[发明专利]一种硼交联剂及用于制备适用于高温深井的硼交联压裂液

说明书

技术领域

本发明涉及油气田压裂液技术领域，具体涉及一种硼交联剂及其制备的适用于高温深井的硼交联压裂液，该压裂液体系抗温能力可达175℃。

背景技术

随着油田开采技术的不断发展，油田的易采储量越来越少。目前，深井油气藏的勘探开发已经成为人们研究的重点。由于深井地层温度高、孔隙度小，这就对压裂液的耐温和耐剪切性能提出了很高的要求。

交联剂是使压裂液保持良好性能的关键因素。最早使用的交联剂是硼酸盐、硫酸铝和锑酸盐，但所配置的压裂液均因交联快、基液粘度高而明显不利于泵送，耐温性能差等因素限制了其在高温深井中的应用。继而开发的交联剂有铝酸盐和硫酸铬钾等。70年代和80年代采用有机钛和有机螯合物作交联剂。但经过大量室内实验现场评价(包括取芯)发现，有机金属螯合物(钛、锆)冻胶压裂液对剪贴速率敏感，在高剪贴速率作用下交联键易断裂，压裂液对地层支撑伤害严重，相比之下，硼酸盐交联压裂液对地层及支撑裂缝伤害则要小的多。

近期研究开发的延迟硼交联剂，具有清洁无毒、粘弹性好、交联键有剪切可逆性、对地层伤害低、交联时间可调、冻胶破胶彻底等特性，使之成为目前压裂液研究和应用的主要方向。

90年代初，抗高温有机硼交联剂迅速发展，耐温150℃左右的有机硼延迟交联压裂液较多。斯伦贝谢公司的硼交联压裂液专利(US5445223)，采用聚合物包裹硼离子控制延迟交联时间，提高耐温性能，其耐温可达176℃，但未见系列产品和矿场应用的报道。

我国从90年代中期开始研制抗高温的硼交联剂，并在一些油田开始使用，这些交联剂有许多缺陷：不稳定、易沉淀、施工摩阻高、抗温能力差、交联快，满足不了压裂液的施工要求。因此，在延迟硼交联剂的基础上，研制一种能够满足高温深井并容易进行施工的压裂液显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硼交联剂，该交联剂是一种硼基多元螯合物，是以含硼化合物、螯合剂为主料，以水为溶剂，在一定pH值和温度下反应制成，可有效控制交联速度，并在高温、高剪切条件下使硼交联压裂液具有良好的流变性能。

本发明的另一目的还在于提供将上述硼交联剂用于制备适用于高温深井的硼交联压裂液，该硼交联压裂液用上述制备的硼交联剂和其他组分在一定pH值和温度下反应制成，具有良好的抗高温、高剪切性能，并且摩阻低、易返排，具有广阔的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种硼交联剂，通过如下方法制备：

向反应釜中以2:1的质量比加入含硼化合物和螯合剂，用氢氧化钠调节pH值为7～9，在60～70℃条件下反应2～4h，得到一元螯合物，再向反应釜中以1:3的质量比加入含硼化合物和螯合剂，再加入溶剂水，水的质量为一元螯合物中所用螯合剂质量的4倍，搅拌均匀后，在75～85℃条件下反应2～3h，得到多元螯合物，将产物冷却后即得硼交联剂。

所述含硼化合物为硼砂、硼酸盐或硼酸三甲酯，所述螯合剂为甲醇、多元醇、多元炔或三乙醇胺，所述多元醇可以为二元醇、三元醇等，多元炔可以为二元炔、三元炔等。

将上述硼交联剂用于制备适用于高温深井的硼交联压裂液，该硼交联压裂液由以下组分按质量百分比组成：硼交联剂0.02～0.04％，增稠剂羟丙基胍胶0.3～0.6％，杀菌剂十二烷基二甲基氯化苄0.02～0.03％，粘土稳定剂氯化钾1～2％，高温稳定剂硫代硫酸钠0.02～0.03％，氟碳表面活性剂0.04～0.05％，PH调节剂氢氧化钠0.02～0.03％，其余为水。

该硼交联压裂液的制备方法如下：

按配比，先向Warring混调器中加入一定量水、氯化钾、十二烷基二甲基氯化苄、氢氧化钠、硫代硫酸钠、氟碳表面活性剂，再向里面加入干粉状的羟丙基胍胶并不断搅拌，待液体起粘后，再向其中加入交联剂，持续搅拌30min，即得到所述硼交联压裂液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)在所述硼交联剂分子中，有机螯合物与硼离子成键，这就减少了硼离子与羟丙基胍胶的成键几率，有效地控制了压裂液的交联速度，交联时间在3～10min内可调。压裂液交联速度的可控性大大降低了压裂液在井筒中产生的摩擦阻力，适用于深井压裂。

(2)本发明制备的硼交联压裂液耐温能力可达175℃，在175℃下经过511S^-1剪切5min后，再在170S^-1下长时间剪切后其表观粘度在100mPa·S以上，说明该硼交联压裂液抗高温、耐高剪切性能优良，完全能满足高温储层的压裂施工要求。