基于淀粉微球交联剂的低浓度羟丙基胍胶压裂液性能研究

目的针对低渗透油藏,需要降低压裂液稠化剂用量,减少对储层的伤害,并确保压裂液具备延迟交联、携砂等性能和耐温耐剪切性能。 方法利用反相乳液聚合法合成淀粉微球,通过硅配体和硼羟基修饰淀粉微球表面,制备了一种交联性能优良、伤害性低的微球型硅硼交联剂(KBSM)。 结果KBSM交联剂能够实现多活性位点交联,增强交联密度,从而降低羟丙基胍胶(HPG)的用量,具有延迟交联特性。其延迟交联时间在2~6 min内可调。质量分数为0.2%的 HPG交联冻胶在120 ℃、170 s-1剪切120 min后的黏度为80 mPa·s。交联冻胶中砂质量分数(以下简称携砂比)为40%时,陶粒沉降速度为0.116 7 cm/min。加入质量分数为0.25%的过硫酸铵破胶剂可使交联冻胶在90 ℃下、120 min内完全破胶,且残渣质量浓度为214 mg/L。同时,破胶液的岩心损害率为26.55%。 结论基于淀粉微球交联剂的低含量羟丙基胍胶压裂液对于降低低渗储层伤害有一定的指导意义。      

有机硼高温延迟交联剂的制备及其性能

合成了用于中高温油藏压裂作业的有机硼交联剂,并与羟丙基胍胶压裂液组成了有机硼交联冻胶体系。研究了合成条件对交联时间的影响,考察了有机硼交联冻胶体系的性能。实验结果表明,制备有机硼交联剂适宜的反应条件为:130℃、络合剂醇胺质量比4∶2。制备的有机硼交联剂冻胶体系适用于90~120℃的中高温地层压裂作业。破胶剂添加量为0.2%~0.3%(φ)可满足不同的施工工艺参数要求。有机硼交联冻胶体系可在110~120℃下保持表观黏度稳定大于100 mPa·s,并在作业后120~240 min实现破胶水化。     

海水基速溶低摩阻胍胶压裂液的研究

海上油田压裂采用海水配制压裂液成为降本增效的有效技术手段,但海水水质具有硬度高、矿化度高等问题。针对此问题,笔者将胍胶原粉分子重建物理改性,并经羟丙基化学改性,取代度0.45的两次改性胍胶在海水环境中3 min增黏速率达90%,相比普通同取代度的羟丙基胍胶,分子重建羟丙基胍胶在海水中增黏速度明显提升。交联剂通过对比,优选树状大分子有机硼交联剂,由于硼原子在交联过程中扩散速率降低,在应用阻垢剂基础上交联胍胶过程中可实现延迟交联,形成的冻胶微观网格尺寸平均40～55 nm,比小分子络合硼交联冻胶网格尺寸大,有效延迟交联速度,降低压裂摩阻。由分子重建羟丙基胍胶、树状大分子有机硼交联剂制备的海水基压裂液经在120℃剪切,2 h的流变性能为200 mPa·s,大于行业标准,降阻率可达80%,黏弹性能高于一般小分子络合硼交联胍胶。      

返排水配制压裂液用交联剂的研制及应用

为实现油气井压裂施工过程中压裂返排水的重复利用,用多羟基氨基酸,三乙醇胺,α-羟基羧酸作为有机配体合成了一种有机硼锆交联剂,该交联剂可在弱碱性环境下用于返排液配液。考察了该交联剂对返排水基压裂液耐温耐剪切性能的影响。当胍胶溶液质量分数为0.6%,该有机硼锆交联剂交联比为100:0.6时,基液p H值控制在8左右,交联形成的交联冻胶在剪切速率100 s-1条件下剪切2 h,最后黏度保持在80 m Pa·s以上,并且该有机硼锆交联剂交联的返排水基冻胶破胶彻底,对储层伤害小。该交联剂在苏格里气田进行了现场应用,取得良好的压裂效果。     

胍胶压裂返排液循环配制过程中残余硼控制技术研究

胍胶压裂液是目前油气田开发应用最为广泛的压裂液体系之一，返排液中存在一定量的残余交联剂，在重复配液过程中会出现提前交联的问题，因此开展了丙三醇、乙二醇、甘露醇、木糖醇等多羟基化合物对返排液中残余硼的掩蔽实验。实验结果表明：采用与硼摩尔比为2∶1的甘露醇作为掩蔽剂，可降低提前交联的不良影响。针对压裂返排液的水质特点和回用指标，采用“絮凝沉淀+离子控制+两级过滤”为主的胍胶压裂返排液处理工艺，处理后悬浮物去除率95.6%、钙镁离子去除率72.6%、硼去除率71.5%，压裂返排液处理后直接配制胍胶压裂液，未出现提前交联的情况，与清水配制的胍胶压裂液相比，耐温、耐剪切性能满足现场施工的要求。     

有机硼锆交联剂的制备与延缓交联效果

为获得耐高温、抗剪切性和延缓交联效果良好的交联剂,在80℃下,以柠檬酸、丙三醇、甲醛、三乙醇胺为配位体,氯氧化锆与硼砂为主要成分,合成了红棕色黏稠状的有机硼锆交联剂。优选了制备交联剂的最佳条件,研究了交联剂和调节剂加量对交联时间的影响,评价了冻胶的破胶性和耐温抗剪切性。结果表明,制备交联剂时,氯氧化锆与硼砂的最佳质量比为0.9~1.5;调节剂、交联剂与压裂液基液的最佳体积比为0.4∶0.5∶100,此条件下的交联挑挂时间为64 s;在瓜尔胶压裂液基液中加入0.001%~0.003%过硫酸铵,破胶时间为6~12 h,破胶液黏度与表面张力均符合行业标准要求;冻胶在140℃、170 s-1下经连续剪切90 min的黏度约100 m Pa·s。该交联剂耐温抗剪切性和延缓交联效果较好,可满足大部分油气井压裂施工需要。     

用于超高温延迟交联的有机锆交联剂的制备及性能

以三乙醇胺和多烯多胺为复配螯合剂,制备了用于超高温油藏压裂作业中延迟交联的有机锆交联剂(简称改进有机锆交联剂),考察了制备条件对交联时间的影响以及改进有机锆交联剂-羧甲基羟丙基瓜胶(CMHPG)-延迟调节剂冻胶系统的耐温耐剪切性能,并对传统的三乙醇胺有机锆交联剂交联形成的冻胶热稳定性不足的原因进行了分析。实验结果表明,制备改进有机锆交联剂的适宜反应条件为130℃,复配螯合剂与正丙醇锆酸酯质量比为5∶2,三乙醇胺与多烯多胺质量比为1∶4;所制备的改进有机锆交联剂与CMHPG形成的冻胶体系具有低交联剂用量和低增稠剂用量特性,在CMHPG用量0.36%(w)、改进有机锆交联剂用量0.2%(φ)的条件下,交联时间为235 s,且可通过延迟调节剂调整交联时间。在剪切速率170 s^-1、温度180℃下,经过120 min剪切,冻胶黏度保持在90 mPa·s以上,表明该改进有机锆交联剂适用于超高温地层压裂作业。     

基于煤层气的新型压裂用有机硼交联剂BX-Y

采用硼酸盐和有机配体D-果糖制备了新型有机硼交联剂BX-Y,并将BX-Y与羟丙基胍胶进行交联反应配制了BX-Y交联压裂液。考察了BX-Y的合成条件对其交联性能的影响,并利用高温滤失仪对BX-Y交联压裂液的室内性能进行了评价。实验结果表明,合成BX-Y适宜的条件为:m(硼酸盐)∶m(配体)=1∶2,硼酸盐用量13%(w)(用量均基于反应体系质量),催化剂用量2%(w),反应时间6 h,反应温度80℃。BX-Y交联压裂液体系的静态滤失量小,耐剪切性能较好,形成的压裂液冻胶在60℃、170 s~(-1)下剪切60 min,体系表观黏度大于200 m Pa·s,破胶彻底,破胶液黏度低,满足现场应用需求。采用D-果糖制备的BX-Y交联压裂液的渗透率恢复值达85%以上,伤害低,具有较好的储层保护效果。     

纳米二氧化硅交联剂的合成及其交联形成羟丙基胍胶压裂液的性能研究

利用Stber法制备了单分散二氧化硅颗粒,对纳米二氧化硅表面进行化学修饰,合成了新型纳米二氧化硅有机硼交联剂。对合成的纳米交联剂的性能进行了评价,并对其交联的低浓度羟丙基胍胶压裂液的延迟交联性能、耐温耐剪切性能、破胶性能、滤失性能等进行了研究。纳米二氧化硅交联剂交联的0.25%羟丙基胍胶压裂液,随着交联比变化,延迟交联时间在80~130s可调,并且耐温性能最高可达120℃。证明通过简单方法合成的纳米二氧化硅交联剂具有优良的性能,可有效交联低浓度羟丙基胍胶压裂液。     

低浓度羟丙基胍胶压裂液交联剂合成与性能评价

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G1 6%,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%的羟丙基胍胶压裂液在80℃条件下,剪切120min黏度保持在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。     

用返排液作基液的压裂液配方研究

为解决压裂返排处理水重复利用的问题,探讨了压裂返排处理水对胍胶压裂液的影响。针对胍胶压裂液在高矿化度水中溶胀和交联效果差的难题,通过优选耐盐胍胶PA-G、研制螯合调节剂PA-CR以及合成有机硼交联剂PA-CL,优化出一套适应于压裂返排处理水重复配制压裂液的配方。实验表明该配方可满足90 ℃耐温耐剪切要求,具有以下功能:①优选的耐盐胍胶PA-G溶胀速度快,黏度高,0.3%含量下5 min即可达到30 mPa·s;②研制的高效螯合调节剂,由有机碱、EDTA、有机膦酸盐和聚合物组成,可有效螯合钙、镁离子,可将含1500 mg/L钙镁离子高矿化度水的pH值调节至10以上时不发生沉淀;③研制的有机硼交联剂具有延迟交联功能。      

压裂用有机硼交联剂GCY-1的研究

针对川西中、低温储层缺乏自主研发的压裂液交联剂的现状,在对比国内外压裂液交联剂的优缺点和适用范围的基础上,选择合成了有机硼交联剂。通过对合成条件的考察,得到了有机硼交联剂的最佳合成工艺：溶剂为水与乙二醇复配,配位体为葡萄糖与乙二醇复配,加量为20%;催化剂为NaOH,反应温度为70℃,反应时间为2.5h,硼砂∶葡萄糖=4x∶y。合成的有机硼交联剂交联时间在30s～3min可调,形成的压裂液冻胶在80℃、65℃和45℃,170s-1条件下剪切120min,粘度均大于80mPa·s;能彻底破胶,破胶液粘度≤5mPa·s。该交联剂适合川西中、低温储层压裂改造的需要。     

适用于低渗透储层的有机硼胍胶压裂液体系的制备 与性能评价*

常规胍胶压裂液胍胶加量大、破胶后残渣含量高,影响了低渗透储层的渗流能力。为改善这一问题,用硼酸、葡萄糖酸钠、三乙醇胺等制得有机硼交联剂JS-8,研究了JS-8、改性胍胶HPG-1和非离子型助排剂ZA-07组成的低浓度胍胶压裂液的各项性能。结果表明,该压裂液体系交联时间可调,抗温抗剪切性能较好,在80℃、170 s~(-1)下剪切持续90 min的黏度一直保持在218 mPa·s左右;破胶时间短,2 h内可完全破胶,破胶液黏度与残渣含量低、界面张力仅为1.07 mN/m,极大地降低了储层水锁伤害,压裂液对储层的平均渗透率伤害率仅为19.25%,可用于低渗透储层的压裂改造。图4表3参19     

王家岗油田高凝油储层热污水压裂液技术

针对王家岗高凝油储层在压裂过程中易产生冷伤害的问题,提出了高凝油储层热污水压裂技术。由于热污水在配制常规瓜胶压裂液时,存在配伍性差、交联冻胶热稳定性差的问题,开展了热污水胍胶压裂液体系的研究,研发了新型有机硼锆JH交联剂。该交联剂其可以完全分散在水中,与常规羟丙基胍胶可形成高黏度冻胶体。室内实验及现场应用结果表明,该压裂液体系能满足现场施工要求,是高凝油储层压裂改造的一项有效措施。     

王家岗油田高凝油储层热污水压裂液技术

针对王家岗高凝油储层在压裂过程中易产生冷伤害的问题,提出了高凝油储层热污水压裂技术。由于热污水在配制常规瓜胶压裂液时,存在配伍性差、交联冻胶热稳定性差的问题,开展了热污水胍胶压裂液体系的研究,研发了新型有机硼锆JH交联剂。该交联剂其可以完全分散在水中,与常规羟丙基胍胶可形成高黏度冻胶体。室内实验及现场应用结果表明,该压裂液体系能满足现场施工要求,是高凝油储层压裂改造的一项有效措施。     

一种低浓度压裂液有机硼交联剂的合成与性能评价

针对目前国内压裂液稠化剂使用浓度较高的问题,以十水四硼酸钠为主原料,在NaOH的催化剂作用下,与乙二醇、三乙醇胺和多羟基醇进行络合反应,合成了适用于低浓度压裂液体系下的有机硼交联剂JS2-6,通过红外光谱对交联剂JS2-6以及HPG/JS2-6交联形成的冻胶分别进行了结构表征,研究了该交联剂与较低浓度的羟丙基胍胶所形成压裂液的延缓交联性能、耐温抗剪切性能、滤失性能、破乳性能和摩阻性能。通过实验得到的低浓度压裂液体系配方为:(0.3%～0.35%)HPG+0.2%杀菌剂FHS-18+0.2%助排剂F220+0.3%黏土稳定剂DS-208+0.1%交联促进剂+(0.02%～0.04%)p H调节剂,交联比为100∶(0.2～0.3),体系适用温度为60数150℃。通过调节体系的pH值,有效延长交联时间可达90 s。在温度140℃、剪切速率170 s~(-1)下剪切90 min,压裂液的黏度保持在150 m Pa·s左右,具有优异的耐温耐剪切性能。该体系在120℃时滤失系数最低为7.12×10~(-4)m/min~(1/2),滤失量28 mL,能有效减少地层伤害。在120℃破胶后的破胶液与煤油间的界面张力1 mN/m,破胶液黏度较低,对地层伤害率低,且具有低摩阻的特点,可达到易排液的使用要求。图9表3参17     

柳杨堡气田高温有机硼交联剂的优选与评价

柳杨堡气田地层温度高、气藏埋藏深,具有低孔特低渗微细孔喉特点,对于压裂液耐温耐剪切。为此,优选了一种高温有机硼交联剂。分析了基液pH值、交联温度、交联比对交联时间的影响,为该交联剂应用提供了数据支持。利用优选的高温有机硼交联剂配制成压裂液具有耐温耐剪切性好(130℃,170 s~(-1)剪切120 min后黏度仍可达到160 mPa·s)、延迟交联时间可调(交联时间150～180 s)、破胶彻底、残渣少、对储层伤害小的优点,可以满足深层高温储层压裂施工需要。该交联剂用于柳杨堡气田现场试验3井次11段,成功率100%,取得了良好的压裂效果。     

一种低用量胍胶交联剂的合成及性能研究

本文介绍了一种低用量胍胶交联剂,能够降低胍胶用量30%以上。0.2%胍胶浓度,交联比100:0.3的条件下耐温可达到80℃,0.25%胍胶浓度,交联比为100:0.2的条件下,耐温可达到130℃。低用量胍胶交联剂压裂液体系破胶彻底,破胶后残渣含量低,仅为49 mg/L和78 mg/L。对地层伤害低,较常规压裂液体系降低50%以上。低用量胍胶交联剂的研制对于提升低渗透油藏的压裂效率,防止油层伤害,节能降耗有积极意义。     

抗温155℃的胍胶压裂液体系研制及性能评价

胍胶及其衍生物是水力压裂液最常用的稠化剂,成本较低且对地层伤害较小,耐温性能较差。文章对胍胶进行醚化改性,制备了一种耐温性能较好的羧甲基羟丙基胍胶CMHPG-3;利用硼酸和无机锆合成了一种新型耐高温有机硼锆交联剂;通过优选胍胶压裂液中添加剂的种类和用量,研制了一种耐高温胍胶压裂液体系,并利用高温高压流变仪对此压裂液体系的综合性能进行了评价。结果表明,该压裂液体系具有较好的延迟交联性能,在胍胶用量仅为0.4%的条件下,此胍胶压裂液的最高抗温155℃;在130℃、170 s^-1下持续剪切60 min的剩余黏度高于80 mPa·s;黏弹性能测试表明该压裂液体系具有较好的携砂性能;压裂液破胶时间短,可在90℃、2 h内完全破胶,得到的破胶液黏度低于4 mPa·s,且残渣含量较低,对储层伤害较小,储层的平均渗透率损害率仅为19.33%,现场应用施工顺利,取得了良好的压裂施工效果。     

纳米陶粉对胍胶压裂液性能的影响

为提高胍胶压裂液耐温性能,适应深层等复杂特殊油气藏的开发,用纳米陶粉与胍胶制得纳米陶粉杂化胍胶压裂液,在压裂液中加入交联剂四硼酸钠得到压裂液冻胶,研究了纳米陶粉加量和交联比对压裂液冻胶表观黏度的影响,考察了压裂液冻胶的耐温性、黏弹性和力学性能。结果表明,纳米陶粉加量和交联比对压裂液冻胶表观黏度的影响较大。配方为0.3%胍胶、3000 mg/L纳米陶粉、交联比(四硼酸钠与压裂液基液的质量比)为0.2∶100的纳米陶粉杂化胍胶压裂液冻胶耐温抗剪切性能良好,在170 s~(-1)、90℃下剪切60 min后的黏度为150mPa·s,较空白胍胶压裂液黏度提高了60 mPa·s。纳米陶粉可均匀分散在胍胶压裂液中,有效增强压裂液的网络结构,增加压裂液的弹性和抗拉强度。与空白压裂液相比,纳米陶粉杂化胍胶压裂液的弹性模量增加45%,变形量为10 mm的拉力增加4 N,可以用于复杂油气藏的压裂开发。