一種適用于聚合物壓裂液體系的有機鋯交聯(lián)劑及其制備方法
【專利說明】 一種適用于聚合物壓裂液體系的有機鋯交聯(lián)劑及其制備方
法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于油田化學品技術領域，具體涉及一種適用于聚合物壓裂液體系的有機鋯交聯(lián)劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]壓裂工藝是油田普遍采用的，一種油氣井增產(chǎn)的一項主要措施。它是利用地面高壓栗組將具有一定粘度的壓裂液以大大超過地層吸收能力的排量注入地層中，在地層中形成高壓，使原有裂縫得到延伸或者壓開新的裂縫，改善油氣層的導流能力，從而實現(xiàn)增產(chǎn)的目的。
[0003]目前水力壓裂使用的壓裂液主要有三大類分別是:油基壓裂液、泡沫壓裂液和水基壓裂液。其中油基壓裂液成本高，施工困難，僅適用于一些特殊的高難井；泡沫壓裂液是國內(nèi)壓裂液發(fā)展趨勢，具有濾失底，傷害小的特點，不足的是成本高，難以推廣；水基壓裂液利用淡水或海水為原料，稠化劑加量在千分之幾范圍內(nèi)，配液簡單，對地層傷害小甚至無傷害，選用合適的稠化劑和破膠劑可以達到破膠徹底，殘渣吸附少的優(yōu)勢。
[0004]許多水溶性聚合物如丙烯酰胺聚合物、生物聚合物、多種植物多糖，在低濃度的水溶液中可以被多價金屬離子交聯(lián)形成凝膠，在油氣田中得到廣泛應用。使用較多的金屬離子有鋁、鉻、鈦、鋯等。其中鈦、鋯化合物對羥基有較強的親和力，可通過引入多羥基配位體達到延緩交聯(lián)的目的。有機鋯交聯(lián)劑在引入有機配位體后穩(wěn)定性提高，因為多核絡離子的形成，單位交聯(lián)點強度增加，從而提高交聯(lián)凍膠的耐溫性。由于有機配位體和有機鋯同時競爭與聚合物的反應，有機鋯本身的穩(wěn)定性提高，因此，能夠與聚合物反應的離子數(shù)量暫時減少，造成交聯(lián)反應延遲的效果。另外，鋯離子還可以防止粘土膨脹，因此有機鋯交聯(lián)劑在石油增產(chǎn)領域中起著重要作用。
[0005]李小瑞等人的專利(CN201010540674.2)高溫延緩型有機鋯交聯(lián)劑的制備方法中，將無機鋯鹽在水中充分溶解后加入適量有機酸，在NaOH的催化作用下，控制體系pH值，升溫反應得有機酸-鋯預聚體；保持溫度不變，再加入配位體、交聯(lián)屏蔽劑和有機酸-鋯預聚體反應；繼續(xù)保持溫度，加入多元醇和高溫穩(wěn)定劑，調節(jié)PH值，恒溫反應；反應完畢，除去高溫穩(wěn)定劑殘渣，即可制得改性的澄清透明的適用溫度為80?120°C的高溫延緩型交聯(lián)劑。實驗步驟復雜并且用氫氧化鈉控制PH值時會出現(xiàn)較多的白色沉淀，pH控制很難。劉慶旺等人的專利有機鋯交聯(lián)劑及耐溫220°C的羥丙基胍膠壓裂液(CN201410389643.X)中將定量的水和有機醇加入裝有攪拌器、回流冷凝管和溫度計的四口燒瓶中，攪拌混合均勻后升溫至100±5°C ;然后在攪拌的條件下加入鋯的化合物，升溫至120°C?125°C條件下反應3?3.5小時；最后在再加入有機酸和鏈烷醇胺，恒溫在120°C?125°C條件下攪拌反應3?3.5小時，即得所述有機鋯交聯(lián)劑。以該有機鋯交聯(lián)劑為原料可制備耐溫可達220°C的羥丙基胍膠壓裂液。該方法工藝復雜，反應過程中會有白色氯化鋯水合物析出。美國人D.E.普茨格申請的專利(CN200880010905.X)中提到一種含鋯交聯(lián)劑溶液的配制，其制備方法包括將鋯與三乙醇胺的摩爾比為1: 2至1: 4的鋯三乙醇胺絡合物與N，N，N’，N’-四(2-羥丙基)乙二胺接觸，其中鋯與N，N，N’，N’-四(2-羥丙基)乙二胺的摩爾比為1: 0.1至1:1。接觸步驟的溫度可以在25°C至90°C的范圍內(nèi)。反應通常在有機溶劑存在的條件下進行。發(fā)明的交聯(lián)劑組分具有3-8分鐘的交聯(lián)速度，并且具有良好的粘度。
[0006]通過文獻調研發(fā)現(xiàn)，關于有機鋯交聯(lián)劑的制備方法及應用已有一些報道，普遍制備方法復雜。本發(fā)明的有機鋯交聯(lián)劑的優(yōu)勢在于:制備工藝簡單，耐溫性好，并且在海水基壓裂液和淡水基壓裂液體系中均具有很好的交聯(lián)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種有機鋯交聯(lián)劑。
[0008]本發(fā)明的有一目的在于提供一種工藝簡單、耐溫性好、在寬礦化度水基壓裂液體系中均具有很好的交聯(lián)性能。
[0009]為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術方案是:一種有機鋯交聯(lián)劑，以質量份數(shù)計，具體包括以下組分:
[0010]有機醇:15?55份；
[0011]水:10?30 份；
[0012]無機鋯鹽:5?25份；
[0013]有機配體:10?50份；
[0014]所述有機醇為乙二醇、丙三醇、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇或甘露醇中的一種或多種；
[0015]所述無機鋯鹽為四氯化鋯、三氯化鋯、氧氯化鋯、硫酸鋯或醋酸鋯中的一種或多種；
[0016]所述有機配體為丙三醇、二甘醇、三乙醇胺、二乙醇胺或異丙醇胺中的一種或多種。
[0017]本發(fā)明提供的制備上述有機鋯交聯(lián)劑的方法包括以下步驟:
[0018]1.向反應器中加入15?55重量份的有機醇和10?30重量份的水攪拌混合，通入N2保護。
[0019]2.攪拌情況下，加入5?25重量份的無機鋯鹽，等溶解以后，通入氨氣調節(jié)pH值在0.5?I之間。
[0020]3.通入N2，并且升溫5?45°C，加入10?50重量份的有機配體，恒溫反應30min?60min得到橙紅色透明有機錯交聯(lián)劑。
[0021]本發(fā)明采用無機鋯鹽作為前驅體，加以有機配位體，在有機醇溶液中通過共聚合，得到具有良好耐溫性能、交聯(lián)性能的高溫延緩型有機鋯交聯(lián)劑，最終實現(xiàn)深井壓裂，大幅度提高產(chǎn)油率。本發(fā)明交聯(lián)劑耐溫耐剪切能力強、可直接用于海水或者淡水壓裂液體系的交聯(lián)、交聯(lián)時間可依據(jù)需要調整控制在30s?8min，生產(chǎn)工藝簡單，而且適合于本發(fā)明的原料種類非常廣泛。在較寬的礦化度范圍內(nèi)(礦化度350mg/L-35000mg/L)的壓裂液中均具有優(yōu)良的交聯(lián)性能；與聚合物具有良好的配伍性，交聯(lián)能力強；與聚合物復配的壓裂液，在高溫條件下(最高耐溫170°C )，凝膠穩(wěn)定，具有優(yōu)良的攜砂能力、破膠性能和耐剪切性能；同時易溶解、無污染、對儲層無傷害的特點，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1:海水(礦化度35000mg/L)配液，聚合物稠化劑濃度0.7 %，交聯(lián)劑加量0.5%，使用RS-600流變儀(HAAKE)，在150°C溫度條件下，剪切速率170s_l下的流變曲線。
[0023]圖2:自來水(礦化度350mg/L)配液，聚合物稠化劑濃度0.3 %，交聯(lián)劑加量0.5%，使用RS-600流變儀(HAAKE)，在150°C溫度條件下，剪切速率170s_l下的流變曲線。
【具體實施方式】
[0024]以下結合實施例對本發(fā)明做進一步詳