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CN106800924A - 一种耐高温黄原胶压裂液及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温黄原胶压裂液及其制备方法 Download PDF

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CN106800924A CN201611234649.5A CN201611234649A CN106800924A CN 106800924 A CN106800924 A CN 106800924A CN 201611234649 A CN201611234649 A CN 201611234649A CN 106800924 A CN106800924 A CN 106800924A
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Abstract

本发明提供了一种耐高温黄原胶压裂液及其制备方法。所述压裂液包括如下重量份成分：黄原胶0.4‑0.6份、温度稳定剂0.2‑2份、其他辅助添加剂1.0‑3.0份。本发明通过添加温度稳定剂(氯化钙、甲酸钾等)，促使黄原胶结构向双螺旋结构转变，从而提高其耐温耐剪切性能，使黄原胶在高温和高剪切下仍具有良好的携砂性能。

Description

一种耐高温黄原胶压裂液及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气藏增产开采领域，具体的说，是涉及一种耐高温黄原胶压裂液及其制备方法。
背景技术
随着油气藏开发的不断深入以及对能源需求的日益增加，非常规油气资源已成为当前勘探开发的热点。水力压裂作为低渗、特低渗以及非常规油气藏增产的重要措施，应用越来越广泛。在压裂施工过程中，压裂液性能的好坏直接关系到压裂施工的成败和压后增产效果。黄原胶是由糖类经黄单胞杆菌发酵产生的高分子多糖，分子间可缠绕形成双螺旋结构，是一种能够代替植物胶的性能优良的微生物多糖稠化剂，在石油行业中应用广泛，如钻井、完井、调剖堵水等，具有良好的增稠和流变性能。
申请号为201410475166.9，公开号为CN104312571A的中国专利申请，一种改性黄原胶稠化剂及其在制备压裂液中的应用公开了一种黄原胶压裂液的制备方法，其先在水中加入粘土稳定剂氯化钾，然后再加入黄原胶粉。但黄原胶在盐溶液中的增粘过程较慢，其增粘速度远低于其在水中的增粘速度。
申请号为201310286824.5，公开号为CN103361042A的中国专利申请，黄原胶非交联压裂液、其制备方法和用途公开了一种黄原胶非交联压裂液的制备方法，其将黄原胶和粘土稳定剂(氯化钾)混合后再加入水中。但这种方法也不利于黄原胶迅速增粘。
黄原胶是一种典型的假塑性流体，成本低，具有较高的粘性和弹性，且具有良好的水溶性、耐酸碱性和耐盐性，可以作为非交联压裂液。但黄原胶用作压裂液时，在低温井(T<80℃)的性能较好；但在高温条件下(T>80℃)，其耐温耐剪切性能不理想，粘弹性能会大幅度下降，导致在高温井使用时会存在着携砂能力不足甚至脱砂的问题。
因此，研发一种速溶耐高温黄原胶压裂液，使其在高温下仍具有良好的粘弹性和携砂性能，仍是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种耐高温黄原胶压裂液，本发明的压裂液避免了常规黄原胶压裂液增粘速度慢、在高温下脱砂，该压裂液增粘速度快，且在高温下仍具有稳定的网络结构，耐温耐剪切性能好，携砂能力强。
本发明的另一目的在于提供所述的耐高温黄原胶压裂液的制备方法。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种耐高温黄原胶压裂液，其中，所述压裂液包括如下重量份成分：黄原胶0.4-0.6份、温度稳定剂0.2-2份、其他辅助添加剂1.0-3.0份。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述压裂液包括如下重量份成分：黄原胶0.4-0.6份、温度稳定剂0.2-2份、粘土稳定剂0.5-1份、破乳助排剂0.5-1份、和破胶剂0.02-1份。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述压裂液还包括水100份。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述温度稳定剂选自甲酸钾、甲酸钠和氯化钙中的一种或几种。
本发明发现，黄原胶在水溶液中形成有序的双螺旋结构，这种结构对其主链产生一定的保护作用；在高温下时，黄原胶双螺旋结构会打开，转变成杂乱无序的结构，这种结构会使得黄原胶溶液的粘弹性能大幅度下降。加入盐离子(特别是是氯化钙、甲酸钾、甲酸钠等)后，盐离子在黄原胶分子链间建立盐桥，使黄原胶结构在高温下向双螺旋结构转变，黄原胶的这种双螺旋结构使得其在高温下的耐剪切性能得到提高。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述粘土稳定剂为氯化钾。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述破乳助排剂为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述破乳助排剂为烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐阴离子表面活性剂和烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的混合物。
本发明可以采用常规市售的成分为烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐阴离子表面活性剂和烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的破乳助排剂，而根据本发明一些具体实施方案，其中，所述破乳助排剂为DL-12型表面活性剂。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述破乳助排剂为北京华油科隆开发公司生产的DL-12型表面活性剂，其主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐阴离子表面活性剂和烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的混合物。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述破胶剂为过硫酸钾和/或过硫酸铵。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述压裂液的制备包括：
(1)配制黄原胶水溶液；
(2)配制温度稳定剂的水溶液，在搅拌下，将温度稳定剂水溶液加入到黄原胶水溶液，搅拌均匀；
(3)在搅拌下，向步骤(2)得到的溶液中加入其它辅助添加剂，得到所述耐高温黄原胶压裂液。
本发明进一步发现，黄原胶在盐溶液中的增粘速度缓慢，远小于其在水中的增粘速度。先将黄原胶粉末加入到水中，使其迅速增粘，充分溶胀，然后再加入温度稳定剂(氯化钙)和粘土稳定剂(氯化钾)等，从而使黄原胶达到速溶的效果。因此，先使黄原胶在水中迅速增粘后，再将配置好的添加剂与黄原胶水溶液混合，一方面可以使黄原胶达到速溶的效果，另一方面也可以显著提高黄原胶在高温下的耐剪切性能。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(1)是在搅拌下，将黄原胶加入水中，搅拌3～5min，得到黄原胶水溶液。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(1)配制质量浓度为0.5～0.6％的黄原胶水溶液。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)配制质量浓度为0.2～2％的温度稳定剂水溶液，在搅拌下，将温度稳定剂水溶液加入到黄原胶水溶液中，搅拌均匀。
另一方面，本发明还提供了所述的耐高温黄原胶压裂液的制备方法，其中，所述方法包括：
(1)配制黄原胶水溶液；
(2)配制温度稳定剂的水溶液，在搅拌下，将温度稳定剂水溶液加入到黄原胶水溶液中，搅拌均匀；
(3)在搅拌下，向步骤(2)得到的溶液中加入其它辅助添加剂，得到所述耐高温黄原胶压裂液。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(1)是在搅拌下，将黄原胶加入水中，搅拌3～5min，得到黄原胶水溶液。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(1)配制质量浓度为0.5～0.6％的黄原胶水溶液。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)配制质量浓度为0.2～2％的温度稳定剂水溶液，在搅拌下，将温度稳定剂水溶液加入到黄原胶水溶液中，搅拌均匀。
综上所述，本发明提供了一种耐高温黄原胶压裂液及其制备方法。本发明的压裂液具有如下优点：
首先是现有的黄原胶压裂液采用先配置成盐溶液，再加入黄原胶(或者将黄原胶和盐混合后同时加入水中)，这种制备方法导致黄原胶的增粘速度十分缓慢，不利于压裂施工；而本发明采用先使黄原胶在水中迅速增粘，再将配置好的添加剂与黄原胶水溶液混合，从而使黄原胶达到速溶的效果。
其次，目前的黄原胶压裂液在高温下受到剪切后，粘弹性能损失严重，携砂性能不好；本发明通过添加温度稳定剂(氯化钙、甲酸钾等)，促使黄原胶结构向双螺旋结构转变，从而提高其耐温耐剪切性能，使黄原胶在高温和高剪切下仍具有良好的携砂性能。
附图说明
图1为黄原胶溶液(未添加温度稳定剂CaCl2)和实施例1中耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能曲线(100℃)。
图2为黄原胶溶液(未添加温度稳定剂CaCl2)和实施例2中耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能曲线(120℃)。
图3为黄原胶溶液(未添加温度稳定剂HCOOK)和实施例3中耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能曲线(100℃)。
图4为黄原胶溶液(未添加温度稳定剂HCOOK)和实施例4中耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能曲线(120℃)。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种速溶耐高温黄原胶压裂液，其是由以下成分组成的：
黄原胶0.5重量份；温度稳定剂(氯化钙)0.2重量份；粘土稳定剂(氯化钾)0.5份重量份；破乳助排剂(DL-12型表面活性剂)0.5重量份；破胶剂(过硫酸铵)0.02重量份；水100重量份。
该速溶耐高温黄原胶压裂液是按照以下步骤制备的：
(1)在搅拌条件下，在水中加入黄原胶，然后搅拌3min，得到迅速增粘的速溶黄原胶水溶液；
(2)将温度稳定剂配成高浓度的水溶液，在搅拌条件下，向所述黄原胶水溶液中加入配方量的温度稳定剂的水溶液，搅拌混合均匀形成耐高温黄原胶溶液；
(3)在搅拌条件下，向所述耐高温黄原胶溶液中加入配方量的粘土稳定剂、破胶剂、破乳助排剂，得到速溶耐高温黄原胶压裂液。
该速溶耐高温黄原胶压裂液可以应用于100℃井的压裂施工。
实施例2
本实施例提供了一种速溶耐高温黄原胶压裂液，其是由以下成分组成的：
黄原胶0.6重量份；温度稳定剂(氯化钙)0.5重量份；粘土稳定剂(氯化钾)1份重量份；破乳助排剂(DL-12型表面活性剂)1重量份；破胶剂(过硫酸铵)0.04重量份；水100重量份。
该速溶耐高温黄原胶压裂液是按照以下步骤制备的：
(1)在搅拌条件下，在水中加入黄原胶，然后搅拌3min，得到迅速增粘的速溶黄原胶水溶液；
(2)将温度稳定剂配成高浓度的水溶液，在搅拌条件下，向所述黄原胶水溶液中加入配方量的温度稳定剂的水溶液，搅拌混合均匀形成耐高温黄原胶溶液；
(3)在搅拌条件下，向所述耐高温黄原胶溶液中加入配方量的粘土稳定剂、破胶剂、破乳助排剂，得到速溶耐高温黄原胶压裂液。
该速溶耐高温黄原胶压裂液可以应用于120℃井的压裂施工。
实施例3
本实施例提供了一种速溶耐高温黄原胶压裂液，其是由以下成分组成的：
黄原胶0.5重量份；温度稳定剂(甲酸钾)1重量份；粘土稳定剂(氯化钾)0.5份重量份；破乳助排剂(DL-12型表面活性剂)0.7重量份；破胶剂(过硫酸铵)0.04重量份；水100重量份。
该速溶耐高温黄原胶压裂液是按照以下步骤制备的：
(1)在搅拌条件下，在水中加入黄原胶，然后搅拌3min，得到迅速增粘的速溶黄原胶水溶液；
(2)将温度稳定剂配成高浓度的水溶液，在搅拌条件下，向所述黄原胶水溶液中加入配方量的温度稳定剂的水溶液，搅拌混合均匀形成耐高温黄原胶溶液；
(3)在搅拌条件下，向所述耐高温黄原胶溶液中加入配方量的粘土稳定剂、破胶剂、破乳助排剂，得到速溶耐高温黄原胶压裂液。
该速溶耐高温黄原胶压裂液可以应用于100℃井的压裂施工。
实施例4
本实施例提供了一种速溶耐高温黄原胶压裂液，其是由以下成分组成的：
黄原胶0.6重量份；温度稳定剂(甲酸钾)2重量份；粘土稳定剂(氯化钾)1份重量份；破乳助排剂(DL-12型表面活性剂)1重量份；破胶剂(过硫酸铵)0.06重量份；水100重量份。
该速溶耐高温黄原胶压裂液是按照以下步骤制备的：
(1)在搅拌条件下，在水中加入黄原胶，然后搅拌3min，得到迅速增粘的速溶黄原胶水溶液；
(2)将温度稳定剂配成高浓度的水溶液，在搅拌条件下，向所述黄原胶水溶液中加入配方量的温度稳定剂的水溶液，搅拌混合均匀形成耐高温黄原胶溶液；
(3)在搅拌条件下，向所述耐高温黄原胶溶液中加入配方量的粘土稳定剂、破胶剂、破乳助排剂，得到速溶耐高温黄原胶压裂液。
该速溶耐高温黄原胶压裂液可以应用于120℃井的压裂施工。
试验例1
本试验用于对比实施例1-4中黄原胶在水中和在盐溶液中的增粘速度。测量黄原胶溶液粘度变化所使用的设备为六速旋转粘度计，试验结果见表1。表1为0.6％黄原胶在不同溶液、不同溶胀时间后的表观粘度(mPa·s)。
表1
从表1可看出，黄原胶在盐溶液中的增粘速度较慢，而黄原胶在水中的增粘速度很快，3分钟内就能达到最终粘度的96％。该试验说明通过实施例1-4制备的耐高温黄原胶压裂液能很快起粘并达到很高的最终粘度，有利于压裂施工。
试验例2
本试验用于检测实施例1制备得到的耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能。并和未添加温度稳定剂的黄原胶溶液进行对比。试验方法为参照石油天然气行业标准SY/T5107-2005“水基压裂液性能评价做法”，测量设备为RS6000流变仪，结果参见图1。
图1为黄原胶溶液(未添加温度稳定剂CaCl2)和实施例1中耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能曲线(100℃)。由图1可知：在100℃、170s-1条件下剪切90分钟后，未添加温度稳定剂的黄原胶溶液的保留粘度为31.2mPa·s，而实施例1中的耐高温黄原胶溶液的保留粘度为51.7mPa·s；与未添加温度稳定剂的黄原胶溶液相比，实施例1中的耐高温黄原胶溶液具有更好的耐温耐剪切性能，可以在100℃的井温下使用。
试验例3
本试验用于检测实施例2制备得到的耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能。并和未添加温度稳定剂的黄原胶溶液进行对比。试验方法为参照石油天然气行业标准SY/T5107-2005“水基压裂液性能评价做法”，测量设备为RS6000流变仪，结果参见图2。
图2为黄原胶溶液(未添加温度稳定剂CaCl2)和实施例2中耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能曲线(120℃)。由图2可知：在120℃、170s-1条件下剪切90分钟后，未添加温度稳定剂的黄原胶溶液的保留粘度为29mPa·s，而实施例2中的耐高温黄原胶溶液的保留粘度为84mPa·s；与未添加温度稳定剂的黄原胶溶液相比，实施例2中的耐高温黄原胶溶液具有更好的耐温耐剪切性能，可以在120℃的井温下使用。
试验例4
本试验用于检测实施例3制备得到的耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能。并和未添加温度稳定剂的黄原胶溶液进行对比。试验方法为参照石油天然气行业标准SY/T5107-2005“水基压裂液性能评价做法”，测量设备为RS6000流变仪，结果参见图3。
图3为黄原胶溶液(未添加温度稳定剂HCOOK)和实施例3中耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能曲线(100℃)。由图3可知：在100℃、170s-1条件下剪切90分钟后，未添加温度稳定剂的黄原胶溶液的保留粘度为31.2mPa·s，而实施例3中的耐高温黄原胶溶液的保留粘度为56.2mPa·s；与未添加温度稳定剂的黄原胶溶液相比，实施例3中的耐高温黄原胶溶液具有更好的耐温耐剪切性能，可以在100℃的井温下使用。
试验例5
本试验用于检测实施例4制备得到的耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能。并和未添加温度稳定剂的黄原胶溶液进行对比。试验方法为参照石油天然气行业标准SY/T5107-2005“水基压裂液性能评价做法”，测量设备为RS6000流变仪，结果参见图4。
图4为黄原胶溶液(未添加温度稳定剂HCOOK)和实施例4中耐高温黄原胶溶液的耐温耐剪切性能曲线。由图4可知：在120℃、170s-1条件下剪切90分钟后，未添加温度稳定剂的黄原胶溶液的保留粘度为29mPa·s，而实施例4中的耐高温黄原胶溶液的保留粘度为69mPa·s；与未添加温度稳定剂的黄原胶溶液相比，实施例4中的耐高温黄原胶溶液具有更好的耐温耐剪切性能，可以在120℃的井温下使用。

Claims (10)

1.一种耐高温黄原胶压裂液，其中，所述压裂液包括如下重量份成分：黄原胶0.4-0.6份、温度稳定剂0.2-2份、其他辅助添加剂1.0-3.0份。
2.根据权利要求1所述的耐高温黄原胶压裂液，其中，所述压裂液包括如下重量份成分：黄原胶0.4-0.6份、温度稳定剂0.2-2份、粘土稳定剂0.5-1份、破乳助排剂0.5-1份、和破胶剂0.02-1份。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温黄原胶压裂液，其中，所述压裂液还包括水100份。
4.根据权利要求1或2所述的耐高温黄原胶压裂液，其中，所述温度稳定剂选自甲酸钾、甲酸钠和氯化钙中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的耐高温黄原胶压裂液，其中，所述粘土稳定剂为氯化钾。
6.根据权利要求1或2所述的耐高温黄原胶压裂液，其中，所述破乳助排剂为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂；其中优选为烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐阴离子表面活性剂和烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的混合物；更优选为DL-12型表面活性剂；最优选为北京华油科隆开发公司的DL-12型表面活性剂。
7.根据权利要求1或2所述的耐高温黄原胶压裂液，其中，所述破胶剂为过硫酸钾和/或过硫酸铵。
8.权利要求1～7任意一项所述的耐高温黄原胶压裂液，其中，所述压裂液的制备包括：
(1)配制黄原胶水溶液；优选配制质量浓度为0.5～0.6％的黄原胶水溶液；
(2)配制温度稳定剂水溶液，在搅拌下，将温度稳定剂的水溶液加入到黄原胶水溶液中，搅拌均匀；其中优选配制质量浓度为0.2～2％的温度稳定剂水溶液，在搅拌下，将温度稳定剂水溶液加入到黄原胶水溶液中，搅拌均匀；
(3)在搅拌下，向步骤(2)得到的溶液中加入其它辅助添加剂，得到所述耐高温黄原胶压裂液。
9.根据权利要求8所述的耐高温黄原胶压裂液，其中，步骤(1)是在搅拌下，将黄原胶加入水中，搅拌3～5min，得到黄原胶水溶液。
10.权利要求1～9任意一项所述的耐高温黄原胶压裂液的制备方法，其中，所述方法包括：
(1)配制黄原胶水溶液；
(2)配制温度稳定剂的水溶液，在搅拌下，将温度稳定剂水溶液加入到黄原胶水溶液中，搅拌均匀；
(3)在搅拌下，向步骤(2)得到的溶液中加入其它辅助添加剂，得到所述耐高温黄原胶压裂液。
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