[发明专利]使瓜尔胶/硼酸盐体系在高压下的粘度降低最小化的添加剂

说明书

一种用作压裂液中的耐压双交联剂凝胶的组合物，该组合物包含：聚合物，该聚合物能够提高流体的粘度；含硼交联剂，该含硼交联剂能够交联聚合物；以及过渡金属氧化物添加剂，该过渡金属氧化物添加剂能够交联聚合物。

技术领域

本发明公开了与水力压裂相关的组合物和方法。具体而言，公开了用于稳定瓜尔胶/硼酸盐交联凝胶的组合物和方法。

背景技术

瓜尔胶是用于水力压裂工艺的高分子量、水溶性半乳甘露聚糖多糖。与所有的水力压裂液一样，基于瓜尔胶的流体需要保持足够的粘度以防止支撑剂沉降并保障将支撑剂输送至裂缝中。为了在使瓜尔胶的量最小化的同时达到压裂液的所需的稠化，可以使用诸如硼砂等交联剂来交联瓜尔胶分子。可以在足以使地层的岩石破裂的压力下泵送这些瓜尔胶/硼酸盐交联流体，从而使支撑剂和凝胶混合物能够渗透至裂缝中。在100华氏度(37.8摄氏度(℃))至300华氏度(148.9℃)范围内的温度下，可以将常规的瓜尔胶/硼酸盐交联流体用于水力压裂工艺。然而，瓜尔胶/硼酸盐交联流体的粘度会表现出对包括机械剪切、pH和温度在内的多种影响的可逆性响应。此外，这些流体在压力增大期间会丧失粘度。在大于2500psi的压力下，瓜尔胶/硼酸盐交联流体的粘度会降低，这是由于交联剂所造成的一些或全部的粘度损失。应当理解，当压力增大时，顺式-羟基和硼酸盐之间的交联会反向进行，从而导致粘度降低。在压力增大后，几乎立即会发生粘度的降低。

一种使瓜尔胶/硼酸盐交联流体的压力响应最小化的方法是使用高聚合物负载的瓜尔胶基聚合物。使瓜尔胶/硼酸盐交联流体的压力响应最小化的另一种选择是使用高剂量的交联剂。然而，这些选择会产生在泵送压裂液期间造成过度摩擦的初始粘度，并且会产生在水力压裂完成后难以被破坏的凝胶。这两种选择都会导致压裂液的成本增加。

发明内容

本发明公开了与水力压裂相关的组合物和方法。具体而言，公开了用于稳定瓜尔胶/硼酸盐交联凝胶的组合物和方法。

在第一方面中，提供了一种用于形成压裂液中的耐压双交联剂凝胶的组合物。该组合物包括能够提高压裂液的粘度的聚合物、含硼交联剂和过渡金属氧化物添加剂，其中含硼交联剂和过渡金属氧化物添加剂两者均能够交联聚合物。

在某些方面中，聚合物的浓度在15磅/千加仑(pptg)和100pptg之间。在某些方面中，聚合物选自由下列组成的组：瓜尔胶、瓜尔胶衍生物、聚乙烯醇、甘露糖、含甘露糖的化合物以及它们的组合。在某些方面中，含硼交联剂的浓度在压裂液的0.002重量％和2重量％之间。在某些方面中，含硼交联剂选自由下列组成的组：硼盐、硼酸以及它们的组合。在某些方面中，含硼交联剂为选自由下列组成的组中的硼盐：硼酸钠、五硼酸钠、四硼酸钠、硼酸钙、硼酸镁以及它们的组合。在某些方面中，过渡金属氧化物添加剂的浓度在压裂液的0.0002重量百分数(重量％)和2重量％之间。在某些方面中，过渡金属氧化物选自由下列组成的组：过渡金属氧化物纳米颗粒、过渡金属氧化物纳米颗粒分散体、聚合物材料稳定的过渡金属氧化物、具有其他金属纳米颗粒的过渡金属氧化物纳米颗粒以及含有过渡金属氧化物的金属有机多面体。在某些方面中，过渡金属氧化物添加剂包括选自由下列组成的组中的过渡金属氧化物纳米颗粒：氧化锆纳米颗粒、氧化钛纳米颗粒、氧化铈纳米颗粒以及它们的组合。在某些方面中，过渡金属氧化物添加剂包含浓度为压裂液的0.04重量％的氧化锆纳米颗粒分散体。在某些方面中，过渡金属氧化物添加剂包含浓度为压裂液的0.12重量％的氧化钛纳米颗粒分散体。在某些方面中，过渡金属氧化物添加剂包含浓度为压裂液的0.02重量％的氧化铈纳米颗粒分散体。在某些方面中，聚合物包括瓜尔胶，含硼交联剂包括硼酸钠，并且过渡金属氧化物包括CeO₂纳米颗粒。在某些方面中，过渡金属氧化物添加剂的直径在5nm和100nm之间的范围内。

在第二方面中，提供了一种用于水力压裂工艺的耐压流体的组合物。该组合物包含耐压流体。耐压流体包含耐压双交联剂凝胶和压裂液。耐压双交联剂凝胶包含聚合物、能够交联聚合物的含硼交联剂和能够交联聚合物的过渡金属氧化物添加剂。耐压双交联剂凝胶能够稠化压裂液以产生耐压流体。