[發(fā)明專利]一種適用于高礦化度水壓裂液的交聯(lián)劑

有效

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• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103497753A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王世彬;郭建春;賴杰;何樂;唐洪彪;王浩儒;趙金洲
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: C09K8/68
• 分類號: C09K8/68;C07F7/00
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)增產(chǎn)領(lǐng)域中利用高礦化度水配制壓裂液的交聯(lián)劑。

技術(shù)背景

針對低滲透儲層的開發(fā)，壓裂是最好的選擇，但是目前的壓裂主要是水基壓裂，需要大量的淡水資源，這樣在缺水地區(qū)或海上使得壓裂工程的實(shí)施有一定的難度。另一方面在油田的開采過程中有大量的產(chǎn)層水產(chǎn)出，這些水基本都是高礦化度的鹽水，礦化度在2萬以上，含有大量的金屬離子，這些水被采到地面后，必須經(jīng)過處理才能達(dá)到國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，增加了油田的生產(chǎn)成本。如果壓裂過程能直接使用這些高礦化度的采出水或直接抽取海水來配制壓裂液，即可節(jié)約淡水資源，又為油田節(jié)約了處理成本。但是目前普遍使用的壓裂液體系中的交聯(lián)劑，只能在中強(qiáng)性的堿性條件下才能與稠化劑發(fā)生交聯(lián)作用，而將高礦化的水pH調(diào)到8以上，會引起其中的多種金屬離子沉淀，消耗加入的堿，影響壓裂液性能。所以如果要利用產(chǎn)出水和海水配制壓裂液，需要能在弱堿性條件下交聯(lián)的交聯(lián)劑，目前有一些能應(yīng)用于弱堿性環(huán)境的交聯(lián)劑，如鋁鹽或有機(jī)鋯、有機(jī)鈦類的交聯(lián)劑，但是鋁鹽類交聯(lián)劑只能在地層溫度較低的環(huán)境下才能使用；有機(jī)鋯、有機(jī)鈦可以在地層溫度很高的環(huán)境中使用（US4808739），但是單純的有機(jī)鋯和有機(jī)鈦交聯(lián)劑形成的凍膠抗剪切能力較差，導(dǎo)致凍膠攜砂能力較弱，特別是對地層的傷害嚴(yán)重，傷害率可以達(dá)到90%以上。針對壓裂施工中存在的這些問題，本發(fā)明采用多種配體在特定條件下，形成嚴(yán)格比例的有機(jī)鋯、硼復(fù)合物，使形成的交聯(lián)劑能在高礦化度的條件下與稠化劑形成性能優(yōu)良的凍膠，能減少對淡水缺乏地區(qū)的淡水資源需求，充分利用油田產(chǎn)出水，為油田生產(chǎn)節(jié)約成本，同時(shí)降低對地層的傷害。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于高礦化度水壓裂液的交聯(lián)劑，可以在弱堿性條件下與稠化劑交聯(lián)，既含有重金屬鋯又含有硼，有效降低壓裂液對地層的傷害，且可以采用高礦化度的水直接配制壓裂液，節(jié)約淡水資源，減少油田企業(yè)在處理產(chǎn)出高礦化度水上的支出成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

一種適用于高礦化度水壓裂液的交聯(lián)劑，是由鋯化合物、硼化合物與螯合配體、橋聯(lián)配體在水溶液中反應(yīng)形成的穩(wěn)定絡(luò)合物，所述鋯化合物為醋酸鋯或氯氧化鋯，含量為9-18質(zhì)量%；所述硼化合物為硼酸或硼砂，含量為3-40質(zhì)量%；所述螯合配體為N,N-二(2-羥基乙基)甘氨酸，含量為9-18質(zhì)量%；所述橋聯(lián)配體為丙三醇、甘露醇、山梨醇、三乙醇胺中的一種、兩種或兩種以上混合物，含量為5-19質(zhì)量%；余量為水。

所述適用于高礦化度水壓裂液的交聯(lián)劑，其制備方法如下：在搪瓷內(nèi)膽反應(yīng)釜中加入5質(zhì)量%的清水，緩慢加入9-18質(zhì)量%的鋯化合物，攪拌30min；快速加入9-18質(zhì)量%的螯合配體，緩慢升溫到60℃，攪拌1h；再加入3-40質(zhì)量%的硼化合物，攪拌過程中滴加5-19質(zhì)量%的橋聯(lián)配體，在80℃下攪拌5h，補(bǔ)足余量的水，即可得到該交聯(lián)劑。

高礦化度水配制的壓裂液要實(shí)現(xiàn)通過交聯(lián)劑交聯(lián)以形成具有高粘度的凍膠，壓裂液體系必須避開引起高礦化度水中的金屬離子沉淀的環(huán)境，即要求壓裂液體系的pH要在弱堿性。弱堿性條件下，淡水壓裂液使用的硼類交聯(lián)劑的效果很差，嚴(yán)重時(shí)不能形成凍膠。鋯鈦類化合物可以在弱堿性條件下與稠化劑交聯(lián)，但是這類交聯(lián)劑對地層傷害太大。本發(fā)明核心是利用可以在弱堿性條件下交聯(lián)的鋯先與稠化劑交聯(lián)，利用鋯原子交聯(lián)后將局部范圍的pH升高，引發(fā)硼與交聯(lián)劑交聯(lián)。本發(fā)明采用嚴(yán)格的合成方法，將鋯、硼原子通過有機(jī)配體連接，這些有機(jī)配體與硼和鋯形成的絡(luò)合物為八元環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不是一種熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，在高礦化度的水中，鋯原子優(yōu)先解離出來與稠化劑交聯(lián)；包裹硼原子的配體與硼原子形成的是5-8元環(huán)結(jié)構(gòu)，在熱力學(xué)上相對穩(wěn)定，硼原子比鋯原子后一步釋放，而前面鋯原子與稠化劑交聯(lián)后，鋯原子周圍會形成一個(gè)堿性環(huán)境，這樣釋放出類的硼原子可以在這小范圍的堿性環(huán)境中繼續(xù)與稠化劑交聯(lián)，形成高粘度的凍膠。

所述交聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)式如下：