[發明專利]使瓜爾膠/硼酸鹽體系在高壓下的粘度降低最小化的添加劑

有效

• 申請號: 201880014766.1
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN110621759B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 梁楓;加伊桑·阿勒-蒙塔什里;阿卜杜勒拉曼·F·阿爾哈比
• 申請（專利權）人: 沙特阿拉伯石油公司;阿拉姆科服務公司
• 主分類號: C09K8/68
• 分類號: C09K8/68;E21B43/26
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 張珂珂;金小芳

一種用作壓裂液中的耐壓雙交聯劑凝膠的組合物，該組合物包含：聚合物，該聚合物能夠提高流體的粘度；含硼交聯劑，該含硼交聯劑能夠交聯聚合物；以及過渡金屬氧化物添加劑，該過渡金屬氧化物添加劑能夠交聯聚合物。

技術領域

本發明公開了與水力壓裂相關的組合物和方法。具體而言，公開了用于穩定瓜爾膠/硼酸鹽交聯凝膠的組合物和方法。

背景技術

瓜爾膠是用于水力壓裂工藝的高分子量、水溶性半乳甘露聚糖多糖。與所有的水力壓裂液一樣，基于瓜爾膠的流體需要保持足夠的粘度以防止支撐劑沉降并保障將支撐劑輸送至裂縫中。為了在使瓜爾膠的量最小化的同時達到壓裂液的所需的稠化，可以使用諸如硼砂等交聯劑來交聯瓜爾膠分子。可以在足以使地層的巖石破裂的壓力下泵送這些瓜爾膠/硼酸鹽交聯流體，從而使支撐劑和凝膠混合物能夠滲透至裂縫中。在100華氏度(37.8攝氏度(℃))至300華氏度(148.9℃)范圍內的溫度下，可以將常規的瓜爾膠/硼酸鹽交聯流體用于水力壓裂工藝。然而，瓜爾膠/硼酸鹽交聯流體的粘度會表現出對包括機械剪切、pH和溫度在內的多種影響的可逆性響應。此外，這些流體在壓力增大期間會喪失粘度。在大于2500psi的壓力下，瓜爾膠/硼酸鹽交聯流體的粘度會降低，這是由于交聯劑所造成的一些或全部的粘度損失。應當理解，當壓力增大時，順式-羥基和硼酸鹽之間的交聯會反向進行，從而導致粘度降低。在壓力增大后，幾乎立即會發生粘度的降低。

一種使瓜爾膠/硼酸鹽交聯流體的壓力響應最小化的方法是使用高聚合物負載的瓜爾膠基聚合物。使瓜爾膠/硼酸鹽交聯流體的壓力響應最小化的另一種選擇是使用高劑量的交聯劑。然而，這些選擇會產生在泵送壓裂液期間造成過度摩擦的初始粘度，并且會產生在水力壓裂完成后難以被破壞的凝膠。這兩種選擇都會導致壓裂液的成本增加。

發明內容

本發明公開了與水力壓裂相關的組合物和方法。具體而言，公開了用于穩定瓜爾膠/硼酸鹽交聯凝膠的組合物和方法。

在第一方面中，提供了一種用于形成壓裂液中的耐壓雙交聯劑凝膠的組合物。該組合物包括能夠提高壓裂液的粘度的聚合物、含硼交聯劑和過渡金屬氧化物添加劑，其中含硼交聯劑和過渡金屬氧化物添加劑兩者均能夠交聯聚合物。

在某些方面中，聚合物的濃度在15磅/千加侖(pptg)和100pptg之間。在某些方面中，聚合物選自由下列組成的組：瓜爾膠、瓜爾膠衍生物、聚乙烯醇、甘露糖、含甘露糖的化合物以及它們的組合。在某些方面中，含硼交聯劑的濃度在壓裂液的0.002重量％和2重量％之間。在某些方面中，含硼交聯劑選自由下列組成的組：硼鹽、硼酸以及它們的組合。在某些方面中，含硼交聯劑為選自由下列組成的組中的硼鹽：硼酸鈉、五硼酸鈉、四硼酸鈉、硼酸鈣、硼酸鎂以及它們的組合。在某些方面中，過渡金屬氧化物添加劑的濃度在壓裂液的0.0002重量百分數(重量％)和2重量％之間。在某些方面中，過渡金屬氧化物選自由下列組成的組：過渡金屬氧化物納米顆粒、過渡金屬氧化物納米顆粒分散體、聚合物材料穩定的過渡金屬氧化物、具有其他金屬納米顆粒的過渡金屬氧化物納米顆粒以及含有過渡金屬氧化物的金屬有機多面體。在某些方面中，過渡金屬氧化物添加劑包括選自由下列組成的組中的過渡金屬氧化物納米顆粒：氧化鋯納米顆粒、氧化鈦納米顆粒、氧化鈰納米顆粒以及它們的組合。在某些方面中，過渡金屬氧化物添加劑包含濃度為壓裂液的0.04重量％的氧化鋯納米顆粒分散體。在某些方面中，過渡金屬氧化物添加劑包含濃度為壓裂液的0.12重量％的氧化鈦納米顆粒分散體。在某些方面中，過渡金屬氧化物添加劑包含濃度為壓裂液的0.02重量％的氧化鈰納米顆粒分散體。在某些方面中，聚合物包括瓜爾膠，含硼交聯劑包括硼酸鈉，并且過渡金屬氧化物包括CeO₂納米顆粒。在某些方面中，過渡金屬氧化物添加劑的直徑在5nm和100nm之間的范圍內。

在第二方面中，提供了一種用于水力壓裂工藝的耐壓流體的組合物。該組合物包含耐壓流體。耐壓流體包含耐壓雙交聯劑凝膠和壓裂液。耐壓雙交聯劑凝膠包含聚合物、能夠交聯聚合物的含硼交聯劑和能夠交聯聚合物的過渡金屬氧化物添加劑。耐壓雙交聯劑凝膠能夠稠化壓裂液以產生耐壓流體。