一种低浓度瓜尔胶海水基压裂液及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种低浓度瓜尔胶海水基压裂液及其制备方法与应用。该海水基压裂液包括基液、pH调节交联剂和破胶剂，以重量计，基液的用量：pH调节交联剂的用量：破胶剂的用量＝100：(0.25-1.2)：(0.03-0.05)；其中，以重量份计，所述基液包括如下组分：海水96.2-98.35重量份，稠化剂0.15-0.3重量份，防膨助溶剂0.5-1重量份，助排剂1-2重量份，防乳抗渣剂0-0.5重量份。本发明使用浓度更低的常规瓜尔胶作为稠化剂、不用螯合剂与阻垢剂、可连续混配，能够降低压裂液的成本、减轻压裂液伤害、具有良好的耐温、耐剪切性能，满足海洋生产平台大规模压裂施工作业的需求。
【专利说明】一种低浓度瓜尔胶海水基压裂液及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可连续混配的低浓度瓜尔胶海水基压裂液及其配制方法与应用， 属于石油开用采助剂【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在石油和天然气勘探开发的过程中，水力压裂技术是低渗、特低渗油气田有效开 发的必不可少的技术手段，而且近年来，随着国内海上油气田低渗储层勘探开发的比例逐 渐增大，水力压裂增产改造措施也已成为海上低渗油气田有效开发重要技术手段。在水力 压裂施工作业中，压裂液是重要的组成部分。现有的压裂液多是用淡水配制而成，海上压裂 作业也多为淡水压裂液体系，这就需要从陆地通过拖轮运送淡水，成本高、效率低，且海上 作业施工平台空间有限，存放配液用水的场地不足，从而导致了施工规模的制约。而海上作 业现场海水资源丰富，如果利用海水直接配制压裂液，其配置工序会变得简单、其成本也会 降低，因而开发一套可实现连续混配的海水基压裂液体系能够加快施工进度，具有明显的 技术与经济优势：1)海水的高矿化度可以抑制储层中的粘土膨胀；2)海水供应充足，海水 压裂液尤其适用于海洋油气井大规模压裂改造；3)节省淡水资源及运输成本；4)海上生产 平台作业可实现连续混配，加快施工进度与加大施工规模。
[0003] 由此看出，用海上生产平台进行压裂施工作业时，引入海水基压裂液体系是非常 有必要的。但是，由于海水矿化度远远高于淡水，尤其是Ca 2+/Mg2+离子含量高，在配制压裂 液过程中，会对稠化剂的增稠、体系PH值的调节、交联冻胶的性能等产生很大的影响。因 此，需要对常规压裂液体系进行改进或引入新的与海水具有更好配伍性的压裂液体系。
[0004] 对于使用海水配制压裂液，国内已有海水基压裂液体系发表与公开，按使用的稠 化剂类型划分主要有三类：一类是人工合成聚合物压裂液体系，该体系主要以改性聚丙烯 酰胺类合成聚合物为稠化剂，如张春雨、靳红彬等人（CN102417814A)和谢志海、刘宇等人 (CN101263727A)分别发明的海水基压裂液体系，他们使用的稠化剂为烷基丙烯酰胺，2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，乙烯吡咯烷酮等合成聚合物，使用的交联剂为锆、铝、铁、铬等金 属交联剂；该体系的优点是抗温、抗盐、抗剪切性能较好，适合海水配制；缺点是合成聚合 物降解困难与吸附严重、有时破胶不彻底与交联剂高价金属离子沉淀存在伤害储层问题； 此外，由于这类体系的稠化剂中的酰胺基易于发生水解反应，水解后对高价金属离子极为 敏感而严重影响稠化剂的性能，合成聚合物制备步骤较为复杂、成本较植物胶成本高。第二 类是以粘弹性表面活性剂（VES)为稠化剂的海水基压裂液体系，如张福铭、李学军等发表 了基于PA-VES90粘弹性表面活性剂（VES)为稠化剂的海水基清洁压裂液体系（《科学技术 与工程》，2012年3月，第12卷第8期，1769-1764页），该体系的优点是对配液用水中的离子 含量不敏感，可直接用海水配制压裂液，且不需要交联剂、自动成胶、增粘速度快，利于实现 海洋平台上的连续混配，遇烃类物质自动破胶，破胶后无残渣对地层伤害小，破胶液界面张 力低易返排；缺点是体系的耐温性能不佳，粘度偏低与受温度影响大，此外，成本远高于天 然植物胶压裂液。第三类是以天然植物胶或其改性产品为稠化剂的海水基压裂液，其中以 瓜尔胶及其衍生物为稠化剂的压裂体系占到整个压裂液体系的90%以上。该类压裂液体系 的核心问题是解决海水中的高价阳离子对稠化剂瓜尔胶的交联环境的影响，现有瓜尔胶海 水基压裂液多通过以下两种方法解决高价阳离子的对稠化剂交联的影响：（1)向海水中加 入螯合剂（如EDTA、柠檬酸钠等）或阻垢剂（如三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠等）来抑制钙、镁 离子对压裂液的上述影响（如CN103131405A，CN103289668A)，但使用螯合剂或阻垢剂的成 本很高，尤其对于海水矿化度较高时，螯合剂用量会大大增加，成本也会急剧上升，且高温 条件下螯合剂还易失效。（2)使用偏酸性（pH4-7)交联技术，在偏酸性条件下交联稠化剂， 消除海水中的钙、镁离子对交联的影响，主要技术手段是通过使用PH调节剂（如乙酸、三乙 醇胺、碳酸氢钠等）将海水的酸碱度控制在中性甚至偏酸性条件下实现海水基压裂液的稳 定交联（如王杏尊等CN102618249A和汪小宇等CN103215024A公开的技术方案），但是偏 酸性交联技术具有不耐高温、冻胶剪切稳定性差和剪切后粘度不可恢复的缺点。上述发明 中使用常规瓜尔胶作稠化剂配制海水基压裂液除了存在以上不足外，还存在常规瓜尔胶在 海水中水化时间较长，难以实现连续混配，以及使用瓜尔胶浓度较高（0. 25-1. 0% )，增加 压裂液成本与储层伤害程度问题。虽然吴新荣（CN103305206A)发明了一种使用特殊的低 聚醚速溶瓜尔胶作为稠化剂实现海水基压裂液连续混配的方法，单该方法需要0. 25-0. 8% 的低聚醚速溶瓜尔胶，0. 25-2. 0%的阻垢剂，以及特殊的"喷射型混合器"，相对来说成本较 尚。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种低浓度瓜尔胶海水基压 裂液及其制备方法与应用，能够使用浓度更低的常规瓜尔胶作为稠化剂、不用螯合剂与阻 垢剂、可连续混配，能够降低压裂液的成本、减轻压裂液伤害、满足海洋生产平台大规模压 裂施工作业的需求。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
[0007] 一种低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其包括基液、PH调节交联剂和破胶剂，以重量 计，基液的用量：pH调节交联剂的用量：破胶剂的用量=100:(0. 25-1.2) :(0.03-0.05); 其中，以重量份计，所述基液包括如下组分：海水96. 2-98. 35重量份，稠化剂0. 15-0. 3重量 份，防膨助溶剂〇. 5-1重量份，助排剂1-2重量份，防乳抗渣剂0-0. 5重量份。
[0008] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，所述防乳抗渣剂为本领域的常规产品，市 面上可以买到。
[0009] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，优选的，所述稠化剂包括瓜尔胶、羟丙基瓜 尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、改性瓜尔胶和速溶瓜尔胶中的一种或几种的组合。
[0010] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，所述改性瓜尔胶包括特殊改性瓜尔胶，均 为本领域的常规产品。
[0011] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，优选的，所述防膨助溶剂为有机酸；更优选 的，所述防膨助溶剂包括甲酸、柠檬酸、氨基磺酸和乙酸等中的一种或几种的组合。
[0012] 根据具体实施方案，上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，所述防膨助溶剂优选 为上述物质的复配组合物。本发明使用防膨助溶剂可以使常规瓜尔胶稠化剂在极短的时间 内溶解后的粘度达到最终粘度的80%以上，加快稠化速度，从而实现连续混配。
[0013] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，优选的，所述助排剂包括氟碳型表面活性 剂、聚醚型表面活性剂、聚醚羧酸盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂等中的一种或几 种的组合，其中，表面活性剂及表面活性剂的组合能够将压裂液的表面张力降低到25mN/ m;更优选的，所述聚醚型表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚（OP-7)、辛基酚聚氧乙烯醚 (OP-IO)和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7)等中的一种或几种的组合，所述聚醚羧酸盐型表面 活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES)，但不限于此。
[0014] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，氟碳型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂 为本领域常用的可降低表界面张力的表面活性剂，选用常规市售产品。
[0015] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，优选的，所述pH调节交联剂包括55-83重 量份的pH调节剂和45-17重量份的交联剂。
[0016] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，优选的，所述pH调节剂包括乙二胺和/或 三乙醇胺，更优选的，所述pH调节剂为北京科麦仕油田化学剂技术有限公司生产的SC-150 型pH调节剂。
[0017] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，优选的，所述交联剂为可多头交联的有机 硼交联剂；更优选的，所述交联剂为北京科麦仕油田化学剂技术有限公司生产的YP150型 交联剂。
[0018] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，使用可多头交联的有机硼交联剂可以有效 降低瓜尔胶稠化剂的浓度，从而降低压裂液对储层的伤害与压裂液成本。
[0019] 上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液中，优选的，所述破胶剂包括过硫酸铵、双氧 水、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或几种的组合，或者所述破胶剂为过硫酸铵、双氧水、过硫 酸钠、过硫酸钾中的一种或几种与亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、三乙醇胺中的一种或几种相组合 而成的混合物。
[0020] 本发明还提供上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液的制备方法，该方法包括如下步 骤：
[0021] 按配比依次向容器中加入海水、防膨助溶剂、助排剂、防乳抗渣剂、稠化剂，混合均 匀，得到基液；
[0022] 按配比将pH调节剂和交联剂混合复配，得到pH调节交联剂；
[0023] 将基液、pH调节交联剂和破胶剂按配比在线混合均匀，即得到连续混配的低浓度 瓜尔胶海水基压裂液。
[0024] 本发明还提供上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液在储层温度低于100°C的中低温 油气藏的压裂增产改造中作为压裂液的应用。
[0025] 本发明的突出效果为：
[0026] 使用浓度更低的常规瓜尔胶作为稠化剂、不用螯合剂与阻垢剂、可连续混配，能够 降低压裂液的成本、减轻压裂液伤害、具有良好的耐温、耐剪切性能，满足海洋生产平台大 规模压裂施工作业的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是实施例1的低浓度瓜尔胶海水基压裂液的流变曲线图；
[0028] 图2是实施例2的低浓度瓜尔胶海水基压裂液的流变曲线图；
[0029] 图3是实施例3的低浓度瓜尔胶海水基压裂液的流变曲线图；
[0030] 图4是实施例4的低浓度瓜尔胶海水基压裂液的流变曲线图。
【具体实施方式】
[0031] 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。下述实施例中所 述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途 径获得。
[0032] 实施例1
[0033] 本实施例提供一种低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其包括基液、pH调节交联剂和破 胶剂，以重量计，基液的用量为l〇〇g，pH调节交联剂的用量为0. 9g，破胶剂过硫酸铵的用量 为0. 04g ;其中，基液包括如下组分：海水97. 4g，稠化剂改性瓜尔胶HPGO. 3g，防膨助溶剂柠 檬酸〇. 8g，助排剂聚醚型表面活性剂（OP-7) Ig ;防乳抗渣剂（北京科麦仕油田化学剂技术 有限公司生产，海关HS编码：38249090)0. 5g，pH调节交联剂包括0.7g SC-150型pH调节 剂与0. 2g YP150型交联剂。
[0034] 本实施例的低浓度瓜尔胶海水基压裂液是这样制备的：
[0035] 按配比依次向容器中加入海水、防膨助溶剂、助排剂、防乳抗渣剂、稠化剂，用搅拌 器搅拌5min混合均匀，得到基液；
[0036] 按配比将pH调节剂和交联剂混合复配，得到pH调节交联剂；
[0037] 将基液、pH调节交联剂和破胶剂按配比在线混合均匀，即得到连续混配的低浓度 瓜尔胶海水基压裂液。
[0038] 本实施例还提供上述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液在储层温度80°C的中低温油 气藏的压裂增产改造中作为压裂液的应用。
[0039] 对本实施例所得的低浓度瓜尔胶海水基压裂液的粘度变化情况进行测定，如表1 所示，随着时间的增加，压裂液基液的粘度快速增加，3min内压裂液基液的粘度就达到基液 最终粘度的80%以上。
[0040] 表 1
[0041]
【权利要求】
1. 一种低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其包括基液、pH调节交联剂和破胶剂，以重量计， 基液的用量：pH调节交联剂的用量：破胶剂的用量= 100 : (0.25-1.2) : (0.03-0.05); 其中，以重量份计，所述基液包括如下组分：海水96. 2-98. 35重量份，稠化剂0. 15-0. 3重量 份，防膨助溶剂〇. 5-1重量份，助排剂1-2重量份，防乳抗渣剂0-0. 5重量份。
2. 根据权利要求1所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其特征在于：所述稠化剂包括 瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、改性瓜尔胶和速溶瓜尔胶中的一种或几种的 组合。
3. 根据权利要求1所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其特征在于：所述防膨助溶剂 为有机酸；优选的，所述防膨助溶剂包括甲酸、柠檬酸、氨基磺酸和乙酸中的一种或几种的 组合。
4. 根据权利要求1所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其特征在于：所述助排剂包括 氟碳型表面活性剂、聚醚型表面活性剂、聚醚羧酸盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂 中的一种或几种的组合，其中，表面活性剂及表面活性剂的组合能够将压裂液的表面张力 降低到25mN/m ;优选的，所述聚醚型表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯 醚和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种的组合，所述聚醚羧酸盐型表面活性剂包括脂肪醇 聚氧乙烯醚硫酸钠。
5. 根据权利要求1所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其特征在于：所述pH调节交联 剂包括55-83重量份的pH调节剂和45-17重量份的交联剂。
6. 根据权利要求1所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其特征在于：所述pH调节剂包 括乙二胺和/或三乙醇胺；优选的，所述pH调节剂为北京科麦仕油田化学剂技术有限公司 生产的SC-150型pH调节剂。
7. 根据权利要求1所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其特征在于：所述交联剂为可 多头交联的有机硼交联剂；优选的，所述交联剂为北京科麦仕油田化学剂技术有限公司生 产的YP150型交联剂。
8. 根据权利要求1所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液，其特征在于：所述破胶剂包括 过硫酸铵、双氧水、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或几种的组合，或者所述破胶剂为过硫酸 铵、双氧水、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或几种与亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、三乙醇胺中的一 种或几种组合而成的混合物。
9. 权利要求1-8任一项所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液的制备方法，该方法包括如 下步骤： 按配比依次向容器中加入海水、防膨助溶剂、助排剂、防乳抗渣剂、稠化剂，混合均匀， 得到基液； 按配比将pH调节剂和交联剂混合复配，得到pH调节交联剂； 将基液、pH调节交联剂和破胶剂按配比在线混合均匀，即得到连续混配的低浓度瓜尔 胶海水基压裂液。
10. 权利要求1-8任一项所述的低浓度瓜尔胶海水基压裂液在储层温度低于100°C的 中低温油气藏的压裂增产改造中作为压裂液的应用。
【文档编号】E21B43/26GK104498018SQ201410811500
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】高莹, 石阳, 杨贤友, 周福建, 徐敏杰, 熊春明, 连胜江, 李向东, 韩秀玲 申请人:中国石油天然气股份有限公司