一种共聚物弱酸性压裂液体系及其制备方法与流程

本发明属于油气藏压裂技术领域具体涉及一种共聚物弱酸性压裂液体系及其制备方法。

背景技术：

国内许多油藏是属于低渗、低压、高温、深层等条件。而且，随着常规区块开采的深入进行，这些领域的勘探和开发已变的越来越重要。随之而来的是对这些储层的改造，使其能够形成有效的产能。而压裂是储层改造最为有效和最常用的增产措施。增稠剂是压裂液中最重要的成份之一，主要是起增稠、携砂和降低液体滤失作用，是决定压裂液性能和压裂效果的主要因素之一。现有增稠剂主要包括天然植物胶和合成聚合物。但是通常在低渗、低压、高温深层环境下，所作用的天然植物胶存在残渣多、耐温差、易腐败等弱点；而合成聚合物主要是聚丙烯酰胺，它耐温和耐矿化度性能较差。同时，植物胶大多所使用的是有机硼交联剂，它们是在碱性的环境下交联，而且仅适合在温度120℃以下使用，不能满足140℃以上高温环境的应用。特别是对于粘土含量高的地层，更容易造成碱敏而导致微粒运移，使得储层被二次伤害。有报到国外研制压裂液体系可用于200℃的高温，但对裂缝导流能力和地层均会产生很大的伤害。

技术实现要素：

针对目前低渗、碱敏、深层、高温等在压裂中所存在的问题，本发明提供一种共聚物弱酸性压裂液体系，包括共聚物增稠剂和复合型交联剂。作为增稠剂的共聚物是一种易溶解、无污染、无伤害、携沙性能好、尤其是剪切携沙性能好的新型共聚物，具有初粘小、摩阻低、耐温高、成胶强度大、流变性好、残渣少等特点，可以用作不同的区块和不同的地质条件下压裂液的增稠剂。同时，通过引入具有延缓释放功能的复合型交联剂，在酸性条件下进行交联，强化压裂液的网络结构，从而提高了压裂液的耐温性。在恒温140℃和剪切速率170S^-1条件下，连续剪切120min以上，压裂液的粘度大于120mPa·S。证明该压裂液体系具有良好的耐温和抗剪切性能。而当压裂液破胶后由于体系呈弱酸性使其更具备了防膨、助排的功效，将成为低渗、深层、高温等油藏压裂改造的首选。

本项发明提供的一种共聚物弱酸性压裂液体系按质量份计由下列组分组成，共聚物增稠剂0.3-0.6份、复合型交联剂0.4-0.8份、水98-99份；

所述共聚物增稠剂由按质量份计的下列组分组成：丙烯酸单体0-2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体0-8份、N,N二甲基丙烯酰胺单体0-2份、丙烯磺酸钠单体0-8份、丙烯酰胺单体0-25份，水50-75份，所述共聚物增稠剂至少包括上述3种单体；

所述复合型交联剂由按质量份计的下列组分组成：过渡金属盐5-12份、配位体25-45份、温度促进剂0-0.5份、络合剂0-5份和溶剂50-60份，所述过渡金属盐为锆盐、铝盐、铁盐、钛盐和铬盐的一种或几种，配位体为含有孤对电子元素的有机化合物。溶剂为水和醇的至少一种，络合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)、多羟基醇钠和有机酸的一种或几种；温度促进剂为稀土金属盐。

所述共聚物增稠剂为非离子型聚合物，平均分子量为200-300万，具有水溶性好、增稠能力强、抗盐能力强、残渣少、安全环保等特性。

所述多羟基醇钠为述强氧化剂为过硫酸胺、过硫酸钾和过氧化氢的一种或几种。

优选所述过渡金属盐为锆盐和铝盐的至少一种。优选所述稀土金属盐为硫酸铈和硫酸高铈的至少一种。

本发明还提供一种共聚物弱酸性压裂液体系的合成方法，包括如下步骤：A.共聚物增稠剂的合成：将所述单体溶解在水中，加入质量为单体总量的0.05-0.1％的催化剂，所述催化剂为二氧化锰和碳酸氢钠的混合物或为强氧化剂，控制反应温度在30-50℃，随着反应液粘度的增加，逐步增加反应温度，达到50℃，反应4小时，将反应物烘干，粉碎，即得到本发明的共聚物增稠剂。

B.复合型交联剂的合成：将水和乙醇混合均匀，加入过渡金属盐，搅拌均匀，加入配位体，在85℃下反应2小时，再加入络合剂，温度促进剂，在80℃下反应4小时，得到复合型交联剂。

C.共聚物弱酸性压裂液体系的合成：将水和步骤A合成的共聚物增稠剂搅拌均匀，放置30min以上，加入步骤B合成的复合型交联剂，搅拌均匀，即得共聚物弱酸性压裂液体。

优选所述强氧化剂为过硫酸胺、过硫酸钾和过氧化氢的一种或几种。

本发明的有益效果是：本发明的共聚物增稠剂是一种低分子量，易溶解、无污染、无伤害、携沙性能好、尤其是剪切携沙性能好的新型共聚物，具有增稠能力强、抗盐能力强、残渣少、初粘小、摩阻低、耐温高、成胶强度大、流变性好等特点，基液pH值为5-6。

本发明的共聚物可以针对不同的用途选用不同的单体进行聚合。对强度要求高，可加入丙烯酸单体；要求耐温好，可选用丙烯酸和AMPS单体；要求耐盐性好，可选用AMPS单体。

该项发明复合型交联剂是一种新型耐高温、具有延缓释放功能的。它能够使体系在弱酸性条件下进行交联；它包含有多种金属元素以及可以与这些金属元素形成配位络合体的多种有机物。如：含羟基、羰基和羧基的有机化合物。并由于其结构特点可以强化压裂液的网络结构，从而提高了压裂液的耐温性。同时，它是一种温度敏感的材料，可以在20－45℃和60－120℃释放出交联离子。因此，它还可以依据不同的交联时间和温度的要求，在一定的条件下使压裂液基液形成胶体，以进行携砂和压裂。

该发明所包含的交联剂作为共聚物弱酸性压裂液体系的主要成分，可以使基液在弱酸性的条件下形成耐温、抗剪切、携砂性能好、易破胶、可以在高温下二次交联的压裂液体系。

通过使用所发明的耐高温共聚物增稠剂和弱酸性条件下使用的复合型交联剂，使共聚物弱酸性压裂液体系可以形成弱酸性体系、成胶时间可调、耐温、低残渣、低滤失量、易返排的新型压裂液体系。它可以应用于低渗、碱敏、深层、高温等不同的环境。

附图说明

图1为共聚物弱酸性压裂液体系140℃的粘温、粘时曲线。

图2为共聚物弱酸性压裂液体系180℃的粘温、粘时曲线。

具体实施方式

共聚物增稠剂的合成

实施例1

按质量份计，取0.2份N,N二甲基丙烯酰胺，加入到50份水中，加热将其溶解，再加入8份AMPS单体，再加入3份丙烯酸单体，再加入20份丙烯酰胺单体，将其全部溶解，在搅拌状态下缓慢加入单体总质量0.5％温度促进剂硫酸铈，待反应温度达到30℃以上，反应2小时。随着反应液粘度的增加，逐步增加反应温度，达到50℃后，再反应2小时，将反应物烘干，粉碎，即得到本发明的共聚物。质量百分数为0.5％共聚物基液pH值为5-6。

实施例2

按质量分计，取2份N,N二甲基丙烯酰胺，加入到50份水中，加热将其溶解，再加入8份AMPS单体，搅拌溶解。再加入25份丙烯酰胺单体，将其全部溶解。在搅拌状态下缓慢加入单体总量0.5％温度促进剂硫酸铈，待反应温度达到30℃以上，反应2小时。再加入15份水，搅拌，继续反应。随着反应液粘度的增加，逐步增加反应温度，达到50度后，再反应2小时，将反应物烘干，粉碎，即得到本发明的共聚物。质量百分数为0.5％共聚物基液pH值为5-6，粘度大于80mPa·s，共聚物溶于水中，通过羧酸根离子的同性静电斥力，分子链由螺旋状伸展为棒状，从而提高了水相的黏度。通过彼此之间架桥形成网状结构，增加了体系的黏度。

复合型交联剂的合成

实施例3

按质量分计，取45份水，15份乙醇，混合均匀，加入10份氧氯化锆，搅拌均匀，加入22份葡萄糖酸钠，在85℃下反应2小时，再加入8份的乙酸，0.5份的硫酸铈，在80℃下反应4小时，得到棕色均匀液体。

实施例4

按质量分计，取45份水，15份乙醇，混合均匀，加入8份氧氯化锆，搅拌均匀，加入0.5份的硫酸铈，常温下反应1小时。再加入30份多羟基酮和8份乙酸，在85℃下反应4小时，再加入1份EDTA,继续反应1小时，得到得到棕色均匀液体。

实施例5

按质量分计，取35份水，15份乙醇，混合均匀，加入12份氧氯化锆，搅拌均匀，加入0.5份的硫酸铈，常温下反应1小时。再加入25份多羟基酮和8份乙酸，在85℃下反应4小时，再加入5份葡萄糖酸钠,继续反应1小时，得到棕色均匀液体。

共聚物弱酸性压裂液体系的合成

实施例6

按质量分计，取99份水，加入0.5份实施例1所得的增稠剂，搅拌均匀，放置30min以上，加入0.5份实施例3所得的交联剂，搅拌均匀，即得到本发明的共聚物压裂液体。

实施例7

按质量分计，取99份水，加入0.6份实施例2所得的增稠剂，搅拌均匀，放置30min以上，加入0.4份实施例4所得的交联剂，搅拌均匀，即得到本发明的共聚物压裂液体。

实施例8

按质量分计，取98份水，加入0.3份实施例2所得的增稠剂，搅拌均匀，放置30min以上，加入0.8份实施例5所得的交联剂，搅拌均匀，即得到本发明的共聚物压裂液体。

实施例6-8所述的共聚物弱酸性压裂液体系性能测试：1.耐温性：

在140℃、170s^-1条件下剪切不同时间后压裂液的黏度随剪切时间变化如图1所示，剪切1h后压裂液的粘度在100mpa·s以上；在180℃、170s^-1条件下剪切不同时间后压裂液的黏度随剪切时间变化如图2所示，剪切2h后压裂液的粘度仍然大于50mPa·s，具有很好的耐温、抗剪切性能，完全能满足高温、深层的压裂施工要求。

2表面张力：26.6mN/m(胍胶33.82mN/m)。

3界面张力：<1.2mN/m(胍胶1.25mN/m)。

4残渣：50mg/L左右，是常规瓜胶的1/18。

5滤失系数：2.3×10-4

6低伤害

7腐变性：20-35℃可存放15-20d；

8压裂液破胶时间：2.5-3h，破胶剂加量0.1-0.3％

9通常情况下返排率可达：75％以上。在现场施工的实际中最高达90％；

10携砂性能：形成高强度交联体，具有非常好的携砂性能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。