘土稳定剂溶于水，得到溶液B；
步骤二，将步骤一的溶液A加入溶液B中，搅拌后得到混合溶液C；
步骤三，向步骤二的混合溶液C中加入pH值调节剂和温度稳定剂，搅拌，再加入交联剂的水溶液，继续搅拌，得到所述压裂液。
在上述制备方法中，优选地，步骤二中，溶液A加入溶液B的速度为2-5ml/s。
在上述制备方法中，优选地，步骤三中，加入所述交联剂溶液的速度为2-5ml/s。
本发明还提供了上述压裂液在井温不高于140℃的致密砂岩储层压裂中的应用。在将上述压裂液应用于致密砂岩储层的压裂作业时，可以按照常规方式进行操作。
本发明提供的有益效果包括：
1、本发明提供的压裂液应用于储层压裂时，在保证现场施工的需要的同时，能够大幅度减少胍胶的用量，降低投资成本、减轻对储层的伤害。
2、本发明提供的压裂液的耐温性更强，可应用于井温不高于140℃的储层中。
3、本发明提供的压裂液不易腐败，制备工艺简单，原料来源广泛，价格低廉，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的压裂液在140℃、170s-1下的耐温抗剪切特性曲线。
图2为实施例2制备的压裂液在140℃、170s-1下的耐温抗剪切特性曲线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明/实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种压裂液的制备方法，其具体包括以下步骤：
1、以交联剂的总质量为100％计，称量18％纳米棒状氧化铝(长度50-100nm，直径20-40nm)，70％环己烷，2％γ-丙氨基三乙氧基硅烷(KH550)，5％硼酸三丁酯，5％钛酸四丁酯；
将称量后的纳米棒状氧化铝加入环己烷中，常温下超声震荡20min，再加入γ-丙氨基三乙氧基硅烷(KH550)，在100℃搅拌反应5h，过滤、洗涤，得到中间产物；
将中间产物加入硼酸酯与钛酸酯的混合物中，在100℃搅拌反应7h，过滤，然后在100℃干燥5h，得到交联剂。
2、以微乳液助排剂的总质量为100％计，将10％异丙醇，6％琥珀酸二辛酯磺酸钠，32％椰油酰胺丙基甜菜碱和24％烷基酚聚氧乙烯醚和余量的水充分混合，得到微乳液助排剂。
3、以压裂液的总质量为100％计，称量羧甲基羟丙基胍胶1.6‰，步骤1制备的交联剂1.3‰步骤2制备的微乳液助排剂2.5‰，氯化钾9‰，甲醛0.3‰，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚0.3‰，碳酸氢钠0.6‰，氢氧化钠0.15‰，硫代硫酸钠0.5‰，余量为水。
4、将称量好的甲醛、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、微乳液助排剂和35％的水(以步骤3中称量的水的总质量为100％计)混合搅拌均匀后，再将其缓慢加入到包含羧甲基羟丙基胍胶、氯化钾和50％水(以步骤3中称量的水的总质量为100％计)的混合溶液中，搅拌均匀，得到混合体系；
5、向步骤4的混合体系中加入称量好的碳酸氢钠和氢氧化钠的混合物，再加入硫代硫酸钠，搅拌均匀后，缓慢加入交联剂和15％水(以步骤3中称量的水的总质量为100％计)的混合溶液，继续搅拌，得到压裂液。
对本实施例制备得到的压裂液的耐温抗剪切性质进行测试。图1为该胍胶压裂液在140℃、170s-1下的耐温抗剪切特性曲线。从图1中可以看出，本实施例制备的压裂液在140℃时的粘度仍然保持在95mPa.S以上，符合标准SY/T 6376-2008对水基压裂液冻胶的粘度≥50mPa.s的要求，说明该胍胶压裂液耐剪切性能良好，完全符合压裂施工现场的要求。
实施例2
本实施例提供了一种压裂液的制备方法，其具体包括以下步骤：
1、以交联剂的总质量为100％计，称量16％纳米棒状氧化铝(长度50-100nm，直径20-40nm)，68％乙二醇，2.5％γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)，7.5％硼酸三辛酯，6％钛酸四异丙酯；
将称量后的纳米棒状氧化铝加入乙二醇中，常温下超声震荡30min，再加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)，在120℃搅拌反应4h，过滤、洗涤，得到中间产物；
将中间产物加入硼酸酯与钛酸酯的混合物中，在90℃搅拌反应8h，过滤，然后在120℃干燥3h，得到交联剂。
2、以微乳液助排剂的总质量为100％计，将12％异丙醇，4％琥珀酸二辛酯磺酸钠，30％椰油酰胺丙基甜菜碱和27％烷基酚聚氧乙烯醚和余量的水充分混合，得到微乳液助排剂。
3、以压裂液的总质量为100％计，称量羧甲基羟丙基胍胶1.7‰，步骤1制备的交联剂1.5‰步骤2制备的微乳液助排剂2.2‰，氯化铵7‰，丙烯醛0.35‰，聚氧乙烯聚氧丙烯醇胺醚0.35‰，碳酸氢钠0.6‰，氢氧化钠0.2‰，硫代硫酸钠0.6‰，余量为水。
4、将称量好的丙烯醛、聚氧乙烯聚氧丙烯醇胺醚、微乳液助排剂和40％的水(以步骤3中称量的水的总质量为100％计)混合搅拌均匀后，再将其缓慢加入到羧甲基羟丙基胍胶、氯化铵和40％水(以步骤3中称量的水的总质量为100％计)的混合溶液中，搅拌均匀，得到混合体系；
5、向步骤4的混合体系中加入称量好的碳酸氢钠和氢氧化钠的混合物，再加入硫代硫酸钠，搅拌均匀后，缓慢加入交联剂和20％水(以步骤3中称量的水的总质量为100％计)的混合溶液，继续搅拌，得到压裂液。
对本实施例制备得到的压裂液的耐温抗剪切性质进行测试。图2为该压裂液在140℃、170s-1下的耐温抗剪切特性曲线。从图2中可以看出，本实施例制备的压裂液在140℃时的粘度仍然保持在90mPa.S以上，符合标准SY/T 6376-2008对水基压裂液冻胶的粘度≥50mPa.s的要求，说明该压裂液耐剪切性能良好，完全符合压裂施工现场的要求。
Claims (12)
1.一种压裂液，其中，以压裂液总质量为100％计，该压裂液包括：羧甲基羟丙基胍胶1-1.7‰，交联剂1.2-2‰，助排剂2-3‰，粘土稳定剂5-10‰，杀菌剂0.25-0.5‰，消泡剂0.25-0.5‰，pH值调节剂0.6-0.9‰，温度稳定剂0.4-0.7‰，余量为水；
其中，所述交联剂为纳米棒状交联剂，所述纳米棒状交联剂是通过将硼酸酯和钛酸酯接枝到纳米棒状氧化铝上制备得到的；
所述纳米棒状交联剂的制备方法包括：
步骤1，将纳米棒状氧化铝加入分散剂中，得到均匀分散的体系；
步骤2，向步骤1的体系中加入硅烷偶联剂进行反应，然后过滤、洗涤，得到中间产物；
步骤3，将步骤2的中间产物加入硼酸酯与钛酸酯的混合物中进行反应，然后过滤、干燥，得到所述纳米棒状交联剂；
其中，以原料的总质量为100％计，各原料的质量占比分别为：纳米棒状氧化铝10-25％，分散剂60-75％，硅烷偶联剂2-4％，硼酸酯5-8％，钛酸酯5-8％；
所述纳米棒状氧化铝的长度为50-100nm、直径为20-40nm；
所述硼酸酯包括硼酸三丁酯、硼酸三辛酯中的一种；
所述钛酸酯包括钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种。
2.根据权利要求1所述的压裂液，其中，在所述纳米棒状交联剂的制备方法中，所述分散剂包括乙二醇、丙酮、环己烷、乙二胺四乙酸中的一种或两种以上的组合；
所述硅烷偶联剂包括γ-丙氨基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的压裂液，其中，在所述纳米棒状交联剂的制备方法中，步骤2中，所述反应的温度为80-120℃，所述反应的时间为4-8h；
步骤3中，所述反应的温度为80-120℃，反应的时间为4-8h。
4.根据权利要求1所述的压裂液，其中，所述助排剂包括微乳液助排剂。
5.根据权利要求4所述的压裂液，其中，以微乳液助排剂总质量为100％计，所述微乳液助排剂是通过将8-13％异丙醇、3-8％琥珀酸二辛酯磺酸钠、28-35％椰油酰胺丙基甜菜碱和20-30％烷基酚聚氧乙烯醚和余量的水混合制备得到的。
6.根据权利要求1所述的压裂液，其中，所述粘土稳定剂包括氯化钾、氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的压裂液，其中，所述杀菌剂包括甲醛和/或丙烯醛。
8.根据权利要求1所述的压裂液，其中，所述消泡剂包括聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚中的一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求1所述的压裂液，其中，所述pH值调节剂包括碳酸氢钠和氢氧化钠的混合物，所述碳酸氢钠和氢氧化钠的质量比为(3-6):1。
10.根据权利要求1所述的压裂液，其中，所述温度稳定剂包括硫代硫酸钠。
11.权利要求1-10任一项所述的压裂液的制备方法，其包括：
步骤一，将杀菌剂、消泡剂、助排剂溶于水，得到溶液A；将羧甲基羟丙基胍胶、粘土稳定剂溶于水，得到溶液B；
步骤二，将溶液A加入溶液B中，搅拌后得到混合溶液C；
步骤三，向混合溶液C中加入pH值调节剂和温度稳定剂，搅拌，再加入交联剂的水溶液，继续搅拌，得到所述压裂液。
12.权利要求1-10任一项所述的压裂液在井温不高于140℃的致密砂岩储层压裂中的应用。
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