本發(fā)明涉及油田化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種海水基壓裂液用交聯(lián)劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著我國油氣勘探開發(fā)的不斷深入，海洋油氣田的開發(fā)已經(jīng)成為油氣開發(fā)的重要組成部分。但有部分海上區(qū)塊儲層孔隙度低，屬于低滲或超低滲儲層，對該類致密油藏需要進(jìn)行壓裂改造。

對于海洋壓裂作業(yè)來講，通過補(bǔ)給船向作業(yè)平臺提供淡水進(jìn)行配液，經(jīng)常會受到平臺作業(yè)空間、運(yùn)輸和成本等多種因素限制，很難滿足海上壓裂改造的需要。而在海上作業(yè)，海水是最方便易得、最廉價的資源，可大大解決壓裂作業(yè)對淡水的依賴。

但是如果用海水來配制基液，現(xiàn)有的壓裂液體系經(jīng)常會出現(xiàn)失效。這主要是因?yàn)楹ＫV化度較高，富含的鈣、鎂等陽離子，可與一般的有機(jī)金屬交聯(lián)劑進(jìn)行絡(luò)合，影響交聯(lián)劑的交聯(lián)性能，易使凍膠出現(xiàn)交聯(lián)強(qiáng)度低、耐剪切差、耐溫能力弱等，甚至出現(xiàn)不交聯(lián)的現(xiàn)象，影響壓裂液的攜砂能力。因此開發(fā)適用于海水基壓裂液體系的交聯(lián)劑具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于海水基壓裂液體系的海水基壓裂液用交聯(lián)劑及其制備方法和應(yīng)用，該交聯(lián)劑能夠和用海水配制的增稠劑基液交聯(lián)，形成海水基壓裂液凍膠，凍膠可挑掛，粘彈性優(yōu)越，在150℃下具有良好的耐剪切性能，提高海上壓裂效率，降低壓裂作業(yè)成本。

一方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種海水基壓裂液用交聯(lián)劑，按照重量比，所述交聯(lián)劑包含50～60份的水、10～20份的多元醇、10～15份的有機(jī)酸、1～5份的無機(jī)酸以及3～8份的無機(jī)鋯鹽。

所述多元醇為三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一種或者兩種的混合物。

所述有機(jī)酸為檸檬酸、乳酸、醋酸中的一種。

所述無機(jī)酸為鹽酸。

所述無機(jī)鋯鹽為八水氧氯化鋯、乙酸鋯中一種或兩種的混合物。

另一方面，本發(fā)明提供了一種海水基壓裂液用交聯(lián)劑的制備方法，包括：

將水和多元醇混合后加熱使多元醇完全溶解，配制成多元醇溶液；

在攪拌條件下，向所述多元醇溶液中加入有機(jī)酸、無機(jī)酸、無機(jī)鋯鹽，得到反應(yīng)體系；其中，水、多元醇、有機(jī)酸、無機(jī)酸、無機(jī)鋯鹽的重量比為50～60:10～20:10～15:1～5:3～8；

將所述反應(yīng)體系升溫至55-70℃反應(yīng)4-6小時，得到反應(yīng)產(chǎn)物，即為所述交聯(lián)劑。

所述多元醇溶解溫度為40℃，加熱10-15min。

所述多元醇為三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一種或者兩種的混合物；所述有機(jī)酸為檸檬酸、乳酸、醋酸中的一種；所述無機(jī)酸為鹽酸；所述無機(jī)鋯鹽為八水氧氯化鋯、乙酸鋯中一種或兩種的混合物。

另一方面，本發(fā)明提供了一種交聯(lián)劑在海水基壓裂液中的應(yīng)用。

所述交聯(lián)劑能夠和用海水配制的增稠劑基液交聯(lián)，形成海水基壓裂液；其中，所述增稠劑為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨四種單體的共聚物。

本發(fā)明實(shí)施例中的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的海水基壓裂液用交聯(lián)劑，該交聯(lián)劑能夠和用海水配制的增稠劑基液交聯(lián)，形成海水基壓裂液凍膠，克服高礦化度的海水對交聯(lián)劑交聯(lián)性能的影響，交聯(lián)后凍膠可挑掛，粘彈性優(yōu)越，在150℃下具有良好的耐剪切性能，形成具有攜砂性好、耐溫耐剪切性好的凍膠壓裂液體系，且凍膠破膠徹底易返排，破膠液殘?jiān)康?，提高了海上壓裂效率，降低了海上壓裂作業(yè)成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中海水基壓裂液用交聯(lián)劑的制備方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例制備的交聯(lián)劑形成的海水基壓裂液在150℃下的流變曲線(0.5％增稠劑+0.3％交聯(lián)劑)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例通過提供一種海水基壓裂液用交聯(lián)劑及其制備方法和應(yīng)用，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的由于高礦化度的海水會影響交聯(lián)劑的交聯(lián)性能，使壓裂液出現(xiàn)交聯(lián)強(qiáng)度低、耐剪切差、耐溫能力弱、甚至不交聯(lián)，從而使海上壓裂施工受到限制的技術(shù)問題；該交聯(lián)劑能夠與海水配制的增稠劑基液交聯(lián)，形成具有優(yōu)越耐溫、耐鹽、耐剪切性能的凍膠壓裂液。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例總體思路如下：

本發(fā)明提供了一種海水基壓裂液用交聯(lián)劑，按照重量比，所述交聯(lián)劑包含50～60份的水、10～20份的多元醇、10～15份的有機(jī)酸、1～5份的無機(jī)酸以及3～8份的無機(jī)鋯鹽。

由于在該交聯(lián)劑中加入了多元醇和酸，起到了穩(wěn)定金屬鋯的作用，不會使該交聯(lián)劑在海水中因?yàn)楹Ｋ母叩V化度而失效，因此該交聯(lián)劑能夠和用海水配制的增稠劑基液交聯(lián)，形成海水基壓裂液凍膠，從而克服高礦化度的海水對交聯(lián)劑交聯(lián)性能的影響，形成具有優(yōu)越耐溫、耐鹽、耐剪切性能的凍膠壓裂液，進(jìn)而解決了海上大規(guī)模壓裂施工對淡水依賴的問題，提高海上壓裂效率，降低海上壓裂作業(yè)成本。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面通過附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案做詳細(xì)的說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對本發(fā)明技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對本發(fā)明技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互結(jié)合。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種海水基壓裂液用交聯(lián)劑，按照重量比，所述交聯(lián)劑包含50～60份的水、10～20份的多元醇、10～15份的有機(jī)酸、1～5份的無機(jī)酸以及3～8份的無機(jī)鋯鹽。

上述重量比范圍的選則依據(jù)主要有兩點(diǎn)：第一是交聯(lián)劑的長期穩(wěn)定性，多元醇和酸作為配位體，起到了穩(wěn)定金屬鋯的作用，只有在一定的多元醇和有機(jī)酸的加量下，所有的金屬鋯才能和配位體充分絡(luò)合，這樣金屬鋯才不會以沉淀的形式析出，交聯(lián)劑的保質(zhì)期或長期穩(wěn)定性才能夠得以保證。第二是交聯(lián)劑的生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)交聯(lián)劑時，不僅要保證交聯(lián)劑穩(wěn)定性，還要控制其生產(chǎn)成本，也是各組分重量比的一個選擇依據(jù)。綜合考慮，確定水、多元醇、有機(jī)酸、無機(jī)酸、無機(jī)鋯鹽的重量比為50～60:10～20:10～15:1～5:3～8。

實(shí)際應(yīng)用過程中，水的重量份數(shù)可以為50、55、60；多元醇的重量份數(shù)可以為10、15、20；有機(jī)酸的重量份數(shù)可以為10、13、15；無機(jī)酸的重量份數(shù)可以為1、3、5；無機(jī)鋯鹽的重量份數(shù)可以為3、5、6、8。

所述多元醇為三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一種或者兩種的混合物。

所述有機(jī)酸為檸檬酸、乳酸、醋酸中的一種。

所述無機(jī)酸為鹽酸。鹽酸為常規(guī)的工業(yè)濃鹽酸，其體積濃度為36.5％。由于硫酸和磷酸中的硫酸根和磷酸根離子易和鋯離子結(jié)合沉淀，影響交聯(lián)性能；硝酸則具有氧化性，易破壞交聯(lián)劑組分中的有機(jī)物質(zhì)；因此不宜選用。而鹽酸可克服這些缺點(diǎn)，因此本發(fā)明實(shí)施例選用鹽酸。

所述無機(jī)鋯鹽為八水氧氯化鋯、乙酸鋯中一種或兩種的混合物。

另一方面，基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種上述交聯(lián)劑的制備方法，參見圖1，包括：

步驟S101：將水和多元醇混合后加熱使多元醇完全溶解，配制成多元醇溶液；其中多元醇溶解溫度為40℃，加熱10-15min，從而使多元醇快速充分溶解。

其中，多元醇為三乙醇胺、季戊四醇、丙三醇中一種或者兩種的混合物。

步驟S102：在攪拌條件下，向所述多元醇溶液中加入有機(jī)酸、無機(jī)酸、無機(jī)鋯鹽，得到反應(yīng)體系；其中，水、多元醇、有機(jī)酸、無機(jī)酸、無機(jī)鋯鹽的重量比為50～60:10～20:10～15:1～5:3～8；

其中，有機(jī)酸為檸檬酸、乳酸、醋酸中的一種；無機(jī)酸為鹽酸；無機(jī)鋯鹽為八水氧氯化鋯、乙酸鋯中一種或兩種的混合物。

步驟S103：將所述反應(yīng)體系升溫至55-70℃反應(yīng)4-6小時，得到反應(yīng)產(chǎn)物，即為所述交聯(lián)劑。

由于交聯(lián)劑的性能會隨著反應(yīng)溫度的升高和反應(yīng)時間的延長呈現(xiàn)先變優(yōu)再變差的趨勢。經(jīng)試驗(yàn)表明，當(dāng)反應(yīng)溫度取55-70℃，反應(yīng)時間控制在4-6h內(nèi)，交聯(lián)劑的交聯(lián)性能達(dá)到最優(yōu)，因此確定反應(yīng)溫度為55-70℃、反應(yīng)時間為4-6小時。

另一方面，基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種上述交聯(lián)劑在海水基壓裂液中的應(yīng)用。

具體的，所述交聯(lián)劑能夠和用海水配制的增稠劑基液交聯(lián)，形成海水基壓裂液；其中，所述增稠劑為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨四種單體的共聚物。

通過調(diào)節(jié)基液的pH值，該交聯(lián)劑的交聯(lián)時間在30s-120s范圍內(nèi)可任意調(diào)節(jié)；交聯(lián)后凍膠可挑掛，粘彈性優(yōu)越；在150℃下具有良好的耐剪切性能；凍膠破膠徹底易返排，破膠液殘?jiān)康?，適用于海洋大規(guī)模壓裂施工作業(yè)。

為了使本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員能夠進(jìn)一步的了解本發(fā)明實(shí)施例的方案，下面結(jié)合具體的實(shí)例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行舉例說明。

實(shí)施例1

按照重量比稱取50份水和15份的季戊四醇加入到帶有攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，同時將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度加熱至40℃，預(yù)熱10分鐘，使季戊四醇完全溶解。然后在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中依次加入12份的乳酸、3份的鹽酸、5份的八水氧氯化鋯。繼續(xù)攪拌，同時將反應(yīng)釜中的溫度升至65℃，在該溫度下反應(yīng)4.5h，得到淡黃色均勻液體，即為所述交聯(lián)劑。

實(shí)施例2

按照重量比稱取55份水和18份的季戊四醇加入到帶有攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，同時將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度加熱至40℃，預(yù)熱15分鐘，使季戊四醇完全溶解。然后在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中依次加入15份的醋酸、3份的鹽酸、6份的八水氧氯化鋯。繼續(xù)攪拌，同時將反應(yīng)釜中的溫度升至60℃，在該溫度下反應(yīng)5.5h，得到淡黃色的液體，即為所述交聯(lián)劑。

實(shí)施例3

按照重量比稱取55份水、13份的季戊四醇、5份的甘油加入到帶有攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，同時將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度加熱至40℃，預(yù)熱15分鐘，使季戊四醇和甘油完全溶解。然后在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中依次加入8份的乳酸、4份檸檬酸、3份的鹽酸、5份的乙酸鋯。繼續(xù)攪拌，同時將反應(yīng)釜中的溫度升至60℃，在該溫度下反應(yīng)5h，得到淡黃色的液體，即為所述交聯(lián)劑。

實(shí)施例4

按照質(zhì)量比稱取58份水、10份的季戊四醇、5份的甘油加入到帶有攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，同時將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度加熱至40℃，預(yù)熱15分鐘，使季戊四醇和甘油完全溶解。然后在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中依次加入8份的乳酸、4份醋酸、3份的鹽酸、3份的八水氧氯化鋯、3份的乙酸鋯。繼續(xù)攪拌，同時將反應(yīng)釜中的溫度升至55℃，在該溫度下反應(yīng)5h，得到淡黃色的液體交聯(lián)劑成品。

實(shí)施例5

按照重量比稱取60份水、20份的三乙醇胺加入到帶有攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，同時將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度加熱至40℃，預(yù)熱12分鐘，使三乙醇胺和水混合均勻。然后在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中依次加入10份的檸檬酸、5份的鹽酸、8份的八水氧氯化鋯。繼續(xù)攪拌，同時將反應(yīng)釜中的溫度升至55℃，在該溫度下反應(yīng)6h，得到淡黃色的液體，即為所述交聯(lián)劑。

實(shí)施例6

按照重量比稱取50份水、10份的丙三醇加入到帶有攪拌和回流裝置的反應(yīng)釜中，同時將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度加熱至40℃，預(yù)熱10分鐘，使丙三醇和水混合均勻。然后在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中依次加入10份的乳酸、1份的鹽酸、2份的八水氧氯化鋯、1份乙酸鋯。繼續(xù)攪拌，同時將反應(yīng)釜中的溫度升至70℃，在該溫度下反應(yīng)4h，得到淡黃色的液體，即為所述交聯(lián)劑。

應(yīng)用例

按重量比取來自渤海灣的海水1000份，倒入燒杯中，開啟攪拌，調(diào)整轉(zhuǎn)速600r/min～800r/min，稱取5份增稠劑，緩慢加入到海水中，攪拌約5min；然后向其中緩慢加入3份上述的交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌直至漩渦消失，液面微微突起時，停止攪拌，即形成海水基壓裂液凍膠。其中，使用實(shí)施例1制備的交聯(lián)劑形成的海水基壓裂液凍膠在150℃下的流變曲線如圖2所示，可以看出：在170s^-1，海水基壓裂液凍膠在150℃下剪切120min后，其表觀粘度仍在100mPa·s以上，表現(xiàn)出優(yōu)越的高溫耐剪切性能，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

體系具有攜砂性好、耐溫耐剪切性好，適合于海上150℃高溫儲層壓裂改造技術(shù)需求。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。