低浓度羟丙基胍胶压裂液交联剂合成与性能评价-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

精细石油化工
第32卷第3期
24
SPECIALITY PETROCHEMICALS
2015年5月
低浓度羟丙基胍胶压裂液交联剂合成与性能评价
贾文峰12,陈作',姚奕明,蒋廷学,王宝峰1,张旭东,魏娟明,杜涛1
(1.中国石化石油工程技术研究院,北京100101;2.中国石油大学(北京)石油工程学院,北京102249)
摘要:为进一步降低有机硼交联的羟丙基胍胶压裂液对地层和支撑裂缝导流能力的伤害,通过室内实验合成
了一种新型树枝状有机硼交联剂。最佳合成条件为:硼酸15%,树枝状大分子G16%,配体用量25%,催化
剂用量0.4%,反应温度100℃,反应时间4h。该树枝状状有机硼交联剂在0.2%~0.25%的羟丙基胍胶条
件下,耐温温度为120~150℃,并且0.2%的羟内基胍胶压裂液在80℃条件下,剪切120min貓度保持在
100mPa?s以上,证明通过新方法合成的树枝状交联剂交联的超低浓度羟丙基胍胶具有良好的耐温耐剪切
性能。
关键词:超低浓度羟丙基胍胶压裂液树枝状大分子有机硼交联剂
中图分类号:TE357.1+2文献标识码:A
目前,我国石油探明储量中82%为低渗透油化工研究所;pH值调节剂,工业品,北京化工厂
气田,压裂改造工艺技术是低渗透油气田提高单
Anton Paar MCR102高温高压流变仪,奧地
井产量的主要工艺技术。压裂液是压裂改造的重利安东帕公司; METTLER TOLEDO PL4002
要组成部分和关键环节,优质、低伤害、低成本是电子天平,瑞士瑞士 Mettler Toledo有限公司
压裂液发展的主要方向円。低渗透油气田具有储ZN-D12型数显旋转黏度计,北京路业通达石油
层致密、渗透率低、吼道微细等特征,易发生永久仪器设备有限公司
性堵塞伤害作用。因此,低渗透油气田储层比常1.2交联剂合成
规油气储层更易受到伤害,对压裂液的要求也更
将一定量的正丁醇、乙二醇、硼酸混合均匀,
高。羟丙基胍胶作为水基压裂液的增稠剂,具有然后按比例加人一定量的树枝状大分子G1,在
增稠能力强、抗剪切性好、热稳定性好、控制滤失100℃搅拌反应4h,然后加入一定量的乙二醛及
能力强等特点而被广泛应用于国内油气田压裂催化剂,搅拌均匀,室温静止放置12h,得到树枝
中。但由于羟丙基胍胶压裂液破胶液残渣的存在状有机硼交联剂。
对地层和支撑裂缝导流能力具有伤害作用,使压1.3压裂液配制
裂增产效果不能达到最佳值。降低压裂液稠化剂
在一定量蒸馏水中加入KCI(1%),在快速搅
浓度是减低压裂液残渣或者残胶、提高裂缝导流。拌条件下,缓慢加人羟丙基胍胶稠化剂,配制质量
能力、降低压裂液成本的重要途径,但压裂液稠化分数为0.2%、0.25%的羟丙基胍胶溶液,然后加
剂浓度降低必将影响压裂液交联强度和耐温耐剪人一定量的pH值调节剂,搅拌30min,水浴恒温
切性能,因此在不改变压裂液性能前提下,如何降(30℃)放置4h,得到压裂液基液。
低压裂液稠化剂浓度已成为人们关注的焦
向上述基液中入不同量的树枝状交联剂,搅
点
拌1min形成压裂液冻胶
实验部分
原料与仪器
经丙基胍胶,一级品,江苏昆山京昆油田科技
收稿日期:2014-11-01;修改稿收到日期:2015-03-17
公司;树枝状大分子G1,工业级,威海晨源分子新化学助研发。 E-mail: jawf@icc.cg?师,主要从事油国
作者简介:贾文峰(1984-),博士后,工
材料有限公司;硼酸、正丁醇均为分析纯,北京化
基金项目:国家自然科学基金重大项目(51490653);国家重
大科技专项(2011ZX05031-004-003);中国石化石油工程技术服
工厂;乙二醛、乙二醛均为分析纯,天津光复精细务有限公司重点项目(100100913-Z0607~-0037)。
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第32卷第3期
贾文峰,等.低浓度羟丙基胍胶压裂液交联剂合成与性能评价
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1.4试验方法
和耐温性能的影响,见图2。从图2可知:随树枝
1.4.1交联剂性能评论
状大分子用量的增加,耐温性能和延迟交联时间
按照中国石油天然气行业标准SY/T6216
都逐渐增加,当树枝状大分子用量大于6%以后,
1996《压裂用交联剂性能实验方法》进行实验。
变化幅度不大,因此最佳的树枝状大分子用量为
1.4.2压裂液性能评价
6%。主要原因是:随树枝状大分子用量增加,硼
按照中国石油天然气行业标准SY/T510
酸与树枝状大分子生成的树枝状有机硼的数量逐
2005《水基压裂液性能评价方法》进行测定
渐增多,自由的硼酸盐逐渐减少,当树枝状大分子
2结果与讨论
用量为6%时,大部分为树枝状有机硼交联剂,因
2.1树枝状交联剂合成工艺优化
此耐温性能趋于稳定;随树枝状分子的增加,自由
2.1.1明酸用量
的硼酸盐数目减少,与羟丙基胍胶配位的有效硼
随之硼酸用量的增大,耐温性能先增大后降酸盐数量减少,延迟交联时间逐渐增加,然后趋于
低,延迟交联时间逐渐减小;当硼酸用量为15%稳定。因此最佳的树枝状大分子G1最佳使用量
时,合成体系稳定性最佳,不仅可以实现延迟交为6%。
联,且耐温性较好。凝胶延迟交联时间为110s,
160
耐温温度为150C,硼酸用量对树枝状交联剂的
延迟交联时间和耐温性能的影响见图1。出现上
140
140
述现象的主要原因是:硼酸用量少时,配体对硼酸
盐离子遮蔽作用,使得交联剂延迟交联时间长,同
100
く
时由于树枝状大分子表面连接的硼酸分子数少,
耐温性
80
交联位点少,使得冻胶耐温性较差;当硼酸用量过
延迟交联时间
60
多时,未与树枝状分子反应的自由的硼酸盐也会
与顺式邻位羟基络合,导致交联时间过短,甚至出
w(树枝状大分子).%
现“过交联”现象,使得冻胶黏弹性变差,耐温性降
图2树枝状大分子G1用量对交联剂的延迟
低。当胍胶浓度接近临界缠绕浓度时,未与树枝
交联时间和耐温性能的影响
状分子反应的自由硼酸盐与羟丙基胍胶的顺式邻2.1.3配体用量
位羟基络合形成分子内络合物,进而使冻胶黏弹
配体的用量直接影响交联剂的延迟交联性
性变差,耐温性降低。
能,同时对冻胶的耐温性能有一定的影响。配体
用量对交联剂的延迟交联时间和耐温性能的影响
180
见图3。配体分子起到干扰稠化剂上的顺式邻位
160
羟基与无机盐离子络合,从而起到延缓交联作用
配体用量少时,络合物中残存的未反应的无机盐
20
回
以及树枝状交联剂上未被络合的无机盐使延迟交
难100
联较短;当配体用量过多,延迟交联时间过长,冻
80
耐温性
延迟交联时间
胶体系的耐温性又会逐渐降低。因此配体用量为
40
25%树枝状交联剂的耐温性能和延迟交联时间都
w(明酸),%
有比较好的结果。
图1硼酸用量对树枝状交联剂的延迟
2.1.4反应温度
交联时间和耐温性能的影响
在其他原料配比、实验条件不变的情