固体硼交联剂制作方法及性能.pdf

第32卷第1期
并与完并
Vol 32 No
2015年1月
DRILLING FLUID COMPLETION FLUID
Jan.2015
doi:10.3969/j.is.1001-5620.2014.,06.022
固体硼交联剂制作方法及性能
张大年,赵崇镇2,张锁兵,赵梦云',苏长明,刘松',郑承刚
(1.中国石化石油勘探开发研究院,北京;2.中石化油田勘探开发事业部,北京)
张大年等,固体硼交联剂制作方法及性能.钻井液与完井液,2015,32(1):84-86
摘要制出一种压裂用固体无机瑚交联剂G-CYS,评价了其交联特性,设计了通用于100、120、140、
160℃不同温度条件的4种压裂液体系。在相应温度下4种体系均具有良好的耐高温和剪切性能,破胶底、破胶
液黏度低,在160℃以1000s的速率高速剪切2min,在170s'剪切120min后黏度保持在120mPa?s以上、満足
中高温储层压裂需要。体系的交联时间可以通过pH值和温度2方面控制,交联完成后可以保持60min以上不脱水
避免由于现场施工延迟导致体系脱水、性能变差等河题。
关键词耐高温压裂液;延迟交联;无机硼;固体交联剂
中图分类号:TE357.1
文献标识码:A
文章编号:1001-5620(2015)01-0084-03
压裂液体系的延缓交联技术和降低储层伤害一直1实验部分
是研究重点。现有主要延缓交联技术是将硼酸盐与有
机配位体络合形成有机硼交联剂,体系通过不断提高11实验仪器
pH值才能延缓有机硼交联剂延缓释放硼离子。要
搅拌器(KARW16基本型),数显磁力搅拌器
提高体系耐温性能,需要提高交联比例和升高pH值,(KARC基本型), Haake Rst6000旋转流变仪(德国
与之矛盾的是提高交联比会在常温或温度略高的情况Hake公司),鸟氏黏度计(上海申立玻璃仪器有限
下过交联,施工过程中易脱水;而pH值过高则压裂公司),高温高压滤失仪(青岛海通达GS42-2A),
液冻胶发脆,增加现场配液的难度,影响施工成败。真空干燥箱DZF6020(上海博讯实业有限公司医疗
另一方面,在一些极端环境液体有机交联剂不适合应器械厂)。
用,例如针对俄罗斯西伯利亚地区常年处于-20℃,1.2实验试剂
斯伦贝谢公司最先开发了固体交联剂,获得很好的现
羟丙基瓜胶,氯化钾,甲醛,助排剂DL-12,硼
场效果,并且发现该方法可以降低液体对储层的伤砂,NaOH,均为工业品;六次甲基四胺、有机醇类
害。介绍了一种固体硼交联剂,常规合成有机交联
溶剂CY和凝固剂OG为分析纯。
剂将硼酸或硼砂溶于水中,加入氢氧化钠作为催化剂,
促进无机硼溶解产生B(OH)4结构24?。而无机硼
实验方法
溶解到有机醇类溶剂,硼形成B(OX)3结构,加入1.3.1固体交联剂G-CYS的制作方法
凝固剂快速固结,固结后烘干可制成固体交联剂。固
制作固体交联剂G-CYS的主要成分为硼砂、有
体交联剂可通过调节pH值和温度2个方面控制固体机醇类溶剂CY和凝固剂OG。先称取一定量的CY装
交联剂溶解性能,实现延缓交联的目的,耐温性能达入有回流冷凝管的三口反应瓶中,升温至40~45℃,
到160℃,同时可保持长时间不脱水,满足中高温储保持恒温并倒入一定比例硼砂,用搅拌器混合均匀
层压裂需要。
充分溶解后用固体NaOH调节pH值为6~7,边搅
基金项目:国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“中西部地区碎屑岩储层预测、保沪与改造被术”
(2011ZX05002-005)。
第一作者简介:张大年,博士后,1984年生,俄罗斯国立古博金石油和天然气大学油田化学专业博士,现从事压裂酸化新技
术和新材料研究。地址:北京市学院路31号;邯政码100083;电话(010)82312063/13911240842;E-mail: zdn be④ sohu. com
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第32卷第1期
张大年等:固体硼交联剂制作方法及性能
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拌边逐滴加入OG,体系迅速凝结。然后将固结体
1000
系放入40℃真空干燥箱内烘干过夜,将烘干后的固
800
体研磨成粉末,最终得到乳白色固体粉末,密度为
600
1. 36 g/cm
400
1.3.2耐高温压裂液体系基本配方
200
耐高温压裂液体系基础配方为:(0.359%~0.65%)
0
羟丙基瓜胶+1.0%KC+0.15%甲醛+0.15%助排剂
100120
DL-12+(0.1%~0.5%)10%6NaOH溶液+(0.4%~1.8%)
图1100℃、170s'剪切120min体系流变曲线
固体交联剂G-CYS+0.5%六次甲基四胺
1.33基液配制及性能评价方法
参照行业标准SY/T5107-2005“水基压裂液性
600
能评价方法”配制基液并测试性能。配液用水为自
s400
来水(pH值为6.5~7.3)。
1.3.4交联时间影晌因素
200
pH值对交联时间的影响:以0.50%HPG为基液
交联剂用量为1.5%,用10%NaOH和3%HCI调节
pH值为7~13,测定不同pH值对交联时间的影响。
温度对交联时间的影响:以0.50%HPG为基液,
图2120℃、170s'剪切120min体系流变曲线
交联剂用量为1.5%,放人水浴锅中,测定不同温度
600
下的交联时间
2实验结果与讨论
oの400
2.1耐温耐剪切性能
200
针对不同施工地层温度要求,设计了适用温度
0
为100~160℃的冻胶体系(表1),不同配方体系以
100
120
170s'的速率剪切120min后黏度保持在90mPa?s
左右(图1~图4),说明该4组配方具有良好的耐
图3140℃、1708'剪切120min体系流变曲线
温抗剪切性能;在160℃经过10004高速剪切2
1000
min,再以170s的速率剪切120min,黏度仍然保
800
持在120mPa?s以上(图4),表明体系具有很好的
600
耐剪切性能,满足施工要求。从流变曲线看出,适用
?400
于100~140℃的3种体系未出现有机硼交联剂特有
200
的二次交联峰,随着温度升高,固体交联剂溶解加速,
100
达到指定温度后体系趋于平稳
mn
表1不同温度配方及流变性能
图4160℃、1000s剪切2min,170s
AVキ/流变
剪切120min体系流变曲线
配方
℃
mPa·s曲线
1000.35%HIPG+0.65%G-CYS+助剂67.52图1
2.2影响交联时间的因素
1200.45%HPG+1.0%G-CYS+助剂91.64图2
随着温度和pH值的升高,交联时间逐渐缩短(表
1400.50%HPG+1.5%G-CYS+助剂92,14图32和表3)。由于大量硼砂包含在固体颗粒内,随pH
1600.659%HPG+1.%G.CS+助剂120.0图4值增大,固体交联剂的溶解和硼砂水解速度