[发明专利]一种速溶改性纤维素交联清洁压裂液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油气藏压裂增产用的速溶改性纤维素交联清洁压裂液及其制备方法，属于石油开采技术领域。

背景技术

压裂技术作为低渗油气藏的主要增产、增注方法发展迅速。压裂液是压裂技术的重要组成部分，国内外常用的为水基压裂液，占80%以上。水基压裂液以水为介质，添加压裂液稠化剂、杀菌剂、粘土稳定剂、pH值调节剂、破乳剂、助排剂、交联剂、破胶剂、温度稳定剂等添加剂，压裂液稠化剂是主剂，多为植物胶（如瓜尔胶、香豆胶、田菁胶及其衍生物）、合成聚合物（如聚丙烯酰胺类）等高分子物质。植物胶具有良好的水溶性和增粘能力，必须添加杀菌剂，以碱性介质为主，可与交联剂发生交联作用形成三维网络结构；但这类稠化剂具有10-20%的水不溶物，即使通过化学改性后，也仍然存在2-8%不溶物，与之形成的压裂液经过破胶后存在100－500mg/l的残渣，滞留地层，堵塞孔道，导致储层损害。CN102676146A公开了一种压裂液，其组分重量百分比为：0.25-0.6%超级胍胶，0.5-2%氯化钾，0.5-1.0%有机粘土稳定剂；0.05-0.1%JA-1杀菌防腐剂，0.2-0.5%非离子型助排剂，0.1-0.2%交联调节剂，0.0001-0.15%过硫酸铵，0.2-0.6%有机硼锆复合交联剂，其余为水。显然，该申请所公开的压裂液是目前国内外常用的典型瓜尔胶压裂液配方体系，碱性溶液介质，需要杀菌防腐，有机硼锆复合交联，存在较高含量的稠化剂水不溶物和压裂液破胶残渣。

合成聚合物压裂液以多元单体共聚高分子为稠化剂，配之以粘土稳定剂、pH值调节剂、破乳剂、助排剂、交联剂、破胶剂、温度稳定剂等添加剂，具有无水不溶物和低残渣的特点，但由于聚合物分子量达到1000-2000万，大分子的滞留和残胶不可自动降解是其不足，滞留会引起明显的地层和支撑裂缝的伤害、地层渗透率下降等，严重影响油气产量。CN102634329A公开了一种压裂液，其组分重量百分比为：XT-3低分子聚合物稠化剂，0.25-0.6%；交联剂，0.2-0.6%；氯化钾，0.5-2%；交联调节剂，0.02-0.08%；助排剂：0.2-0.5%；过硫酸铵，0.0001-0.15%；其余为水。该压裂液采用了铝盐和锆盐双离子交联合成聚合物，并添加氯化钾作为粘土稳定剂，未介绍聚合物分子量和粘土稳定性能对比。

低分子的粘弹性表面活性剂压裂液（VES）是水基压裂液的重要补充，具有清洁无残渣的特点，是典型的低损害压裂液，但由于不可交联，耐温能力较差、滤失量大和成本高等不足限制了其规模应用。滑溜水压裂液是随着非常规油气开发而发展低成本、低粘度水基压裂液，由减阻剂、杀菌剂、助排剂和破胶剂等组成，具有低摩阻、低残渣和低损害的特点，但也存在不交联、低粘度和携砂能力差等不足。因此，开发一种无残渣、清洁、可交联的压裂液是低渗透油气藏高效开发的迫切需求。

纤维素是自然界广泛存在的天然资源，通过化学改性并配套其它添加剂，可以形成另一类低损害压裂液新体系。CN103160269A提供了一种水基胍胶压裂液，属于油田压裂技术领域。所述水基胍胶压裂液包括如下组分：胍胶衍生物、交联剂、破胶剂、增稠剂、pH值调节剂和水。在这个发明中的关键增稠剂是使用了0.5-2.0wt%的改性纤维素（HEC、CMC、HPC），用不交联的高浓度的改性纤维素替代瓜尔胶稠化剂，降低改性瓜尔胶的使用浓度，达到降低水基胍胶压裂液破胶后残渣含量和成本的目的。显而易见，该压裂液体系是通过使用浓度高达2wt%的非交联特性的改性纤维素，达到降低瓜尔胶使用浓度，以碱性溶液介质（pH为9-10），以无机硼（硼砂）为交联剂（交联的是瓜尔胶，而非改性纤维素），达到辅助增粘携砂和降低残渣的目的，改性纤维素仅起增加表观粘作用。同时该专利的实验数据表明，压裂液最低残渣量为0.2%，即2000mg/L，并非低残渣压裂液。

植物胶压裂液的配制方法因稠化剂特性和压裂施工要求不同而有差异，特别是在非常规油气大型压裂过程中，速溶、配制简便是油气田压裂的生产需求，更是其发展方向。CN102634329A和CN102676146A中介绍了合成聚合物和瓜尔胶压裂液配制方法，均是在大排量循环的动力条件下，先调节pH值，加盐溶解，依靠稠化剂（粉剂）自身的水合作用，缓慢溶解增粘，实验室需要10-15min的搅拌时间，而矿场每40m³罐更需要40-50min的配液时间。显然，这种矿场常用的配液方法添加材料种类多、需要循环动力大、配液时间长，难以满足非常规油气藏大规模压裂速溶的需要。

发明内容