一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液。该速溶改性纤维素交联清洁压裂液由以下成分组成：FAG-500型改性纤维素0.2-0.6重量份、FAZ-1型增粘引发剂0.1-0.5重量份、DL-16型助排剂0.3-0.7重量份、FAJ-305型交联调节剂0.5-1.2重量份、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂0.2-0.7重量份、NBA-102型胶囊破胶剂0.002-0.07重量份、水100重量份。本发明还提供了上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液的制备方法。本发明所提供的速溶改性纤维素压裂液的性能优于常规压裂液体系，具有速溶、耐温、耐剪切、易破胶、无残渣、环境友好的优点，可用于低渗透油气田，尤其是易伤害储层的压裂开采中。
【专利说明】一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种油气藏压裂增产用的速溶改性纤维素交联清洁压裂液及其制备方法，属于石油开采【技术领域】。
【背景技术】
[0002]压裂技术作为低渗油气藏的主要增产、增注方法发展迅速。压裂液是压裂技术的重要组成部分，国内外常用的为水基压裂液，占80%以上。水基压裂液以水为介质，添加压裂液稠化剂、杀菌剂、粘土稳定剂、PH值调节剂、破乳剂、助排剂、交联剂、破胶剂、温度稳定剂等添加剂，压裂液稠化剂是主剂，多为植物胶(如瓜尔胶、香豆胶、田菁胶及其衍生物)、合成聚合物(如聚丙烯酰胺类)等高分子物质。植物胶具有良好的水溶性和增粘能力，必须添加杀菌剂，以碱性介质为主，可与交联剂发生交联作用形成三维网络结构；但这类稠化剂具有10-20%的水不溶物，即使通过化学改性后，也仍然存在2-8%不溶物，与之形成的压裂液经过破胶后存在100 - 500mg/l的残渣，滞留地层，堵塞孔道，导致储层损害。CN102676146A公开了一种压裂液，其组分重量百分比为=0.25-0.6%超级胍胶，0.5-2%氯化钾，0.5-1.0%有机粘土稳定剂；0.05-0.P/oJA-l杀菌防腐剂，0.2-0.5%非离子型助排剂，0.1-0.2%交联调节剂，0.0001-0.15%过硫酸铵，0.2-0.6%有机硼锆复合交联剂，其余为水。显然，该申请所公开的压裂液是目前国内外常用的典型瓜尔胶压裂液配方体系，碱性溶液介质，需要杀菌防腐，有机硼锆复合交联，存在较高含量的稠化剂水不溶物和压裂液破胶残渣。
[0003]合成聚合物压裂液以多元单体共聚高分子为稠化剂，配之以粘土稳定剂、pH值调节剂、破乳剂、助排剂、交联剂、破胶剂、温度稳定剂等添加剂，具有无水不溶物和低残渣的特点，但由于聚合物分子量达到1000-2000万，大分子的滞留和残胶不可自动降解是其不足，滞留会引起明显的地层和支撑裂缝的伤害、地层渗透率下降等，严重影响油气产量。CN102634329A公开了一种压裂液，其组分重量百`分比为:XT_3低分子聚合物稠化剂，0.25-0.6% ;交联剂，0.2-0.6% ;氯化钾，0.5_2% ;交联调节剂，0.02-0.08% ;助排剂:
0.2-0.5% ;过硫酸铵，0.0001-0.15% ;其余为水。该压裂液采用了铝盐和锆盐双离子交联合成聚合物，并添加氯化钾作为粘土稳定剂，未介绍聚合物分子量和粘土稳定性能对比。
[0004]低分子的粘弹性表面活性剂压裂液(VES)是水基压裂液的重要补充，具有清洁无残渣的特点，是典型的低损害压裂液，但由于不可交联，耐温能力较差、滤失量大和成本高等不足限制了其规模应用。滑溜水压裂液是随着非常规油气开发而发展低成本、低粘度水基压裂液，由减阻剂、杀菌剂、助排剂和破胶剂等组成，具有低摩阻、低残渣和低损害的特点，但也存在不交联、低粘度和携砂能力差等不足。因此，开发一种无残渣、清洁、可交联的压裂液是低渗透油气藏高效开发的迫切需求。
[0005]纤维素是自然界广泛存在的天然资源，通过化学改性并配套其它添加剂，可以形成另一类低损害压裂液新体系。CN103160269A提供了一种水基胍胶压裂液，属于油田压裂【技术领域】。所述水基胍胶压裂液包括如下组分:胍胶衍生物、交联剂、破胶剂、增稠剂、PH值调节剂和水。在这个发明中的关键增稠剂是使用了 0.5-2.0wt%的改性纤维素(HEC、CMC、HPC)，用不交联的高浓度的改性纤维素替代瓜尔胶稠化剂，降低改性瓜尔胶的使用浓度，达到降低水基胍胶压裂液破胶后残渣含量和成本的目的。显而易见，该压裂液体系是通过使用浓度高达2wt%的非交联特性的改性纤维素，达到降低瓜尔胶使用浓度，以碱性溶液介质(pH为9-10)，以无机硼(硼砂)为交联剂(交联的是瓜尔胶，而非改性纤维素)，达到辅助增粘携砂和降低残渣的目的，改性纤维素仅起增加表观粘作用。同时该专利的实验数据表明，压裂液最低残渣量为0.2%，即2000mg/L，并非低残渣压裂液。
[0006]植物胶压裂液的配制方法因稠化剂特性和压裂施工要求不同而有差异，特别是在非常规油气大型压裂过程中，速溶、配制简便是油气田压裂的生产需求，更是其发展方向。CN102634329A和CN102676146A中介绍了合成聚合物和瓜尔胶压裂液配制方法，均是在大排量循环的动力条件下，先调节PH值，加盐溶解，依靠稠化剂(粉剂)自身的水合作用，缓慢溶解增粘，实验室需要10-15min的搅拌时间，而矿场每40m3罐更需要40_50min的配液时间。显然，这种矿场常用的配液方法添加材料种类多、需要循环动力大、配液时间长，难以满足非常规油气藏大规模压裂速溶的需要。
【发明内容】
[0007]为解决常规稠化剂存在水不溶物、压裂液存在大量残渣和损害严重，以及配制循环时间长等技术问题，本发明的目的在于提供一种不同于常规植物胶(瓜尔胶)、合成聚合物和粘弹性表面活性剂(VES)的速溶改性纤维素交联清洁压裂液，通过采用具有比普通纤维素更好的亲水性的纤维素来制备压裂液，并配以增粘引发技术和螯合交联技术，使压裂液实现速溶，快速增粘，可延迟交联形成冻胶，具有较高的携砂能力和耐温能力。
[0008]为达到上述目的，本发明提供了一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液，该速溶改性纤维素交联清洁压裂液由以下成分组成:
[0009]FAG-500型改性纤维素0.2-0.6重量份、FAZ-1型增粘引发剂0.1-0.5重量份、DL-16型助排剂0.3-0.7 重量份、FAJ-305型交联调节剂0.5-1.2重量份、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂0.2-0.7重量份、NBA-102型胶囊破胶剂0.002-0.07重量份、水100重量份。
[0010]本发明提供的上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液不需要添加杀菌剂和粘土稳定剂，就具有良好的放置稳定性和抑制粘土水化膨胀能力。
[0011]在上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液中，所采用的改性纤维素为阴离子型改性纤维素，粘均分子量为600000-700000，其是一种醚化加接枝化学改性纤维素，较之普通纤维素具有更好的亲水性和耐温能力，添加在压裂液中可以使压裂液形成冻胶，提高其携砂能力；优选地，上述改性纤维素为北京金麟石油技术有限公司生产的FAG-500型改性纤维素。
[0012]在上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液中，所采用的增粘引发剂是一种可以改善纤维素在水中的亲水性、加速纤维素的水化、增粘的添加剂；优选地，所采用的增粘引发剂为廊坊市万科石油天然气技术工程有限公司生产的FAZ-1型增粘引发剂。
[0013]在上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液中，所采用的助排剂为以阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂为主的配套添加剂；优选地，上述助排剂为廊坊市万科石油天然气技术工程有限公司生产的DL-16型助排剂(助排剂DL-6)。所述DL-16型助排剂的主要成分为聚氧乙烯烷基酚醚硫酸盐阴离子表面活性剂和聚氧乙烯烷基酚醚非离子表面活性剂的混合物，其中，以重量百分比计，聚氧乙烯烷基酚醚硫酸盐阴离子表面活性剂的百分含量为15%-50%，聚氧乙烯烷基酚醚非离子表面活性剂的百分含量为45%-10%，其余为水；优选地，所述聚氧乙烯烷基酚醚硫酸盐阴离子表面活性剂和聚氧乙烯烷基酚醚非离子表面活性剂的质量比为3:2。
[0014]在上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液中，所采用的交联调节剂为有机弱酸组成的添加剂，主要提供该速溶改性纤维素交联清洁压裂液的交联环境、调节交联时间和提高耐温能力；优选地，上述交联调节剂为北京华油科隆开发公司生产的FAJ-305型交联调节剂。所述FAJ-305型交联调节剂的主要成分是乙酸和甲酸的混合物，其中，以重量百分比计，甲酸的百分含量为25%-50%，乙酸的百分含量为45%-20%，其余为水；更优选地，甲酸和乙酸的质量比为1:1-3:1。
[0015]在上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液中，所采用的极性螯合类有机锆交联剂为通过C2-C7多极性长短链螯合剂合成的有机锆交联剂；优选地，上述极性螯合类有机锆交联剂为北京华油科隆开发公司生产的FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂。
[0016]在上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液中，所述破胶剂为胶囊破胶剂、过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种或几种的组合，优选地，上述胶囊破胶剂为北京华油科隆开发公司生产的NBA-102型胶囊破胶剂。
[0017]本发明还提供了上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液的制备方法是“先分散，后增粘，再交联”，其包括以下步骤:
[0018]步骤一:在搅拌条件下，在水中依次加入FAG-500型改性纤维素、FAZ-1型增粘引发剂，然后搅拌3min，得到增粘的纤维素水溶液；
[0019]步骤二:在搅拌条件下，向上述纤维素水溶液中依次加入DL-16型助排剂、FAJ-305型交联调节剂，搅拌混合均匀形成速`溶改性纤维素交联清洁压裂液基液；
[0020]步骤三:在压裂作业的过程中，在搅拌条件下，向上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液中依次加入NBA-102型胶囊破胶剂、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂，得到冻胶状的速溶改性纤维素交联清洁压裂液。
[0021]本发明所提供的速溶改性纤维素交联清洁压裂液的各成分组成事先并不混合在一起，在压裂作业过程中进行混合，首先将改性纤维素、增粘引发剂混合得到纤维素水溶液，然后再加入助排剂、交联调节剂得到基液，然后再根据实际作业需要加入破胶剂、交联剂。该压裂液的制备过程与压裂作业是结合在一起的。
[0022]本发明所提供的速溶改性纤维素交联清洁压裂液是一种在酸性条件下交联的以改性纤维素为稠化剂的新型水基压裂液。纤维素有很强的分子内和分子间氢键作用，使其难以溶解于水和其他有机溶剂。该纤维素交联清洁压裂液中的纤维素通过醚化加接枝化学反应引入取代基来破坏其较强的氢键作用，改善其亲水性，尤其是在水介质中的溶解。该速溶改性纤维素交联清洁压裂液还要使用极性螯合类有机锆交联剂，该有机锆交联剂在水中络合和多次水解、羟桥作用产生带正电荷的多核羟桥络离子，多核羟桥络离子通过与纤维素中的羧基和酰胺基等基团形成极性键和配位健而产生交联，形成交联冻胶，提高速溶改性纤维素交联清洁压裂液的携砂能力。
[0023]本发明所提供的速溶改性纤维素压裂液的性能优于常规压裂液体系，既继承了常规瓜尔胶压裂液的可交联特性，又克服了瓜尔胶含有大量残渣的缺点；既传承了粘弹性表面活性剂压裂液(VES)清洁无残渣的优点，又避免了 VES不可交联的使用浓度高和粘度差的缺陷。经测试，该速溶改性纤维素交联清洁压裂液具有速溶、耐温耐剪切、易破胶、无残渣、环境友好等优点，可用于低渗透油气田，尤其是易伤害储层的压裂开采中。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为不同浓度纤维素交联清洁压裂液基液的速溶曲线；
[0025]图2为实施例3的速溶改性纤维素交联清洁压裂液的90°C耐温耐剪切曲线；
[0026]图3为实施例5的速溶改性纤维素交联清洁压裂液的120°C耐温耐剪切曲线。
【具体实施方式】
[0027]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。
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供了一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液，其是由以下成分组成的:
[0030]FAG-500型改性纤维素、0.2重量份；FAZ_1型增粘引发剂、0.15重量份；DL_16型助排剂、0.3重量份；FAJ-305型交联调节剂、1.0重量份；FAC_201型极性螯合类有机锆交联剂、0.35重量份；NBA-102型胶囊破胶剂、0.007重量份；水、100重量份。
[0031]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液是按照以下步骤制备的:
[0032]步骤一:在搅拌条件下，在水中依次加入FAG-500型改性纤维素、FAZ-1型增粘引发剂，然后搅拌3min，得到纤 维素水溶液；
[0033]步骤二:在搅拌条件下，向上述纤维素水溶液中依次加入DL-16型助排剂、FAJ-305型交联调节剂，搅拌混合均匀形成速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液；
[0034]步骤三:在搅拌条件下，向上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液中依次加入NBA-102型胶囊破胶剂、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂，得到速溶改性纤维素交联清洁压裂液冻胶。
[0035]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液可以应用于70°C井的压裂施工。
[0036]实施例2
[0037]本实施例提供了一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液，其是由以下成分组成的:
[0038]FAG-500型改性纤维素、0.25重量份；FAZ_1型增粘引发剂、0.15重量份；DL_16型助排剂、0.3重量份；FAJ-305型交联调节剂、1.0重量份；FAC_201型极性螯合类有机锆交联剂、0.4重量份；NBA-102型胶囊破胶剂、0.006重量份；水、100重量份。
[0039]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液是按照以下步骤制备的:
[0040]步骤一:在搅拌条件下，在水中依次加入FAG-500型改性纤维素、FAZ-1型增粘引发剂，然后搅拌3min，得到纤维素水溶液；
[0041]步骤二:在搅拌条件下，向上述纤维素水溶液中依次加入DL-16型助排剂、FAJ-305型交联调节剂，搅拌混合均匀形成速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液；
[0042]步骤三:在搅拌条件下，向上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液中依次加入NBA-102型胶囊破胶剂、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂，得到速溶改性纤维素交联清洁压裂液冻胶。
[0043]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液可以应用于80°C井的压裂施工。
[0044]实施例3
[0045]本实施例提供了一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液，其是由以下成分组成的:
[0046]FAG-500型改性纤维素、0.3重量份；FAZ_1型增粘引发剂、0.2重量份；DL_16型助排剂、0.3重量份；FAJ-305型交联调节剂、1.0重量份；FAC_201型极性螯合类有机锆交联剂、0.5重量份；NBA-102型胶囊破胶剂、0.005重量份；水、100重量份。
[0047]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液是按照以下步骤制备的:
[0048]步骤一:在搅拌条件下，在水中依次加入FAG-500型改性纤维素、FAZ-1型增粘引发剂，然后搅拌3min，得到纤维素水溶液；
[0049]步骤二:在搅拌条件下，向上述纤维素水溶液中依次加入DL-16型助排剂、FAJ-305型交联调节剂，搅拌混合均匀形成速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液；
[0050]步骤三:在搅拌条件下，向上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液中依次加入NBA-102型胶囊破胶剂、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂，得到速溶改性纤维素交联清洁压裂液冻胶。
[0051]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液可以应用于90°C井的压裂施工。
[0052]实施例4
[0053]本实施例提供了一种速溶改性纤维素`交联清洁压裂液，其是由以下成分组成的:
[0054]FAG-500型改性纤维素、0.4重量份；FAZ_1型增粘引发剂、0.20重量份；DL_16型助排剂、0.3重量份；FAJ-305型交联调节剂、0.9重量份；FAC_201型极性螯合类有机锆交联剂、0.5重量份；NBA-102型胶囊破胶剂、0.003重量份；水、100重量份。
[0055]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液是按照以下步骤制备的:
[0056]步骤一:在搅拌条件下，在水中依次加入纤维素FAG-500、FAZ-1型增粘引发剂，然后搅拌3min，得到纤维素水溶液；
[0057]步骤二:在搅拌条件下，向上述纤维素水溶液中依次加入DL-16型助排剂、FAJ-305型交联调节剂，搅拌混合均匀形成速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液；
[0058]步骤三:在搅拌条件下，向上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液中依次加入NBA-102型胶囊破胶剂、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂，得到速溶改性纤维素交联清洁压裂液冻胶。
[0059]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液可以应用于100-110°C井的压裂施工。
[0060]实施例5
[0061]本实施例提供了一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液，其是由以下成分组成的:
[0062]FAG-500型改性纤维素、0.6重量份；FAZ_1型增粘引发剂、0.20重量份；DL_16型助排剂、0.7重量份；FAJ-305型交联调节剂、0.9重量份；FAC_201型极性螯合类有机锆交联剂、0.6重量份；NBA-102型胶囊破胶剂、0.003重量份；水、100重量份。
[0063]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液是按照以下步骤制备的:
[0064]步骤一:在搅拌条件下，在水中依次加入纤维素FAG-500、FAZ-1型增粘引发剂，然后搅拌3min，得到纤维素水溶液；
[0065]步骤二:在搅拌条件下，向上述纤维素水溶液中依次加入DL-16型助排剂、FAJ-305型交联调节剂，搅拌混合均匀形成速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液；
[0066]步骤三:在搅拌条件下，向上述速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液中依次加入NBA-102型胶囊破胶剂、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂，得到速溶改性纤维素交联清洁压裂液冻胶。
[0067]该速溶改性纤维素交联清洁压裂液可以应用于120_130°C井的压裂施工。
[0068]试验例I
[0069]本试验用于检测实施例1-5制备得到的速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液在20分钟内的表观粘度变化。测量表观粘度所使用的设备为六速旋转粘度计，试验结果见表I和图1。表1为不同浓度的纤维素配制的速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液在不同溶胀时间后的表观粘度。
[0070]表1
【权利要求】
1.一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液，该速溶改性纤维素交联清洁压裂液由以下成分组成: FAG-500型改性纤维素0.2-0.6重量份、FAZ-1型增粘引发剂0.1-0.5重量份、DL-16型助排剂0.3-0.7重量份、FAJ-305型交联调节剂0.5-1.2重量份、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂0.2-0.7重量份、NBA-102型胶囊破胶剂0.002-0.07重量份、水100重量份。
2.根据权利要求1所述的速溶改性纤维素交联清洁压裂液，其中，所述FAG-500型改性纤维素为阴离子型接枝化学改性纤维素，其粘均分子量为600000-700000。
3.根据权利要求1所述的速溶改性纤维素交联清洁压裂液，其中，所述DL-16型助排剂的主要成分为聚氧乙烯烷基酚醚硫酸盐阴离子表面活性剂和聚氧乙烯烷基酚醚非离子表面活性剂的混合物，其中，以重量百分比计，聚氧乙烯烷基酚醚硫酸盐阴离子表面活性剂的百分含量为15%_50%，聚氧乙烯烷基酚醚非离子表面活性剂的百分含量为45%-10%，其余为水；优选地，所述聚氧乙烯烷基酚醚硫酸盐阴离子表面活性剂和聚氧乙烯烷基酚醚非离子表面活性剂的质量比为3:2。
4.根据权利要求1所述的速溶改性纤维素交联清洁压裂液，其中，所述FAJ-305型交联调节剂的主要成分是乙酸和甲酸的混合物，其中，以重量百分比计，甲酸的百分含量为25%-50%，乙酸的百分含量为45%-20%，其余为水；更优选地，甲酸和乙酸的质量比为1:1-3:1。
5.根据权利要求1所述的速溶改性纤维素交联清洁压裂液，其中，所述FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂为通过C2-C7多极性长短链螯合剂合成的有机锆交联剂。
6.权利要求1-5任一项所述的速溶改性纤维素交联清洁压裂液的制备方法，其包括以下步骤: 步骤一:在搅拌条件下，在水中依次加入`FAG-500型改性纤维素、FAZ-1型增粘引发剂，然后搅拌3min，得到增粘的纤维素水溶液； 步骤二:在搅拌条件下，向所述纤维素水溶液中依次加入DL-16型助排剂、FAJ-305型交联调节剂，搅拌混合均匀形成速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液； 步骤三:在压裂作业的过程中，在搅拌条件下，向所述速溶改性纤维素交联清洁压裂液基液中依次加入NBA-102型胶囊破胶剂、FAC-201型极性螯合类有机锆交联剂，得到冻胶状的速溶改性纤维素交联清洁压裂液。
【文档编号】C09K8/68GK103881687SQ201410088243
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】舒玉华, 卢拥军, 管宝山, 刘玉婷, 程兴生, 邱晓惠, 明华, 翟文 申请人:中国石油天然气股份有限公司