使水基压裂液中的支撑剂在输送过程中不沉降的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及油气井地层裂缝压裂液，具体说，是一种使水基压裂液中的支撑剂在输送过程中不沉降的方法。
【背景技术】
[0002]水力压裂需要使用特殊的液体，其目的是要在输送支撑剂的同时，制造合适的裂缝尺寸，压裂液的关键是将支撑剂由井筒经孔眼携带到裂缝前沿指定位置，因此压裂液携带支撑剂能力是其基本要求。影响压裂液的支撑剂输送能力是非常复杂的，粘度、流速、支撑剂浓度和密度等，都影响支撑剂的沉降速度。大多数压裂液是非牛顿流体，液体的粘度随剪切速率的增加而降低，而一般聚合物压裂液体系，由于聚合物的特性，粘度会随着温度升高、剪切时间延长而降低，这使得支撑剂在裂缝中的输送变得非常困难，支撑剂沉降堆积，影响了它在裂缝中的铺置，降低了油气产量。
[0003]为使支撑剂在裂缝中均匀铺置，不少人做了很多尝试，主要研究方向是从支撑剂密度着手，如超低密度压裂液；自悬浮支撑剂，支撑剂传输改性剂等。但都没有彻底解决支撑剂沉降问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，是提供一种使水基压裂液中的支撑剂在输送过程中不沉降的方法，其技术解决方案是:
使水基压裂液中的支撑剂在输送过程中不沉降的方法，所述水基压裂液用于地层温度大于40 0C的油气井裂缝压裂及支撑，该水基压裂液含有:
做为基质的水；
做为稠化剂的聚丙烯酰胺类聚合物；
做为裂缝支撑介质的支撑剂；
所述聚丙烯酰胺类聚合物在在水溶液中的浓度超过临界缔和浓度，发生分子间的缔和效应，形成空间网络结构，成为携带支撑剂的直接载体，本方法的特征在于，通过增强空间网络结构的强度，使空间网络结构在输送支撑剂的过程中不会被破坏，支撑剂在液体中不沉降，始终保持悬浮状态；
所述增强空间网络结构的强度的技术措施是，用交联剂与聚丙烯酰胺类聚合物交联，所述交联剂包括交联剂A和交联剂B，其中，交联剂A是一种有机锆交联剂，交联剂B是常规交联剂;所述交联剂B与聚丙烯酰胺类聚合物物理交联，交联剂B中的表面活性剂疏水基团与聚合物的疏水基团发生疏水效应，增强了体系的空间网络结构强度;所述交联剂A与聚丙烯酰胺类聚合物化学交联，有机锆在溶液中发生水合、水解和羟桥作用形成多核羟桥络离子，与聚合物的酰胺基团发生交联反应，进一步增强空间网络结构的强度。
[0005]所述聚丙烯酰胺类聚合物选用分子量500-800?的阴离子型聚丙烯酰胺类聚合物。
[0006]所述有机锆交联剂用如下质量份的组分制成: 去呙子水:36-72份；
三氯化锆:3-28份；
乙二醇:12-30份；
乳酉爱:5-15份；
氯化钠:0.1-0.5份；
氯化铵:0.01-0.03份；
该有机锆交联剂按如下步骤制备:
I)将去离子水升温到50-900C，依次加入三氯化锆、氯化钠、氯化铵，以20-40转/min的速度搅拌，得到透明液体A;
2 )在透明液体A中加入乙二醇，以20-40转/min的速度搅拌，得到透明液体B;
3)在透明液体B再加入乳酸，进行反应，并滴入碱液将pH值调节到4-8;
4)恒温反应45min-480min，得到无色透明的有机错交联剂。
[0007]所述常规交联剂是烷醇酰胺、十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种。
[0008]所述支撑剂是石英砂、陶粒、长青石、玻璃球、金属球中的一种。
[0009]本发明的有益效果:
本发明打破本领域技术人员常规思维的禁锢，独辟蹊径，创造性地提出了通过增强聚合物空间网络结构强度，避免其被破坏，从而达到支撑剂在输送过程中不沉降的目的这一理念，并找到了实现目的的具体技术手段，运用这些技术手段，使得支撑剂在裂缝中的输送变得容易，铺置更加均匀，尤其适合地层温度40_150°C、中低渗透油气藏的油气井，最显著的特点在模拟地层温度及动态剪切条件下，聚合物空间网络结构不会被破坏，支撑剂沉降速度几近于零，在输送过程中始终保持悬浮状态，从而可以大幅度减少支撑剂和液体用量，改善支撑剂铺置剖面，提高有效缝长，大幅度增加油气产量。
【附图说明】
[0010]图1是聚丙烯酰胺类聚合物缔和后形成的空间网络结构显微图图2是物理交联后空间网络结构显微图
图3是物理交联+化学交联后空间网络结构显微图图4是有机锆交联剂实施例1的效果图图5是有机锆交联剂实施例2的效果图图6是有机锆交联剂实施例3的效果图图7是用本方法制备的压裂液在90 °C下24h的悬浮状态图。
【具体实施方式】
[0011]以高分子聚合物为稠化剂的水基压裂液，通常用聚丙烯酰胺类聚合物，在本发明中选用分子量500-800W的阴离子型聚丙烯酰胺类聚合物，当其在水溶液中的浓度超过临界缔和浓度时，发生分子间的缔和效应，形成图1所示的空间网络结构，成为携带支撑剂的直接载体，空间网络结构的强度将决定压裂液的携砂能力，本发明的关键，就是要找到一种能够提高聚合物空间网络结构强度的方法，使其在输送支撑剂的过程中不会被破坏，支撑剂就不会沉降，在液体中始终保持悬浮状态。为此，本发明采用如下技术措施: 用常规交联剂(即交联剂B)例如烷醇酰胺、十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚与聚合物物理交联，其机理是，交联剂中的表面活性剂疏水基团与聚合物的疏水基团发生疏水效应，从而增强体系的空间网络结构强度，交联后空间网络结构见图2，与图1相比可以看出，图1的空间网络稀疏、纤细，强度低；图2的空间网络密实、粗壮，强度高。
[0012]再用一种特殊的有机锆交联剂(即交联剂A)与聚合物化学交联，其机理是，有机锆在溶液中发生水合、水解和羟桥作用形成多核羟桥络离子，与聚合物的酰胺基团发生交联反应，从而进一步增强体系的空间网络结构强度，交联后空间网络结构见图3，与图2相比可以看出，图3的空间网络更加密实、粗壮，强度更高。
[0013]所谓特殊的有机锆交联剂是指该交联剂在压裂液温度升高的过程中，具有多次交联功能，每交联一次，空间网络的强度就提高一次，经多次交联的空间网络具有足够的抗剪切能力，在输送支撑剂的过程中就不会被破坏，支撑剂就不会沉降，在液体中始终保持悬浮状态。参见图7，用本方法制备的压裂液在90°C下24h仍然保持全悬浮状态。因此，本发明的另一关键是要找到一种具有多次交联功能的有机锆交联剂。值得庆幸的是，发明人经长期研究、反复试验，终于找到了。
[0014]该有机锆交联剂以质量份计，包括以下组分:
去呙子水:36-72份；
三氯化锆:3-28份；
乙二醇:12-30份；
乳酉爱:5-15份；
氯化钠:0.1-0.5份；
氯化铵:0.01-0.03份。
[0015]该有机锆交联剂的制备方法，包括如下步骤:
I)将去离子水升温到50-900C，依次加入三氯化锆、氯化钠、氯化铵，以20-40转/min的速度搅拌，得到透明液体A;
2)在透明液体A中加入乙