CN101481608B

CN101481608B - 清洁压裂液及其应用

Info

Publication number: CN101481608B
Application number: CN200910013666XA
Authority: CN
Inventors: 王彦玲; 杨彪; 邵红云; 赵修太; 邱广敏; 刘德新; 郑晶晶; 胡娟; 倪洁; 李海涛
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2029-01-19
Also published as: CN101481608A

Abstract

本发明涉及一种清洁压裂液及其应用，压裂液按质量份组分如下：增稠剂50-80份，水杨酸盐10-35份，破胶剂2-5份。本发明清洁压裂液用于油田压裂，在应用现场按质量份将各组份混合后配成2-6％质量百分比的水溶液，搅拌均匀，然后与压裂支撑剂一起打入井下。本发明的清洁压裂液压裂支撑剂分散均匀、破胶彻底。

Description

清洁压裂液及其应用

(一)技术领域

本发明涉及一种油气田开发过程中用于压裂增产措施的压裂液及制备方法，具体涉及一种清洁压裂液及其制备方法，属于油田化学技术领域。

(二)背景技术

目前我国油田低渗透油藏的采油速度和采出程度均较低，稳产难度很大，压裂工艺是增产的主导技术。国内外最常使用的压裂液为水基聚合物压裂液，天然或合成聚合物在交联剂的作用下形成高黏度的压裂液。这些压裂液体系的缺点是压裂液破胶不完全，而且破胶后残渣将残留在裂缝内，将严重降低支撑剂充填层的渗透率，从而伤害产层，导致压裂效果变差。一种新型的清洁压裂液技术-黏弹性表面活性剂压裂液技术，在降低对油层、裂缝的伤害和提高压裂改造效果方面具有独特的优势，该压裂液的增稠剂为表面活性剂，体系中无聚合物，破胶后残渣少，对地层的伤害小，特别适用于低渗透油藏的压裂改造。

美国专利US5551516公开了黏弹性表面活性剂压裂液的组成，含有至少60％的N-芥油基-N，N-二羟乙基甲基氯化铵，同时加入氯化钾或氯化铵以及水杨酸钠。

中国专利ZL200310116815.8(授权公告号CN1285700C)公开了一种清洁压裂液的配方，由十八个碳原子的不饱和脂肪酸盐和盐水混合或十八个碳原子的脂肪酸、无机碱和盐水混合。

中国专利ZL03110938.1(授权公告号CN1206307C)公开了由十六烷基三甲基溴化铵、水杨酸钠、水组成的无伤害压裂液。

中国专利ZL200410078253.7(授权公告号CN1313563C)公开了一种清洁压裂液添加剂：长碳链烷基季铵盐、长碳链烷基二甲基氧化胺、水杨酸盐、乙二醇醚、低碳醇、水。

中国专利200810150252.7(公开号CN101298555A)申请了一种无伤害清洁压裂液，包含烷基季铵盐混合物、反离子盐、低碳醇和水。

现有技术应用于油田压裂增产，在施工和防止地层伤害方面等表现出较水基聚合物压裂液的优点，均采用压裂液与地下原油接触后实现破胶，但是在气井以及含油饱和度低的油井、高砂比阶段的压裂液，压裂液未能与地下原油充分接触，难以彻底破胶，出现返排液粘度较高、有时返排液含砂的现象；而且存在压裂液的交联速度快、支撑剂易抱团的问题。

(三)发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种能够不依靠地层流体(原油、水)破胶的清洁压裂液及其制备方法，破胶彻底，破胶液黏度低，压裂液的交联速度可延迟、支撑剂不抱团。

本发明的清洁压裂液，按质量份组分如下：

增稠剂50-80份，水杨酸盐10-35份，破胶剂2-5份。

优选的，所述的增稠剂N-脂肪酰胺丙基-N-(1，2羟基丙基)-N，N-二甲基氯化铵或N-脂肪酰胺丙基-N-羟乙基-N，N-二甲基氯化铵。

优选的，所述的水杨酸盐为水杨酸钠或水杨酸钾。

优选的，所述的破胶剂为过硫酸钾、过硫酸铵、溴酸钾、高锰酸钾、三氧甲基苯或苄基氯，或者过硫酸钾、过硫酸铵、溴酸钾、高锰酸钾、三氧甲基苯或苄基氯经包覆而成的胶囊剂。

优选的，所述的增稠剂是按以下方法制得：

(1)在合成反应釜中，定量加入脂肪酸或脂肪酸酯。使用固体原料时需要加热至完全熔化。

(2)在上述合成反应釜中缓慢加入N，N-二甲基丙二胺，脂肪酸或脂肪酸酯与N，N-二甲基丙二胺的摩尔比1∶1.1，边加边搅拌，保持温度低于90℃，加完后升温至150-180℃，并在此温度下反应约5-7hr。反应过程中保持真空度0.2-1MPa，定时取样，用盐酸标准溶液测定混合物的胺值，当反应物的胺值不再改变时即为终点。反应原料为脂肪酸酯时，合成反应釜中加入反应物总量0.5％的KOH作为催化剂。

(3)将上述釜中的温度降至60℃以下时，加入乙醇，加量为反应物总重量15-40％，搅拌均匀后，加入卤代羟基醇，脂肪酸或脂肪酸酯与卤代羟基醇的摩尔比1∶1.2，用20％wt的NaOH水溶液调节反应物的pH值在7-8之间。再升温至80℃±5℃，回流反应4-6hr，得产物。

上述步骤(1)所述的脂肪酸优选油酸或芥子酸之一或其组合。

上述步骤(1)所述的脂肪酸酯优选植物油脂、脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯。

所述的植物油脂为棉籽油、花生油、亚麻油或菜子油。

所述的脂肪酸甲酯为油酸或芥子酸的甲酯，所述的脂肪酸乙酯为油酸或芥子酸的乙酯。

上述步骤(3)所述的卤代羟基醇优选3-氯-1，2-丙二醇或2-氯乙醇。

本发明的清洁压裂液的应用，用于油田压裂增产。具体使用方法是：

在应用现场按质量份将各组份混合后配成1-6％质量百分比的水溶液，搅拌均匀，然后与压裂支撑剂一起打入井下。根据现场要求，还可加入氯化钾。压裂支撑剂按本领域现有技术。

本发明的清洁压裂液具有以下优良效果：

1、本发明的清洁压裂液中采用的增稠剂具有以下优点：A流动性好，常温下黏度低于100mPaS；B在水中容易分散，配制时稍加搅拌或晃动即可完全溶解；C浓度高，减少了运输负担。

2、本发明的清洁压裂液交联时间可调。

3、本发明的清洁压裂液破胶彻底，不与原油、地层水接触，破胶液黏度小于5mPaS。

4、本发明的清洁压裂液，支撑剂分散均匀，不抱团。

5、本发明的清洁压裂液在配制过程中，即使是剧烈搅动，也无泡沫，方便施工。

6、本发明的清洁压裂液破胶液表、界面张力低，易于返排。

(四)具体实施方式

以下实施例仅用于进一步说明本发明，但不限制本发明。

实施例1、增稠剂N-油酸酰胺丙基-N-(1，2羟基-丙基)-N，N-二甲基氯化铵的合成

在1000L合成釜中，加入460Kg油酸，然后加入183Kg N，N-二甲基丙二胺，边加边搅拌，加完后升温至150℃±5℃，反应6hr左右，反应过程中定时取样，用盐酸标准溶液测定混合物的胺值，当反应物的胺值不再改变时，降温至60℃，加入20Kg乙醇，搅拌均匀。加入232Kg 3-氯-1，2-丙二醇，用20％的NaOH水溶液调节反应物的pH值在7-8之间，升温至80℃±5℃，回流反应5hr即得产物N-油酸酰胺丙基-N-(1，2羟基-丙基)-N，N-二甲基氯化铵。

实施例2、增稠剂N-芥子酰胺丙基-N-(1，2羟基-丙基)-N，N-二甲基氯化铵的合成

在1000L合成釜中，加入414Kg芥子酸，然后加入207Kg N，N-二甲基丙二胺，边加边搅拌，加完后升温至160℃±5℃，反应6hr左右，反应过程中定时取样，用盐酸标准溶液测定混合物的胺值，当反应物的胺值不再改变时，降温至60℃，加入21Kg乙醇，搅拌均匀。加入263Kg 3-氯-1，2-丙二醇，用20％的NaOH水溶液调节反应物的pH值在7-8之间，升温至80℃±5℃，回流反应5hr即得产物N-芥子酰胺丙基-N-(1，2羟基-丙基)-N，N-二甲基氯化铵。

实施例3、增稠剂N-芥子酰胺丙基-N-(1，2羟基-丙基)-N，N-二甲基氯化铵的合成

在1000L合成釜中，加入440Kg芥子酸甲酯，然后加入207Kg N，N-二甲基丙二胺，边加边搅拌，加完后加入3.3Kg KOH作为催化剂，升温至160℃±5℃，反应6hr左右，反应过程中定时取样，用盐酸标准溶液测定混合物的胺值，当反应物的胺值不再改变时，降温至60℃，加入21Kg乙醇，搅拌均匀。加入263Kg 3-氯-1，2-丙二醇，用20％的NaOH水溶液调节反应物的pH值在7-8之间，升温至80℃±5℃，回流反应5hr即得产物。

实施例4、增稠剂N-油酸酰胺丙基-N-羟乙基-N，N-二甲基氯化铵的合成

在1000L合成釜中，加入460Kg油酸，然后加入183Kg N，N-二甲基丙二胺，边加边搅拌，加完后升温至150℃±5℃，回流反应6hr左右，反应过程中定时取样，用盐酸标准溶液测定混合物的胺值，当反应物的胺值不再改变时，降温至60℃，加入20Kg乙醇，搅拌均匀。加入157Kg 2-氯乙醇，用20％的NaOH水溶液调节反应物的pH值在7-8之间，升温至80℃±5℃，回流反应5hr即得产物N-油酸酰胺丙基-N-羟乙基-N，N-二甲基氯化铵。

实施例5、清洁压裂液

按质量份：增稠剂65份，水杨酸钠32份，过硫酸钾3份。所用增稠剂是实施例2合成的。

将以上各组份混合后配成4％质量百分比的水溶液，搅拌均匀，交联时间2min，100℃，170S^-1剪切1hr后，黏度120mPaS，压裂支撑剂分散均匀。破胶后残渣为0，破胶液黏度5mPaS，表面张力25mN/m，界面张力1.2mN/m。

实施例6、清洁压裂液

如实施例5，所不同的是破胶剂是过硫酸铵。产品性能不变。

实施例7、清洁压裂液

如实施例4，所不同的是水杨酸盐为水杨酸钾。产品性能不变。

实施例8、清洁压裂液

按质量份：增稠剂60份，水杨酸钠35份，过硫酸钾5份。增稠剂为实施例1合成的。

将以上各组份混合后配成5％质量百分比的水溶液，搅拌均匀，交联时间1.8min，80℃，170S^-1剪切1hr后，为黏度90mPaS。

实施例9、清洁压裂液

如实施例5，所不同的是增稠剂为实施例1合成的。配成4％质量百分比的水溶液搅拌均匀，交联时间1.8min，80℃，170S^-1剪切1hr后，黏度80mPaS。

实施例10、清洁压裂液

如实施例5，所不同的是增稠剂为实施例3合成的。产品性能与实施例4相同。实施例11、清洁压裂液

如实施例8，所不同的是增稠剂为实施例4合成的。产品性能与实施例8相同。

Claims

1.一种清洁压裂液，其特征在于按质量份组分如下：

增稠剂50-80份，水杨酸盐10-35份，破胶剂2-5份；

所述的增稠剂为N-脂肪酰胺丙基-N-(1，2羟基丙基)-N，N-二甲基氯化铵或N-脂肪酰胺丙基-N-羟乙基-N，N-二甲基氯化铵；

所述的破胶剂为过硫酸钾、过硫酸铵、溴酸钾、高锰酸钾、三氧甲基苯或苄基氯，或者过硫酸钾、过硫酸铵、溴酸钾、高锰酸钾、三氧甲基苯或苄基氯经包覆而成的胶囊剂；

在应用现场按质量份将各组份混合后配成1-6％质量百分比的水溶液，搅拌均匀，然后与压裂支撑剂一起打入井下。

2.如权利要求1所述的清洁压裂液，其特征在于所述的水杨酸盐选自水杨酸钠或水杨酸钾。

3.如权利要求1所述的清洁压裂液，其特征在于所述的增稠剂是按以下方法制得：

(1)在合成反应釜中，定量加入脂肪酸或脂肪酸酯；使用固体原料时需要加热至完全熔化；

(2)在上述合成反应釜中缓慢加入N，N-二甲基丙二胺，脂肪酸或脂肪酸酯与N，N-二甲基丙二胺的摩尔比1∶1.1，边加边搅拌，保持温度低于90℃，加完后升温至150-180℃，并在此温度下反应约5-7hr；反应过程中保持真空度0.2-1MPa，定时取样，用盐酸标准溶液测定混合物的胺值，当反应物的胺值不再改变时即为终点；反应原料为脂肪酸酯时，合成反应釜中加入反应物总量0.5％的KOH作为催化剂；

(3)将上述釜中的温度降至60℃以下时，加入乙醇，加量为反应物总重量15-40％，搅拌均匀后，加入卤代羟基醇，所述的卤代羟基醇是3-氯-1，2-丙二醇或2-氯乙醇，脂肪酸或脂肪酸酯与卤代羟基醇的摩尔比1∶1.2，用20wt％的NaOH水溶液调节反应物的pH值在7-8之间；再升温至80℃±5℃，回流反应4-6hr，得产物。

4.如权利要求3所述的清洁压裂液，其特征在于步骤(1)所述的脂肪酸为油酸或芥子酸之一或其组合。

5.如权利要求3所述的清洁压裂液，其特征在于步骤(1)所述的脂肪酸酯为植物油脂、脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯；其中，所述的植物油脂为棉籽油、花生油或菜子油，所述的脂肪酸甲酯为油酸或芥子酸的甲酯，所述的脂肪酸乙酯为油酸或芥子酸的乙酯。