一種低粘高彈非交聯壓裂液及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種低粘高彈非交聯壓裂液。該低粘高彈非交聯壓裂液具有以下成分組成：稠化劑0.15-2.0重量份、破膠劑0.02-2.0重量份、水100重量份；其中，所述稠化劑為黃原膠酯化衍生物、黃原膠羥丙基化衍生物和黃原膠羧甲基化衍生物中的一種或幾種的組合。本發明還提供了上述低粘高彈非交聯壓裂液的制備方法。該低粘高彈非交聯壓裂液具有高粘度、速溶、耐溫、耐剪切、耐鹽、易破膠的優點，是一種廉價易得、易于操作的新型壓裂液，可用于壓裂施工的各個階段，其速溶特性尤其適合進行在線配液，幫助實現壓裂“工廠化”作業的進行。
【專利說明】一種低粘高彈非交聯壓裂液及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低粘高彈非交聯壓裂液及其制備方法，屬于石油開采【技術領域】。【背景技術】
[0002]隨著油氣藏開發的深入，中低滲透油藏日益增多，水力壓裂是改造油氣儲層、獲得工業產能的有效方法。在壓裂施工過程中，壓裂液性能的好壞直接關系到壓裂施工的成敗和壓后增產效果。
[0003]目前，由于使用方便、性能穩定，水基壓裂液仍是壓裂液的主體，水基壓裂液增稠劑多為植物膠。隨著植物膠價格走高，植物膠作為稠化劑的成本越來越高，且植物膠有耐鹽性不佳、儲層傷害較大等缺點。黃原膠是一種能夠替代植物膠的廉價易得、性能優良的生物多糖稠化劑，但是黃原膠在高溫下易發生降解，作為壓裂液稠化劑在高溫井壓裂使用時會導致攜砂能力不足的問題。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種低粘高彈非交聯壓裂液，其是以黃原膠的改性衍生物為稠化劑，該壓裂液具有高粘度、速溶、耐溫、耐剪切、耐鹽、易破膠的優點。
[0005]為達到上述目的，本發明提供了一種低粘高彈非交聯壓裂液，其具有以下成分組成:稠化劑0.15-2.0重量份、破膠劑0.02-2.0重量份、水100重量份；其中，所述稠化劑為黃原膠酯化衍生物、黃原膠羥丙基化衍生物和黃原膠羧甲基化衍生物等中的一種或幾種的組合。上述稠化劑可以是由廊坊市萬科石油天然氣技術工程有限公司生產的黃原膠酯化衍生物HYJ-1、黃原膠羥丙基化衍生物HYJ-2和黃原膠羧甲基化衍生物HYJ-3。
[0006]在上述低粘高彈非交聯壓裂`液中，優選地，上述黃原膠酯化衍生物是通過以下步驟制備的:
[0007]將10-20重量份的黃原膠加入到100-200重量份濃度為2wt%的鹽酸乙醇溶液中，攪拌反應3-6小時，抽濾、水洗至洗液中無氯離子，真空干燥24小時，然后將干燥產物溶于100-200重量份乙二醇單丁醚中，滴加15-30重量份鹵代烷，攪拌反應12-24小時，加入過量的氯化鉀溶液，攪拌24小時，將攪拌產物用丙三醇沉淀過濾后溶于適量水中，在蒸餾水中透析至無氯離子，將透析產物在80-90°C干燥至恒重后碾磨成粉，并過120目-200目篩，得到所述黃原膠酯化衍生物。
[0008]在上述低粘高彈非交聯壓裂液中，優選地，上述黃原膠羥丙基化衍生物是通過以下步驟制備的:
[0009]將10-30重量份黃原膠加入三頸瓶中，加入100-200重量份異丙醇，在攪拌狀態下逐滴加入10-20重量份濃度為5wt%的NaOH溶液，在常溫下堿化反應2小時；
[0010]以0.1MPa的壓力通入氮氣，在常溫下溶脹4小時后，升溫至80-100°C，緩慢滴加10-30重量份溶于異丙醇的鹵代烷，再次通入氮氣，反應2至6小時；[0011]對反應產物進行過濾，然后用正己烷、80%丙酮進行洗滌、浸泡、抽濾，除去殘余物，并用冰醋酸或硼酸中和至pH=7-8，抽濾，最后用100%的丙酮洗滌、浸泡、抽濾，在80-90°C真空干燥箱中干燥5h至恒重后碾磨成粉，得到所述黃原膠羥丙基化衍生物。
[0012]在上述制備過程中，優選地，所采用的鹵代烷包括1-氯代辛烷、2-氯代戊烷和1-溴代辛烷等中的一種或幾種的組合。
[0013]在上述低粘高彈非交聯壓裂液中，優選地，上述黃原膠羧甲基化衍生物是通過以下步驟制備的:
[0014]取三口燒瓶，加入100-300重量份無水乙醇和10-30重量份黃原膠，在攪拌下逐滴加入10-20重量份濃度為5wt%的NaOH溶液，常溫下堿化2_4小時，然后緩慢加入5_20重量份氯乙酸，控制反應溫度為60-70°C，攪拌反應24h后停止；
[0015]將燒瓶冷卻至室溫，邊攪拌邊加入冰醋酸或硼酸調節pH值至7，最后分離出固相產物并用無水乙醇洗滌；將洗滌的產物置于恒溫干燥箱內，在80-90°C下干燥至恒重后碾磨成粉，得到所述黃原膠羧甲基化衍生物。
[0016]在上述低粘高彈非交聯壓裂液中，優選地，所采用的破膠劑包括黃原膠酶、過硫酸鉀、過硫酸鈉和過硫酸銨等中的一種或幾種的組合。上述黃原膠酶可以是由廊坊市萬科石油天然氣技術工程有限公司生產的黃原膠酶HPJM-1。
[0017]本發明還提供了上述低粘高彈非交聯壓裂液的制備方法，其包括以下步驟:
[0018]步驟一:在攪拌條件下，在100重量份水中加入0.15-0.2重量份稠化劑，然后攪拌20min，得到稠化劑水溶液；
[0019]步驟二:在壓裂作業過程中，`在攪拌條件下，向上述稠化劑水溶液中加入0.02-2.0重量份破膠劑，攪拌混合均勻，得到所述低粘高彈非交聯壓裂液。
[0020]在制備本發明的低粘高彈非交聯壓裂液時，為防止壓裂液變質，可以添加適量的殺菌劑，例如=0.5%甲醛、0.5%苯酚或0.3%甲醛+0.2%苯酚，以壓裂液的質量計，這不是必須的組分。
[0021]本法發明所提供的低粘高彈非交聯壓裂液的各成分組成事先并不混合在一起，在壓裂作業過程中進行混合，首先將稠化劑與水混合得到稠化劑水溶液，然后再根據實際作業需要加入破膠劑。該壓裂液的制備過程與壓裂作業是結合在一起的。
[0022]本發明所提供的低粘高彈非交聯壓裂液中的稠化劑是生物多糖，其是黃原膠的改性衍生物。改性后的黃原膠具有成本低、無味、無毒、有抗氧化作用、安全性較高、易溶于水的特點，在水溶液中有很好的穩定性、兼容性。該低粘高彈非交聯壓裂液具有高粘度、速溶、耐溫、耐剪切、耐鹽、易破膠的優點，是一種廉價易得、易于操作的新型壓裂液，可用于壓裂施工的各個階段，其速溶特性尤其適合進行在線配液，幫助實現壓裂“工廠化”作業的進行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為不同濃度的低粘高彈非交聯壓裂液的速溶曲線；
[0024]圖2為實施例5-7的低粘高彈非交聯壓裂液高剪切后的粘彈性模量變化；
[0025]圖3為實施例4、5的低粘高彈非交聯壓裂液的耐鹽曲線；
[0026]圖4為實施例4的低粘高彈非交聯壓裂液的50°C破膠曲線；
[0027]圖5為實施例7的低粘高彈非交聯壓裂液的110°C破膠曲線。【具體實施方式】
[0028]為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。
[0029]實施例1
[0030]本實施例提供了一種黃原膠酯化衍生物，其是通過以下步驟制備的:
[0031]將10重量份黃原膠加入100重量份濃度為2wt%的鹽酸乙醇溶液中，攪拌反應3小時，抽濾、水洗至洗液中無氯離子，真空干燥24小時，然后將干燥產物溶于100重量份乙二醇單丁醚中，滴加15重量份鹵代烷(其中鹵代烷為1-氯代辛烷和2-氯代戊烷比例為4:1的混合物)，攪拌反應12小時,加入過量的氯化鉀溶液,攪拌24小時，將攪拌產物用丙三醇沉淀過濾后溶于適量水中，在蒸餾水中透析至無氯離子，將透析產物在90°C干燥至恒重后碾磨成粉，并過120目-200目篩，得到黃原膠酯化衍生物。
[0032]實施例2
[0033]本實施例提供了一種黃原膠羥丙基化衍生物，其是通過以下步驟制備的:
[0034]將20重量份黃原膠加入三頸瓶中，加入150重量份異丙醇，在攪拌狀態下逐滴加入15重量份濃度為5wt%的NaOH溶液，在常溫下堿化反應2小時；
[0035]以0.1MPa的壓力通入氮氣，在常溫下溶脹4小時后，升溫至80°C，緩慢滴加20重量份異丙醇的鹵代烷(其中鹵代烷為1-氯代辛烷和1-溴代辛烷比例為3:1的混合物)，再次通入氮氣，在該溫度下反應5小時；
[0036]對反應產物進行過濾，然后用正己烷、80%丙酮進行洗滌、浸泡、抽濾，除去殘余物，并用冰醋酸或硼酸中和至pH=7-8，抽`濾，最后用100%的丙酮洗滌、浸泡、抽濾，在80°C真空干燥箱中干燥5h至恒重后碾磨成粉，得到黃原膠羥丙基化衍生物。
[0037]實施例3
[0038]本實施例提供了一種黃原膠羧甲基化衍生物，其是通過以下步驟制備的:
[0039]取三口燒瓶，加入200重量份無水乙醇和15重量份黃原膠，在攪拌下逐滴加入20重量份濃度為5wt%的NaOH溶液，常溫下堿化4小時，然后緩慢加入10重量份氯乙酸，控制反應溫度為70°C,攪拌反應24h后停止；
[0040]將燒瓶冷卻至室溫，邊攪拌邊加入冰醋酸或硼酸調節pH值至7，最后分離出固相產物并用無水乙醇洗滌；將洗滌的產物置于恒溫干燥箱內，在80-90°C下干燥至恒重后碾磨成粉，得到黃原膠羧甲基化衍生物。
[0041]實施例4
[0042]本實施例提供了一種低粘高彈非交聯壓裂液，其具有以下成分組成:
[0043]實施例2的黃原膠羥丙基化衍生物0.2重量份，黃原膠酶0.02重量份，水100重量份。
[0044]該低粘高彈非交聯壓裂液是通過以下步驟制備的:
[0045]步驟一:在攪拌條件下，在水中加入黃原膠羥丙基化衍生物，然后攪拌20min，得到水溶液；
[0046]步驟二:在攪拌條件下，向上述水溶液中加入黃原膠酶，攪拌混合均勻，得到低粘高彈非交聯壓裂液。[0047]該低粘高彈非交聯壓裂液可以應用于50°C井的壓裂施工。
[0048]實施例5
[0049]本實施例提供了一種低粘高彈非交聯壓裂液，其具有以下成分組成:
[0050]實施例2的黃原膠羥丙基化衍生物0.3重量份，黃原膠酶0.04重量份，水100重量份。
[0051]該低粘高彈非交聯壓裂液是通過以下步驟制備的:
[0052]步驟一:在攪拌條件下，在水中加入黃原膠羥丙基化衍生物，然后攪拌20min，得到水溶液；
[0053]步驟二:在攪拌條件下，向上述水溶液中加入黃原膠酶，攪拌混合均勻，得到低粘高彈非交聯壓裂液。
[0054]該低粘高彈非交聯壓裂液可以應用于70°C井的壓裂施工。
[0055]實施例6
[0056]本實施例提供了一種低粘高彈非交聯壓裂液，其具有以下成分組成:
[0057]實施例1的黃原膠酯化衍生物0.4重量份,過硫酸鉀0.2重量份,水100重量份。
[0058]該低粘高彈非交聯壓裂液是通過以下步驟制備的:
[0059]步驟一:在攪拌條件下，在水`中加入黃原膠酯化衍生物，然后攪拌20min，得到水溶液；
[0060]步驟二:在攪拌條件下，向上述水溶液中加入過硫酸鉀，攪拌混合均勻，得到低粘高彈非交聯壓裂液。
[0061]該低粘高彈非交聯壓裂液可以應用于90°C井的壓裂施工。
[0062]實施例7
[0063]本實施例提供了一種低粘高彈非交聯壓裂液，其具有以下成分組成:
[0064]實施例1的黃原膠酯化衍生物0.5重量份,過硫酸鉀0.5重量份,水100重量份。
[0065]該低粘高彈非交聯壓裂液是通過以下步驟制備的:
[0066]步驟一:在攪拌條件下，在水中加入黃原膠酯化衍生物，然后攪拌20min，得到水溶液；
[0067]步驟二:在攪拌條件下，向上述水溶液中加入過硫酸鉀，攪拌混合均勻，得到低粘高彈非交聯壓裂液。
[0068]該低粘高彈非交聯壓裂液可以應用于110°C井的壓裂施工。
[0069]實施例8
[0070]本實施例提供了一種低粘高彈非交聯壓裂液，其具有以下成分組成:
[0071]實施例3的黃原膠羧甲基化衍生物1.0重量份，過硫酸鉀0.5重量份，過硫酸鈉
0.5重量份,水100重量份。
[0072]該低粘高彈非交聯壓裂液是通過以下步驟制備的:
[0073]步驟一:在攪拌條件下，在水中加入黃原膠羧甲基化衍生物，然后攪拌20min，得到水溶液；
[0074]步驟二:在攪拌條件下，向上述水溶液中加入過硫酸鉀和過硫酸鈉，攪拌混合均勻，得到低粘高彈非交聯壓裂液。
[0075]該低粘高彈非交聯壓裂液可以應用于150°C井的壓裂施工。[0076]試驗例I
[0077]本試驗檢測實施例4-8的低粘高彈非交聯壓裂液在20分鐘內的表觀粘度變化。測量表觀粘度所使用的設備為六速旋轉粘度計，試驗結果見圖1，不同的曲線以黃原膠衍生物的添加量區分。
[0078]從圖1可以看出，實施例4-8的低粘高彈非交聯壓裂液在5分鐘內就能達到最終粘度的80%，且最終粘度較之常見植物膠壓裂液大。該試驗說明低粘高彈非交聯壓裂液中的稠化劑改性黃原膠能很快起粘并達到很高的最終粘度。低粘高彈非交聯壓裂液的速溶和高粘度特性使實施例4-8的低粘高彈非交聯壓裂液能夠在施工時實現在線混配，并用作壓裂液施工的工作液體。
[0079]試驗例2
[0080]本試驗用于檢測實施例5-7的低粘高彈非交聯壓裂液的耐剪切性能。測量設備為Mars高溫高壓流變儀，分別在5000轉/分的轉速下剪切5min之前和之后測量低粘高彈非交聯壓裂液的儲能模量G'、耗能模量G"。試驗結果見表1和圖2。
[0081]表1剪切前后低粘高彈非交聯壓裂液的性能變化
[0082]
【權利要求】
1.一種低粘高彈非交聯壓裂液，其具有以下成分組成:稠化劑0.15-2.0重量份、破膠劑0.02-2.0重量份、水100重量份； 其中，所述稠化劑為黃原膠酯化衍生物、黃原膠羥丙基化衍生物和黃原膠羧甲基化衍生物中的一種或幾種的組合。
2.根據權利要求1所述的低粘高彈非交聯壓裂液，其中，所述黃原膠酯化衍生物是通過以下步驟制備的: 將10-20重量份的黃原膠加入到100-200重量份濃度為2wt%的鹽酸乙醇溶液中，攪拌反應3-6小時，抽濾、水洗至洗液中無氯離子，真空干燥24小時，然后將干燥產物溶于100-200重量份的乙二醇單丁醚中，滴加15-30重量份的鹵代烷，攪拌反應12-24小時，加入過量的氯化鉀溶液，攪拌24小時，將攪拌產物用丙三醇沉淀過濾后溶于適量水中，在蒸餾水中透析至無氯離子，將透析產物在80-90°C干燥至恒重后碾磨成粉，并過120目-200目篩，得到所述黃原膠酯化衍生物。
3.根據權利要求1所述的低粘高彈非交聯壓裂液，其中，所述黃原膠羥丙基化衍生物是通過以下步驟制備的: 將10-30重量份的黃原膠加入三頸瓶中，加入100-200重量份的異丙醇，在攪拌狀態下逐滴加入10-20重量份濃度為5wt%的NaOH溶液，在常溫下堿化反應2小時； 以0.1MPa的壓力通入氮氣，在常溫下溶脹4小時后，升溫至80-100°C，緩慢滴加10-30重量份溶于異丙醇的鹵代烷，再次通入氮氣，反應2至6小時； 對反應產物進行過濾，然后用正己烷、80%丙酮進行洗滌、浸泡、抽濾，除去殘余物，并用冰醋酸或硼酸中和至pH=7-8，抽濾，最后用100%的丙酮洗滌、浸泡、抽濾，在80-90°C真空干燥箱中干燥5h至恒重后碾磨成粉，得到`所述黃原膠羥丙基化衍生物。
4.根據權利要求2或3所述的低粘高彈非交聯壓裂液，其中，所述鹵代烷包括1-氯代辛烷、2-氯代戊烷和1-溴代辛烷中的一種或幾種的組合。
5.根據權利要求1所述的低粘高彈非交聯壓裂液，其中，所述黃原膠羧甲基化衍生物是通過以下步驟制備的: 取三口燒瓶，加入100-300重量份無水乙醇和10-30重量份黃原膠，在攪拌下逐滴加入10-20重量份濃度為5wt%的NaOH溶液，常溫下堿化2_4小時，然后緩慢加入5_20重量份氯乙酸，控制反應溫度為60-70°C，攪拌反應24h后停止； 將燒瓶冷卻至室溫，邊攪拌邊加入冰醋酸或硼酸調節PH值至7，最后分離出固相產物并用無水乙醇洗滌；將洗滌的產物置于恒溫干燥箱內，在80-90°C下干燥至恒重后碾磨成粉，得到所述黃原膠羧甲基化衍生物。
6.根據權利要求1所述的低粘高彈非交聯壓裂液，其中，所述破膠劑包括黃原膠酶、過硫酸鉀、過硫酸鈉和過硫酸銨中的一種或幾種的組合。
7.權利要求1-6任一項所述的低粘高彈非交聯壓裂液的制備方法，其包括以下步驟: 步驟一:在攪拌條件下，在100重量份水中加入0.15-0.2重量份稠化劑，然后攪拌20min，得到稠化劑水溶液； 步驟二:在壓裂作業過程中，在攪拌條件下，向上述稠化劑水溶液中加入0.02-2.0重量份破膠劑，攪拌混合均勻，得到所述低粘高彈非交聯壓裂液。
【文檔編號】C09K8/68GK103881686SQ201410087997
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】翟文, 盧擁軍, 程興生, 管保山, 王麗偉, 劉玉婷 申請人:中國石油天然氣股份有限公司