一種耐高溫黃原膠壓裂液及其制備方法與流程

本發明涉及油氣藏增產開采領域，具體的說，是涉及一種耐高溫黃原膠壓裂液及其制備方法。

背景技術：

隨著油氣藏開發的不斷深入以及對能源需求的日益增加，非常規油氣資源已成為當前勘探開發的熱點。水力壓裂作為低滲、特低滲以及非常規油氣藏增產的重要措施，應用越來越廣泛。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。黃原膠是由糖類經黃單胞桿菌發酵產生的高分子多糖，分子間可纏繞形成雙螺旋結構，是一種能夠代替植物膠的性能優良的微生物多糖稠化劑，在石油行業中應用廣泛，如鉆井、完井、調剖堵水等，具有良好的增稠和流變性能。

申請號為201410475166.9，公開號為CN104312571A的中國專利申請，一種改性黃原膠稠化劑及其在制備壓裂液中的應用公開了一種黃原膠壓裂液的制備方法，其先在水中加入粘土穩定劑氯化鉀，然后再加入黃原膠粉。但黃原膠在鹽溶液中的增粘過程較慢，其增粘速度遠低于其在水中的增粘速度。

申請號為201310286824.5，公開號為CN103361042A的中國專利申請，黃原膠非交聯壓裂液、其制備方法和用途公開了一種黃原膠非交聯壓裂液的制備方法，其將黃原膠和粘土穩定劑(氯化鉀)混合后再加入水中。但這種方法也不利于黃原膠迅速增粘。

黃原膠是一種典型的假塑性流體，成本低，具有較高的粘性和彈性，且具有良好的水溶性、耐酸堿性和耐鹽性，可以作為非交聯壓裂液。但黃原膠用作壓裂液時，在低溫井(T<80℃)的性能較好；但在高溫條件下(T>80℃)，其耐溫耐剪切性能不理想，粘彈性能會大幅度下降，導致在高溫井使用時會存在著攜砂能力不足甚至脫砂的問題。

因此，研發一種速溶耐高溫黃原膠壓裂液，使其在高溫下仍具有良好的粘彈性和攜砂性能，仍是亟需解決的問題。

技術實現要素：

本發明的一個目的在于提供一種耐高溫黃原膠壓裂液，本發明的壓裂液避免了常規黃原膠壓裂液增粘速度慢、在高溫下脫砂，該壓裂液增粘速度快，且在高溫下仍具有穩定的網絡結構，耐溫耐剪切性能好，攜砂能力強。

本發明的另一目的在于提供所述的耐高溫黃原膠壓裂液的制備方法。

為達上述目的，一方面，本發明提供了一種耐高溫黃原膠壓裂液，其中，所述壓裂液包括如下重量份成分：黃原膠0.4-0.6份、溫度穩定劑0.2-2份、其他輔助添加劑1.0-3.0份。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述壓裂液包括如下重量份成分：黃原膠0.4-0.6份、溫度穩定劑0.2-2份、粘土穩定劑0.5-1份、破乳助排劑0.5-1份、和破膠劑0.02-1份。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述壓裂液還包括水100份。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述溫度穩定劑選自甲酸鉀、甲酸鈉和氯化鈣中的一種或幾種。

本發明發現，黃原膠在水溶液中形成有序的雙螺旋結構，這種結構對其主鏈產生一定的保護作用；在高溫下時，黃原膠雙螺旋結構會打開，轉變成雜亂無序的結構，這種結構會使得黃原膠溶液的粘彈性能大幅度下降。加入鹽離子(特別是是氯化鈣、甲酸鉀、甲酸鈉等)后，鹽離子在黃原膠分子鏈間建立鹽橋，使黃原膠結構在高溫下向雙螺旋結構轉變，黃原膠的這種雙螺旋結構使得其在高溫下的耐剪切性能得到提高。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述粘土穩定劑為氯化鉀。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述破乳助排劑為烷基酚聚氧乙烯醚類表面活性劑。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述破乳助排劑為烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽陰離子表面活性劑和烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑的混合物。

本發明可以采用常規市售的成分為烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽陰離子表面活性劑和烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑的破乳助排劑，而根據本發明一些具體實施方案，其中，所述破乳助排劑為DL-12型表面活性劑。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述破乳助排劑為北京華油科隆開發公司生產的DL-12型表面活性劑，其主要成分為烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽陰離子表面活性劑和烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑的混合物。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述破膠劑為過硫酸鉀和/或過硫酸銨。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述壓裂液的制備包括：

(1)配制黃原膠水溶液；

(2)配制溫度穩定劑的水溶液，在攪拌下，將溫度穩定劑水溶液加入到黃原膠水溶液，攪拌均勻；

(3)在攪拌下，向步驟(2)得到的溶液中加入其它輔助添加劑，得到所述耐高溫黃原膠壓裂液。

本發明進一步發現，黃原膠在鹽溶液中的增粘速度緩慢，遠小于其在水中的增粘速度。先將黃原膠粉末加入到水中，使其迅速增粘，充分溶脹，然后再加入溫度穩定劑(氯化鈣)和粘土穩定劑(氯化鉀)等，從而使黃原膠達到速溶的效果。因此，先使黃原膠在水中迅速增粘后，再將配置好的添加劑與黃原膠水溶液混合，一方面可以使黃原膠達到速溶的效果，另一方面也可以顯著提高黃原膠在高溫下的耐剪切性能。

根據本發明一些具體實施方案，其中，步驟(1)是在攪拌下，將黃原膠加入水中，攪拌3～5min，得到黃原膠水溶液。

根據本發明一些具體實施方案，其中，步驟(1)配制質量濃度為0.5～0.6％的黃原膠水溶液。

根據本發明一些具體實施方案，其中，步驟(2)配制質量濃度為0.2～2％的溫度穩定劑水溶液，在攪拌下，將溫度穩定劑水溶液加入到黃原膠水溶液中，攪拌均勻。

另一方面，本發明還提供了所述的耐高溫黃原膠壓裂液的制備方法，其中，所述方法包括：

(1)配制黃原膠水溶液；

(2)配制溫度穩定劑的水溶液，在攪拌下，將溫度穩定劑水溶液加入到黃原膠水溶液中，攪拌均勻；

(3)在攪拌下，向步驟(2)得到的溶液中加入其它輔助添加劑，得到所述耐高溫黃原膠壓裂液。

根據本發明一些具體實施方案，其中，步驟(1)是在攪拌下，將黃原膠加入水中，攪拌3～5min，得到黃原膠水溶液。

根據本發明一些具體實施方案，其中，步驟(1)配制質量濃度為0.5～0.6％的黃原膠水溶液。

根據本發明一些具體實施方案，其中，步驟(2)配制質量濃度為0.2～2％的溫度穩定劑水溶液，在攪拌下，將溫度穩定劑水溶液加入到黃原膠水溶液中，攪拌均勻。

綜上所述，本發明提供了一種耐高溫黃原膠壓裂液及其制備方法。本發明的壓裂液具有如下優點：

首先是現有的黃原膠壓裂液采用先配置成鹽溶液，再加入黃原膠(或者將黃原膠和鹽混合后同時加入水中)，這種制備方法導致黃原膠的增粘速度十分緩慢，不利于壓裂施工；而本發明采用先使黃原膠在水中迅速增粘，再將配置好的添加劑與黃原膠水溶液混合，從而使黃原膠達到速溶的效果。

其次，目前的黃原膠壓裂液在高溫下受到剪切后，粘彈性能損失嚴重，攜砂性能不好；本發明通過添加溫度穩定劑(氯化鈣、甲酸鉀等)，促使黃原膠結構向雙螺旋結構轉變，從而提高其耐溫耐剪切性能，使黃原膠在高溫和高剪切下仍具有良好的攜砂性能。

附圖說明

圖1為黃原膠溶液(未添加溫度穩定劑CaCl₂)和實施例1中耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能曲線(100℃)。

圖2為黃原膠溶液(未添加溫度穩定劑CaCl₂)和實施例2中耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能曲線(120℃)。

圖3為黃原膠溶液(未添加溫度穩定劑HCOOK)和實施例3中耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能曲線(100℃)。

圖4為黃原膠溶液(未添加溫度穩定劑HCOOK)和實施例4中耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能曲線(120℃)。

具體實施方式

以下通過具體實施例詳細說明本發明的實施過程和產生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本發明的實質和特點，不作為對本案可實施范圍的限定。

實施例1

本實施例提供了一種速溶耐高溫黃原膠壓裂液，其是由以下成分組成的：

黃原膠0.5重量份；溫度穩定劑(氯化鈣)0.2重量份；粘土穩定劑(氯化鉀)0.5份重量份；破乳助排劑(DL-12型表面活性劑)0.5重量份；破膠劑(過硫酸銨)0.02重量份；水100重量份。

該速溶耐高溫黃原膠壓裂液是按照以下步驟制備的：

(1)在攪拌條件下，在水中加入黃原膠，然后攪拌3min，得到迅速增粘的速溶黃原膠水溶液；

(2)將溫度穩定劑配成高濃度的水溶液，在攪拌條件下，向所述黃原膠水溶液中加入配方量的溫度穩定劑的水溶液，攪拌混合均勻形成耐高溫黃原膠溶液；

(3)在攪拌條件下，向所述耐高溫黃原膠溶液中加入配方量的粘土穩定劑、破膠劑、破乳助排劑，得到速溶耐高溫黃原膠壓裂液。

該速溶耐高溫黃原膠壓裂液可以應用于100℃井的壓裂施工。

實施例2

本實施例提供了一種速溶耐高溫黃原膠壓裂液，其是由以下成分組成的：

黃原膠0.6重量份；溫度穩定劑(氯化鈣)0.5重量份；粘土穩定劑(氯化鉀)1份重量份；破乳助排劑(DL-12型表面活性劑)1重量份；破膠劑(過硫酸銨)0.04重量份；水100重量份。

該速溶耐高溫黃原膠壓裂液是按照以下步驟制備的：

(1)在攪拌條件下，在水中加入黃原膠，然后攪拌3min，得到迅速增粘的速溶黃原膠水溶液；

(2)將溫度穩定劑配成高濃度的水溶液，在攪拌條件下，向所述黃原膠水溶液中加入配方量的溫度穩定劑的水溶液，攪拌混合均勻形成耐高溫黃原膠溶液；

(3)在攪拌條件下，向所述耐高溫黃原膠溶液中加入配方量的粘土穩定劑、破膠劑、破乳助排劑，得到速溶耐高溫黃原膠壓裂液。

該速溶耐高溫黃原膠壓裂液可以應用于120℃井的壓裂施工。

實施例3

本實施例提供了一種速溶耐高溫黃原膠壓裂液，其是由以下成分組成的：

黃原膠0.5重量份；溫度穩定劑(甲酸鉀)1重量份；粘土穩定劑(氯化鉀)0.5份重量份；破乳助排劑(DL-12型表面活性劑)0.7重量份；破膠劑(過硫酸銨)0.04重量份；水100重量份。

該速溶耐高溫黃原膠壓裂液是按照以下步驟制備的：

(1)在攪拌條件下，在水中加入黃原膠，然后攪拌3min，得到迅速增粘的速溶黃原膠水溶液；

(2)將溫度穩定劑配成高濃度的水溶液，在攪拌條件下，向所述黃原膠水溶液中加入配方量的溫度穩定劑的水溶液，攪拌混合均勻形成耐高溫黃原膠溶液；

(3)在攪拌條件下，向所述耐高溫黃原膠溶液中加入配方量的粘土穩定劑、破膠劑、破乳助排劑，得到速溶耐高溫黃原膠壓裂液。

該速溶耐高溫黃原膠壓裂液可以應用于100℃井的壓裂施工。

實施例4

本實施例提供了一種速溶耐高溫黃原膠壓裂液，其是由以下成分組成的：

黃原膠0.6重量份；溫度穩定劑(甲酸鉀)2重量份；粘土穩定劑(氯化鉀)1份重量份；破乳助排劑(DL-12型表面活性劑)1重量份；破膠劑(過硫酸銨)0.06重量份；水100重量份。

該速溶耐高溫黃原膠壓裂液是按照以下步驟制備的：

(1)在攪拌條件下，在水中加入黃原膠，然后攪拌3min，得到迅速增粘的速溶黃原膠水溶液；

(2)將溫度穩定劑配成高濃度的水溶液，在攪拌條件下，向所述黃原膠水溶液中加入配方量的溫度穩定劑的水溶液，攪拌混合均勻形成耐高溫黃原膠溶液；

(3)在攪拌條件下，向所述耐高溫黃原膠溶液中加入配方量的粘土穩定劑、破膠劑、破乳助排劑，得到速溶耐高溫黃原膠壓裂液。

該速溶耐高溫黃原膠壓裂液可以應用于120℃井的壓裂施工。

試驗例1

本試驗用于對比實施例1-4中黃原膠在水中和在鹽溶液中的增粘速度。測量黃原膠溶液粘度變化所使用的設備為六速旋轉粘度計，試驗結果見表1。表1為0.6％黃原膠在不同溶液、不同溶脹時間后的表觀粘度(mPa·s)。

表1

從表1可看出，黃原膠在鹽溶液中的增粘速度較慢，而黃原膠在水中的增粘速度很快，3分鐘內就能達到最終粘度的96％。該試驗說明通過實施例1-4制備的耐高溫黃原膠壓裂液能很快起粘并達到很高的最終粘度，有利于壓裂施工。

試驗例2

本試驗用于檢測實施例1制備得到的耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能。并和未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液進行對比。試驗方法為參照石油天然氣行業標準SY/T5107-2005“水基壓裂液性能評價做法”，測量設備為RS6000流變儀，結果參見圖1。

圖1為黃原膠溶液(未添加溫度穩定劑CaCl₂)和實施例1中耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能曲線(100℃)。由圖1可知：在100℃、170s^-1條件下剪切90分鐘后，未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液的保留粘度為31.2mPa·s，而實施例1中的耐高溫黃原膠溶液的保留粘度為51.7mPa·s；與未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液相比，實施例1中的耐高溫黃原膠溶液具有更好的耐溫耐剪切性能，可以在100℃的井溫下使用。

試驗例3

本試驗用于檢測實施例2制備得到的耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能。并和未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液進行對比。試驗方法為參照石油天然氣行業標準SY/T5107-2005“水基壓裂液性能評價做法”，測量設備為RS6000流變儀，結果參見圖2。

圖2為黃原膠溶液(未添加溫度穩定劑CaCl₂)和實施例2中耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能曲線(120℃)。由圖2可知：在120℃、170s^-1條件下剪切90分鐘后，未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液的保留粘度為29mPa·s，而實施例2中的耐高溫黃原膠溶液的保留粘度為84mPa·s；與未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液相比，實施例2中的耐高溫黃原膠溶液具有更好的耐溫耐剪切性能，可以在120℃的井溫下使用。

試驗例4

本試驗用于檢測實施例3制備得到的耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能。并和未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液進行對比。試驗方法為參照石油天然氣行業標準SY/T5107-2005“水基壓裂液性能評價做法”，測量設備為RS6000流變儀，結果參見圖3。

圖3為黃原膠溶液(未添加溫度穩定劑HCOOK)和實施例3中耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能曲線(100℃)。由圖3可知：在100℃、170s-1條件下剪切90分鐘后，未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液的保留粘度為31.2mPa·s，而實施例3中的耐高溫黃原膠溶液的保留粘度為56.2mPa·s；與未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液相比，實施例3中的耐高溫黃原膠溶液具有更好的耐溫耐剪切性能，可以在100℃的井溫下使用。

試驗例5

本試驗用于檢測實施例4制備得到的耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能。并和未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液進行對比。試驗方法為參照石油天然氣行業標準SY/T5107-2005“水基壓裂液性能評價做法”，測量設備為RS6000流變儀，結果參見圖4。

圖4為黃原膠溶液(未添加溫度穩定劑HCOOK)和實施例4中耐高溫黃原膠溶液的耐溫耐剪切性能曲線。由圖4可知：在120℃、170s^-1條件下剪切90分鐘后，未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液的保留粘度為29mPa·s，而實施例4中的耐高溫黃原膠溶液的保留粘度為69mPa·s；與未添加溫度穩定劑的黃原膠溶液相比，實施例4中的耐高溫黃原膠溶液具有更好的耐溫耐剪切性能，可以在120℃的井溫下使用。