專利名稱：一種水基壓裂液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓裂液，具體涉及一種不含有交聯(lián)劑的水基壓裂液，以及該水基壓裂液的制備方法。
背景技術(shù)：
水力壓裂是油氣井增產(chǎn)、水井增注的一項重要技術(shù)措施。當?shù)孛娓邏罕媒M將高粘度液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起超過井壁附近地應壓力及巖石抗張強度的壓力后，即在地層中形成裂縫。隨著帶有支撐劑的液體注入裂縫中，裂縫逐漸向前延伸。這樣在地層中形成了足夠的長并具有一定寬度及高度的填砂裂縫。由于其具有很高的滲透能力，使油氣能順暢的流入井中，起到增產(chǎn)的作用。壓裂液是水力壓裂改造油氣層過程中的工作液，它起到傳遞壓力，形成地層裂縫，攜帶支撐劑進入裂縫的作用。目前，國內(nèi)國外廣泛使用的壓裂液體系可分為水基壓裂液、油基壓裂液、泡沫壓裂液和乳化壓裂液，其中水基壓裂液占整個壓裂液體系的絕大多數(shù)。水基壓裂液由聚合物稠化劑、交聯(lián)劑、破膠劑、PH調(diào)節(jié)劑、粘土穩(wěn)定劑等組成，其中稠化劑主要是胍膠和其衍生物，但是，最近幾年，胍膠的價格陡然增加。這使得油田壓裂增產(chǎn)的成本急劇增加，其壓裂液成本由300-400元猛然增加到1000元以上。為此，中國專利文獻CN100591743C公開了一種復合壓裂液，其中復配成膠劑為壓裂液質(zhì)量的0.4-1.0wt%,金屬交聯(lián)劑為壓裂液質(zhì)量的0.05-0.7wt%,氧化破膠劑為壓裂液質(zhì)量的0.05-0.5wt%，其余為水。目前水基壓裂液配制的工藝一般包括稠化水的配制、稠化水的交聯(lián)和凍膠的破膠三個階段，上述專利文獻公開的技術(shù)中，采用金屬交聯(lián)劑通過交聯(lián)離子(基團)將溶解于水中的高分子鏈上的活性基團以化學鍵連接起來形成三維網(wǎng)狀凍膠結(jié)構(gòu)，上述交聯(lián)劑在 稠化水的交聯(lián)方面起到良好的作用，但由于壓裂液注入地層后存在難破膠，返排效率低的缺點，使得交聯(lián)劑中的大量金屬離子存留于地層中，其容易與地層中的硫酸根離子和碳酸根離子形成沉淀而堵塞喉道，從而影響油氣采收率；另外，壓裂液注入地層后難破膠，難返排，使得殘留的凍膠堵塞孔隙，影響支撐劑的滲透率，進而影響油氣的采收率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述解決的第一個技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中壓裂液中殘留的金屬離子容易與地層中的硫酸根離子或碳酸根離子形成沉淀而堵塞喉道的問題，本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題在于壓裂液注入地層后難破膠，難返排，使得殘留的凍膠堵塞孔隙的問題，進而提供一種不使用金屬交聯(lián)劑且易破膠的水基壓裂液。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種水基壓裂液,所述水基壓裂液包括:lwt%_2.5wt%的稠化劑,0.5wt%-2wt%的破膠劑和水；所述稠化劑由纖維素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺組成；所述破膠劑包括過硫酸鹽；所述質(zhì)量百分數(shù)以所述水基壓裂液中水的質(zhì)量為基準。
所述水基壓裂液還包括lwt%_3wt%粘土防膨劑和/或0.05wt%-lwt%助排劑；所述粘土防膨劑為氯化鉀，所述助排劑為陰離子表面活性劑。所述破膠劑由過硫酸鹽和有機酸組成。所述纖維素衍生物為羧甲基纖維素、羥乙基纖維素或羧甲基羥乙基纖維素中的一種或幾種；所述部分水解聚丙烯酰胺的水解度為20%-50%，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量為 3X IO6-L 8 X IO7。所述纖維素衍生物與部分水解聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:(0.25-1)。所述稠化劑由羧甲基纖維素和部分水解的聚丙烯酰胺組成，所述羧甲基纖維素和所述部分水解聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:0.5。所述過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸鈉中的一種或幾種；所述有機酸為乙酸、草酸、檸檬酸中的一種或幾種。所述過硫酸鹽與所述有機酸的質(zhì)量比為3: (1-3)。所述破膠劑由過硫酸銨和檸檬酸組成，所述過硫酸銨和所述檸檬酸的質(zhì)量比為3:2。一種上述水基壓裂液的制備方法，包括( 1)在室溫下，將水、lwt%_2.5wt%的稠化劑加入一燒杯中攪拌，使所述稠化劑配制成凍膠；在本步驟所述稠化劑由纖維素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺組成，所述質(zhì)量百分數(shù)以所述水基壓裂液中水的質(zhì)量為基準；(2)將0.5被%-2被％的破膠劑加入所述步驟(I)形成的凍膠中，攪拌均勻，形成所需的水基壓裂液，在本步驟所述破膠劑包括過硫酸鹽。上述的水基壓裂液的制備方法，在加入所述破膠劑前還包括向所述凍膠中加入lwt%-3wt%粘土防膨劑和/或0.05wt%-lwt%助排劑并攪拌均勻的步驟。上述的水基壓裂液的制備方法，所述破膠劑由質(zhì)量比為3:(1-3)的過硫酸鹽和有機酸組成。上述水基壓裂液及其制備方法中所述質(zhì)量百分數(shù)均以所述水基壓裂液中水的質(zhì)
量為計算基準。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:(1)本發(fā)明中纖維素衍生物與部分水解聚丙烯酰胺之間通過分子間的氫鍵締合形成三維網(wǎng)狀凍膠結(jié)構(gòu)，不再依附于金屬交聯(lián)劑，從而有效避免了重金屬離子在地層中的沉淀，減少了對地層的傷害；此外在壓裂液注入地層的過程中，由于氫鍵剪切后還可以再形成，進而提高了壓裂液的抗剪切能力，減少了壓裂液凍膠結(jié)構(gòu)在傳輸過程中的破壞。(2)本發(fā)明采用由過硫酸鹽和有機酸形成的破膠劑，破膠效果好，壓裂液易返排，凍膠殘留量小，不易堵塞支撐劑間的縫隙，提高了支撐劑裂縫的滲透率。(3)本發(fā)明的壓裂液中不存在交聯(lián)劑，不用考慮壓裂液的常規(guī)制備工藝中，交聯(lián)溫度、交聯(lián)PH條件和交聯(lián)時的攪拌工藝等對交聯(lián)后的凍膠性質(zhì)的影響，制備方法簡單，易操作。(4)本發(fā)明的壓裂液在低溫情況下即可破膠，避免了壓裂液使用的局限性，擴大了其使用范圍。
具體實施方式
在本發(fā)明實施例中羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素均購自任丘燕興化工廠，其粘度均為1200mpa/s，部分水解聚丙烯酰胺由購自廊坊盛源化工有限責任公司的聚丙烯酰胺經(jīng)堿水解制得，得到的部分水解聚丙烯酰胺分子量測定方法參見GB/T12005.10-92，水解度的測定方法參見GB 12005.6-1989。以下實施例中部分水解聚丙烯酰胺的制備方法為，向IOOOml質(zhì)量分數(shù)為2%的聚丙烯酰胺水溶液中加入質(zhì)量分數(shù)為30%的氫氧化鈉水溶液500ml，攪拌均勻后于60°C下進行加熱反應，隨著反應的進行，選取反應產(chǎn)物參照GB 12005.6-1989測定產(chǎn)物的水解度，當水解度達到所需要求后終止反應，依次用乙醇和丙酮沉析，并將沉析得到的產(chǎn)物用剪刀剪碎，放入蒸發(fā)皿中鋪開，在45°C下于真空干燥箱中干燥72h后用研缽研碎，儲存在干燥器中備用。實施例1(I)量取500mL水，加入5g羧甲基纖維素和2.5g部分水解聚丙烯酰胺(水解度30%，粘均分子量300-1200萬)，攪拌充分溶解配制成凍膠。(2)向步驟(I)形成的凍膠中加入IOg氯化鉀，攪拌均勻，在攪拌過程中所述凍膠的粘度逐漸增加。(3)稱取3g過硫酸銨和2g檸檬酸，加入步驟(2)形成的凍膠中，攪拌均勻，得到所需的水基壓裂液。實施例2(I)量取500mL水，加入IOg羥乙基纖維素和2.5g部分水解聚丙烯酰胺(水解度20%，粘均分子量800-1200萬)，攪拌充分溶解配制成凍膠。(2)向步驟(I)形成的凍膠中加入5g氯化鈉和5g十二燒基苯磺酸鈉,攪拌均勻，在攪拌過程中所述凍膠的粘度逐漸增加。(3)稱取2.5g過硫酸銨加入步驟(2)形成的凍膠中，攪拌均勻，得到所需的水基壓裂液。實施例3(I)量取500mL水，加入2.5g羧甲基羥乙基纖維素和2.5g部分水解聚丙烯酰胺(水解度50%，粘均分子量300-800萬)，攪拌充分溶解配制成凍膠。(2)向步驟(I)形成的凍膠中加入0.25g十二烷基硫酸鈉，攪拌均勻，在攪拌過程中所述凍膠的粘度逐漸增加。(3)稱取1.25g過硫酸銨和1.25g乙酸加入步驟(2)形成的凍膠中，攪拌均勻，得到所需的水基壓裂液。實施例4(I)量取500m L水，加入3g羧甲基纖維素和3g羥乙基纖維素的混合物6g和4g部分水解聚丙烯酰胺(水解度30%，粘均分子量300-1000萬)，攪拌充分溶解配制成凍膠。(2)向步驟(I)形成的凍膠中加入15g氯化銨和2.5g十二烷基磺酸鈉，攪拌均勻，在攪拌過程中所述凍膠的粘度逐漸增加。(3)稱取7.5g過硫酸銨和2.5g草酸加入步驟(2)形成的凍膠中，攪拌均勻，得到所需的水基壓裂液。實施例5
(I)量取500mL水，加入IOg羧甲基纖維素和2.5g部分水解聚丙烯酰胺(水解度20%，粘均分子量900-1800萬)，攪拌充分溶解配制成凍膠。(2)稱取2.5g過硫酸銨加入步驟(I)形成的凍膠中，攪拌均勻，得到所需的水基壓裂液。實施例6(I)量取500mL水，加入6g羧甲基羥乙基纖維素和4g部分水解聚丙烯酰胺(水解度30%，粘均分子量300-900萬)，攪拌充分溶解配制成凍膠。(2)向步驟(I )形成的凍膠中加入15g防膨劑氯化鉀和2.5g助排劑石油磺酸鈉，攪拌均勻，在攪拌過程中所述凍膠的粘度逐漸增加。(3)稱取7.5g過硫酸銨加入步驟(2)形成的凍膠中，攪拌均勻，得到所需的水基壓裂液。測試例本發(fā)明進一步對實施例1 6中制備得到的水基壓裂液進行了粘度、耐溫性能測試、抗剪切性能、攜砂性能和破膠性能測試，測試方法參見標準SY/T5107-2005，測試結(jié)果如下:表I水基壓裂液耐溫性能測試
權(quán)利要求
1.一種水基壓裂液，其特征在于，所述水基壓裂液包括: lwt%-2.5wt%的稠化劑，0.5wt%-2wt%的破膠劑和水； 所述稠化劑由纖維素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺組成，所述破膠劑包括過硫酸鹽； 所述質(zhì)量百分數(shù)以所述水基壓裂液中水的質(zhì)量為基準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水基壓裂液，其特征在于，所述水基壓裂液還包括占所述水質(zhì)量lwt%-3wt%粘土防膨劑和/或占所述水質(zhì)量0.05wt%-lwt%助排劑； 所述粘土防膨劑為氯化鉀，所述助排劑為陰離子表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水基壓裂液，其特征在于，所述破膠劑由過硫酸鹽和有機酸組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的水基壓裂液，其特征在于， 所述纖維素衍生物為羧甲基纖維素、羥乙基纖維素或羧甲基羥乙基纖維素中的一種或幾種； 所述部分水解聚丙烯酰胺的水解度為20%-50%， 所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量 為3 X IO6-1.8 X 107。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水基壓裂液，其特征在于， 所述纖維素衍生物與部分水解聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:(0.25-1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水基壓裂液，其特征在于，所述稠化劑由羧甲基纖維素和部分水解的聚丙烯酰胺組成，所述羧甲基纖維素和所述部分水解聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:0.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6任一所述的水基壓裂液，其特征在于， 所述過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸鈉中的一種或幾種； 所述有機酸為乙酸、草酸、檸檬酸中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水基壓裂液，其特征在于， 所述過硫酸鹽與所述有機酸的質(zhì)量比為3:(1-3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水基壓裂液，其特征在于， 所述破膠劑由過硫酸銨和檸檬酸組成，所述過硫酸銨和所述檸檬酸的質(zhì)量比為3:2。
10.一種權(quán)利要求1-9任一所述的水基壓裂液的制備方法，包括 (1)在室溫下，將水、lwt%-2.5wt%的稠化劑加入一燒杯中攪拌，使所述稠化劑配制成凍膠，在本步驟所述稠化劑由纖維素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺組成； (2)將0.5wt%-2wt%的破膠劑加入所述步驟(I)形成的凍膠中，攪拌均勻，形成所需的水基壓裂液，在本步驟所述破膠劑包括過硫酸鹽； 所述質(zhì)量百分數(shù)以水的質(zhì)量為基準。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的水基壓裂液的制備方法，其特征在于，在加入所述破膠劑前還包括向所述凍膠中加入lwt%-3wt%粘土防膨劑和/或0.05wt%-lwt%助排劑并攪拌均勻的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的水基壓裂液的制備方法，其特征在于，所述破膠劑由質(zhì)量比為3:(1-3)的過硫酸鹽和有機酸組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種不含有金屬交聯(lián)劑的水基壓裂液，以及該水基壓裂液的制備方法，所述水基壓裂液包括1wt%-2.5wt%的稠化劑、0.5wt%-2wt%的破膠劑和水；其中所述稠化劑由纖維素衍生物和部分水解聚丙烯酰胺組成，所述破膠劑包括過硫酸鹽，所述質(zhì)量百分數(shù)以水為基準。本發(fā)明中纖維素衍生物與部分水解聚丙烯酰胺之間通過分子間的氫鍵締合形成三維網(wǎng)狀凍膠結(jié)構(gòu)，不再依附于金屬交聯(lián)劑，從而有效避免了重金屬離子在地層中的沉淀，減少了對地層的傷害；此外在壓裂液注入地層的過程中，由于氫鍵剪切后還可以再形成，進而提高了壓裂液的抗剪切能力，減少了壓裂液凍膠結(jié)構(gòu)在傳輸過程中的破壞。
文檔編號C09K8/68GK103173200SQ20121056641
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者秦升益, 王中學, 胡寶苓, 王光, 許智超, 鐘毓娟 申請人:北京仁創(chuàng)科技集團有限公司