一种新型低碳烃无水压裂液铝交联剂及其制备方法和应用

摘要

本发明提出了一种新型低碳烃无水压裂液铝交联剂及其制备方法和应用，其中铝交联剂主要由以下物质按照质量份数组成：主剂20‑27交联促进剂3‑7份；水45‑60份。交联剂的制备包括如下步骤：在反应容器中加入一定配比的水；再加入主剂搅拌均匀反应；最后再加入交联促进剂搅拌反应15分钟即可。这种新型的铝交联剂与胶凝剂交联速度快、成胶稳定、制备过程简单方便、成本低廉，且压裂液体系具有较强的耐温抗剪切性，对非常规高温储层压裂作业具有良好的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其是涉及一种新型低碳烃无水压裂液铝交联剂及其制备方法和应用。

背景技术

石油和天然气作为国民经济和社会发展的优质能源，对保证国民经济和社会的持续快速发展具有非常重要的意义。近年来，随着我国经济的快速发展，油气供需矛盾愈演愈烈，原油进口量逐年增加。而常规油气资源面临着产能严重降低甚至枯竭的问题，这就使得页岩气，煤层气，致密油气等非常规油气资源越来越受到全世界各国的重视。我国非常规油气资源十分丰富，总储量约为常规油气资源的两倍，具有很大的开采前景。非常规油气储层开发的核心技术是压裂改造，而压裂液作为压裂施工过程中重要组成部分之一，被誉为压裂“血液”。压裂液的性能在决定压裂施工成功与否的同时，还会对压裂后储层改造效果产生极大的影响。

通常，压裂液应具有热稳定性好、携砂性能好、摩阻低、返排率高、残渣低、伤害小等特点，但由于非常规储集层物性较差，孔隙度、渗透率较低，使用常规的压裂液容易造成水相圈闭伤害，不利于压裂增产，而且传统压裂液耐温抗剪切性能差，易变质，需要消耗大量水资源，只有很少返排到地面被安全地处理，且压裂导致的相关环境污染问题越来越受到人们重视。为解决上述问题，研究并制备出新型的低碳烷烃无水压裂液有着至关重要的作用。低碳烃无水压裂液是在常规油基压裂液基础上研制的一种低密度、低黏度、低毛细管阻力的压裂液体系，具有与非常规储集层岩石配伍性好、压裂效率高、对地层损害小、携砂性能好等优点，适用于非常规油气藏的压裂增产。该技术不仅可以解决缺水难题，还能减少油气储层开发对环境造成的污染，对非常规油气储层的开采具有重要的指导意义。

交联剂作为低碳烃无水压裂液体系中的一种重要的添加剂，其性能对整个压裂液体系的交联过程具有重要的影响。交联剂由主剂、相转移催化剂、络合剂和交联促进剂组成。主剂一般为三价铁、或者钛、镍等重金属盐，加入后与胶凝剂发生作用，以胶态粒子的形式交联依附在烃基胶凝剂中，使基液稠化成为冻胶。其空间网状结构可以最大限度地与石油烃分子形成较稳定的超分子缔合物体系，具有特定的粘性和热力学性质。目前国内外研究和应用的低碳烃无水压裂液交联剂主要以Fe³⁺金属盐作为主剂，三价铝盐主要用于油基压裂液中，通常是直接使用三价铁盐作为交联剂与二烷基磷酸酯进行交联，交联过程十分缓慢，操作繁琐，配液复杂，不易控制，交联剂溶解性慢、稳定性差，且对压裂施工的要求特别高。

中国专利CN104498017A公开了一种压裂液交联剂及其制备和应用，但这种交联剂制得的压裂液耐温性和携砂能力仍未得到提高，耐温性只有90℃，不能适应中高温油田和超深复杂井。而且，其交联剂组分复杂，制备繁琐，使用醇和水作为混合溶剂，现场作业存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明提出一种新型低碳烃无水压裂液铝交联剂及其制备方法和应用，这种无水压裂液交联剂与胶凝剂交联速度快、成胶稳定、制备过程简单方便、成本低廉，且压裂液体系抗温抗剪切能力强，对于高温储层压裂效果较为理想。

本发明的一种技术方案是这样实现的：一种新型低碳烃无水压裂液铝交联剂，所述压裂液交联剂由以下物质按照质量份数组成：

主剂20-27份；

交联促进剂3-7份；

水45-60份。

作为一种优选的技术方案，所述主剂为硫酸铝、氯化铝、硝酸铝和偏铝酸钠中的一种或者几种的混合物。

作为一种优选的技术方案，所述交联促进剂为乙醇胺、三乙烯四胺、二乙烯三胺、N,N-二甲基丙二胺和异丙醇胺的一种或者几种的混合物。

本发明的另一种技术方案是这样实现的：一种新型低碳烃无水压裂液铝交联剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在反应容器中加入一定配比的水；

(2)再加入一定量的主剂搅拌均匀反应；

(3)最后加入交联促进剂搅拌反应15分钟即可。

本发明的另一种技术方案是这样实现的：一种新型低碳烃无水压裂液铝交联剂的应用，所述低碳烃无水压裂液交联剂可以与磷酸酯胶凝剂和低碳烃烷烃交联形成压裂液冻胶。

作为一种优选的技术方案，包括如下步骤：

(1)将磷酸酯胶凝剂加入到低碳烃烷烃当中充分溶解；

(2)将压裂液交联剂加入到步骤(1)所述的混合基液当中并用机械搅拌器搅拌两分钟即可制得新型低碳烃无水压裂液冻胶。

作为一种优选的技术方案，所述压裂液交联剂与所述磷酸酯胶凝剂的质量比为1:1.1-1:1.4；所述磷酸酯胶凝剂在低碳烃中质量百分含量为3％-7％。

作为一种优选的技术方案，所述低碳烃为碳原子数为4-8的烷烃。

作为一种优选的技术方案，所述低碳烃为戊烷或己烷。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

(1)该交联剂中的交联促进剂可以加快金属阳离子络合物的形成、且无需加入任何醇类复合溶剂，降低操作成本，更容易达到工业化生产的目的。

(2)该交联剂制备工艺简单，原料低廉，制备时间短，可以随时现用现配，而且可以大大缩短交联时间至两分钟之内。

(3)该压裂液凝胶在150℃，2MPa以上高压下压裂液粘度仍然能达到50mPa·s，完全满足压裂施工标准，压裂液体系具有较强的抗温抗剪切性和携沙性能，对现场压裂施工具有重要的实际意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为利用实施例1中制得的交联剂与磷酸酯胶凝剂在正戊烷中成胶制备的压裂液体系在120℃时粘度随时间变化的耐温曲线；

图2为利用实施例2中制得的交联剂与磷酸酯胶凝剂在正己烷中成胶制备的压裂液体系在150℃时粘度随时间变化的耐剪切曲线。

图3为利用实施例1中制得的交联剂与磷酸酯胶凝剂在正戊烷中成胶制备的压裂液凝胶在扫描电镜下所观察的凝胶结构图。

其中：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

取45份水加入到250mL的烧杯中，并放置于磁力搅拌器上，加入20份硫酸铝搅拌反应10分钟，最后加入3份异丙醇胺并搅拌反应15分钟即可制得新型交联剂。

实施例2：

取52份水加入到250mL的烧杯中，并放置于磁力搅拌器上，再加入25份氯化铝搅拌反应10分钟，最后加入6份乙醇胺并搅拌反应15分钟即可制得新型交联剂。

实施例3：

取60份水加入到250mL的烧杯中，并放置于磁力搅拌器上，再加入27份硝酸铝搅拌反应10分钟，最后加入7份三乙烯四胺并搅拌反应15分钟即可制得新型交联剂。

实施例4：

按照实施例1制得的交联剂加量4％及加量5％的磷酸酯胶凝剂加入到正戊烷中交联(参见发明专利US4877894，US7328744，US5614010等，低碳烃无水压裂液的制备方法)，交联后压裂液冻胶具有很好的粘弹性和表观粘度。随后在MarsⅢ型高温高压旋转流变仪中，测试了压裂液凝胶的耐温耐剪切性。结果显示在120℃恒温、170s^-1转速下，持续剪切2h(即120min)，粘度能保持在100mPa·s以上；在170s^-1转速下，50min内，逐渐升温至150℃，考察其耐剪切性能，随着温度的升高，压裂液凝胶的粘度逐渐减小；当温度升高至150℃时，压裂液凝胶的粘度还能达到50mPa·s，(参见图1，图2)满足行业标准。此外，对压裂液凝胶的结构进行考察，将其放置于Quanta>

实施例5：

分别按照实施例2，3所制备的交联剂加量4％和6％的磷酸酯胶凝剂并加入正己烷交联制备压裂液凝胶(同实施例4)，交联后压裂液冻胶具有很好的粘弹性和表观粘度。随后考察压裂液凝胶体系的耐温耐剪切性。在MarsⅢ型高温高压旋转流变仪中，进行耐温耐剪切性测试。结果显示在90℃恒温、170s^-1转速下持续剪切2h(即120min)后粘度能分别保持在460mPa·s和520mPa·s以上，当温度升高至150℃时，两种压裂液凝胶的粘度依然能维持在70mPa·s以上。表明该压裂液冻胶具有很好的携沙效果，可以完全满足压裂作业要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。