[发明专利]耐高温有机锆交联剂及其制备方法以及一种压裂液冻胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井技术领域，特别涉及一种耐高温有机锆交联剂及其制备方法以及一种压裂液冻胶及其制备方法。

背景技术

早在20世纪80年代，利用有机硼交联剂配制的压裂液冻胶具有流态柔顺、携砂能力强、剪切恢复性好、延迟交联及现场配制简便、产品价格低廉等特点，因此，在水力压裂中获得了广泛的应用。

但是，近年来，在以深层、高温、低渗透为主要特征的油藏压裂改造中，有机硼交联剂的弊端也逐步暴露出来，主要表现在3个方面：①抗温性较差。国外现场应用的有机硼交联剂的抗温能力普遍低于140℃，随着温度的进一步升高，其交联作用逐渐失去。②交联时间较短。延迟交联主要是通过多羟基化合物与硼酸盐形成的配位体来实现的，但普通的复配型配位体稳定性较差，且配位反应本身属于可逆反应，由此造成交联速度过快。③稳定性差。由于硼酸盐在水中的溶解度较低，长时间静置后出现浑浊沉淀现象，影响了交联剂的性能。因此，研制并使用了以有机钛、锆交联剂为主的有机金属交联剂，该类产品显著提高了压裂液冻胶体系的抗温性能、耐剪切性能和延迟交联性能。

因此，需要研制一种能够延迟交联时间、广泛应用于耐高温压裂液冻胶体系的有机金属交联剂及采用该交联剂制备的压裂液。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于180～200℃的深层、高温、低渗透为主要特征的油藏压裂改造中的耐高温有机锆交联剂及其制备方法。

本发明还提供了一种以耐高温有机锆交联剂配合聚丙烯酰胺类稠化剂制备的压裂施工用的压裂液冻胶及该压裂液冻胶的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所述耐高温有机锆交联剂，由以下重量百分比的组分制成：

其中，所述无机锆盐为四氯化锆或氧氯化锆中的一种；所述多元醇为乙二醇、丙三醇或甘露醇；所述有机配体为醋酸、乳酸、二羟乙基甘氨酸、葡萄糖酸钠、三乙醇胺中的两种；所述络合交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述高温稳定剂为磷酸丁三酯、硫代硫酸钠、氯化钾、四乙烯五胺中的一种或两种。

所述无机锆盐中的锆离子与所述多元醇中的羟基之间形成络合键以形成更大的胶态离子，所述NaOH用于水解无机锆盐，所述有机配体配合所述高温稳定剂使该有机锆交联剂性能更为稳定，所述高温稳定剂

优选地，所述高温稳定剂为磷酸丁三酯、硫代硫酸钠、氯化钾、四乙烯五胺中的两种。其中，大量文献报道单独使用氯化钾作为高温稳定剂能够起到一定稳定作用，但是氯化钾主要起到抑制作用，其加入量过多则易析出固体了，因此氯化钾需要配合使用作为有机锆交联剂体系中的高温稳定剂。

与有机硼交联剂相比，有机锆交联剂耐温性好，且具有延缓交联作用；与有机钛交联剂相比，能减少压裂液冻胶对地层渗透率的伤害。有机锆交联剂是无机锆盐水解后，与有机配体发生反应形成络合物而制得的，锆离子与羟基之间的络合键强于硼与羟基间的络合键，可以形成更大的胶态离子。这样，交联密度和交联强度将进一步提高，生成的冻胶耐温性和耐剪切性也得到改善，因此广泛用于耐高温压裂液冻胶体系。

该耐高温有机锆交联剂的制备方法，包括下述步骤：

(1)向反应釜内加入一定量的水，反应釜升温至50～60℃，边搅拌边加入多元醇，搅拌0.5～1h，使多元醇均匀分散在水中；

(2)保持反应釜温度不变，再向釜内加入无机锆盐，继续搅拌，使无机锆盐充分溶解到溶剂中，同时将氢氧化钠配置成0.5～2mol/L的NaOH溶液加入至反应釜中，调节反应釜内溶液pH值为7～9，进行水解反应0.5～1h；

(3)待反应釜内的固体全部溶解后，反应釜升温至70～80℃，向溶液中加入有机配体和络合交联剂，搅拌至完全溶解，加热络合反应2～3h；

(4)将反应釜升温至80～90℃，加入高温稳定剂，继续反应1～2h后，得到该耐高温有机锆交联剂。

采用上述配方和方法制备出的耐高温有机锆交联剂产品为橙红色透明溶液，室温下粘度为5-10mpa.s，其溶液pH值为7.4左右，流态柔顺，可长时间贮存且不会分层。

一种根据权利要求1所述的耐高温有机锆交联剂制备压裂液冻胶，由以下重量百分比的组分制成：