[发明专利]一种低浓度瓜尔胶海水基压裂液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可连续混配的低浓度瓜尔胶海水基压裂液及其配制方法与应用，属于石油开用采助剂技术领域。

背景技术

在石油和天然气勘探开发的过程中，水力压裂技术是低渗、特低渗油气田有效开发的必不可少的技术手段，而且近年来，随着国内海上油气田低渗储层勘探开发的比例逐渐增大，水力压裂增产改造措施也已成为海上低渗油气田有效开发重要技术手段。在水力压裂施工作业中，压裂液是重要的组成部分。现有的压裂液多是用淡水配制而成，海上压裂作业也多为淡水压裂液体系，这就需要从陆地通过拖轮运送淡水，成本高、效率低，且海上作业施工平台空间有限，存放配液用水的场地不足，从而导致了施工规模的制约。而海上作业现场海水资源丰富，如果利用海水直接配制压裂液，其配置工序会变得简单、其成本也会降低，因而开发一套可实现连续混配的海水基压裂液体系能够加快施工进度，具有明显的技术与经济优势：1)海水的高矿化度可以抑制储层中的粘土膨胀；2)海水供应充足，海水压裂液尤其适用于海洋油气井大规模压裂改造；3)节省淡水资源及运输成本；4)海上生产平台作业可实现连续混配，加快施工进度与加大施工规模。

由此看出，用海上生产平台进行压裂施工作业时，引入海水基压裂液体系是非常有必要的。但是，由于海水矿化度远远高于淡水，尤其是Ca²⁺/Mg²⁺离子含量高，在配制压裂液过程中，会对稠化剂的增稠、体系pH值的调节、交联冻胶的性能等产生很大的影响。因此，需要对常规压裂液体系进行改进或引入新的与海水具有更好配伍性的压裂液体系。

对于使用海水配制压裂液，国内已有海水基压裂液体系发表与公开，按使用的稠化剂类型划分主要有三类：一类是人工合成聚合物压裂液体系，该体系主要以改性聚丙烯酰胺类合成聚合物为稠化剂，如张春雨、靳红彬等人(CN102417814A)和谢志海、刘宇等人(CN101263727A)分别发明的海水基压裂液体系，他们使用的稠化剂为烷基丙烯酰胺，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，乙烯吡咯烷酮等合成聚合物，使用的交联剂为锆、铝、铁、铬等金属交联剂；该体系的优点是抗温、抗盐、抗剪切性能较好，适合海水配制；缺点是合成聚合物降解困难与吸附严重、有时破胶不彻底与交联剂高价金属离子沉淀存在伤害储层问题；此外，由于这类体系的稠化剂中的酰胺基易于发生水解反应，水解后对高价金属离子极为敏感而严重影响稠化剂的性能，合成聚合物制备步骤较为复杂、成本较植物胶成本高。第二类是以粘弹性表面活性剂(VES)为稠化剂的海水基压裂液体系，如张福铭、李学军等发表了基于PA-VES90粘弹性表面活性剂(VES)为稠化剂的海水基清洁压裂液体系(《科学技术与工程》，2012年3月，第12卷第8期，1769-1764页)，该体系的优点是对配液用水中的离子含量不敏感，可直接用海水配制压裂液，且不需要交联剂、自动成胶、增粘速度快，利于实现海洋平台上的连续混配，遇烃类物质自动破胶，破胶后无残渣对地层伤害小，破胶液界面张力低易返排；缺点是体系的耐温性能不佳，粘度偏低与受温度影响大，此外，成本远高于天然植物胶压裂液。第三类是以天然植物胶或其改性产品为稠化剂的海水基压裂液，其中以瓜尔胶及其衍生物为稠化剂的压裂体系占到整个压裂液体系的90％以上。该类压裂液体系的核心问题是解决海水中的高价阳离子对稠化剂瓜尔胶的交联环境的影响，现有瓜尔胶海水基压裂液多通过以下两种方法解决高价阳离子的对稠化剂交联的影响：(1)向海水中加入螯合剂(如EDTA、柠檬酸钠等)或阻垢剂(如三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠等)来抑制钙、镁离子对压裂液的上述影响(如CN103131405A，CN103289668A)，但使用螯合剂或阻垢剂的成本很高，尤其对于海水矿化度较高时，螯合剂用量会大大增加，成本也会急剧上升，且高温条件下螯合剂还易失效。(2)使用偏酸性(pH4-7)交联技术，在偏酸性条件下交联稠化剂，消除海水中的钙、镁离子对交联的影响，主要技术手段是通过使用pH调节剂(如乙酸、三乙醇胺、碳酸氢钠等)将海水的酸碱度控制在中性甚至偏酸性条件下实现海水基压裂液的稳定交联(如王杏尊等CN102618249A和汪小宇等CN103215024A公开的技术方案)，但是偏酸性交联技术具有不耐高温、冻胶剪切稳定性差和剪切后粘度不可恢复的缺点。上述发明中使用常规瓜尔胶作稠化剂配制海水基压裂液除了存在以上不足外，还存在常规瓜尔胶在海水中水化时间较长，难以实现连续混配，以及使用瓜尔胶浓度较高(0.25-1.0％)，增加压裂液成本与储层伤害程度问题。虽然吴新荣(CN103305206A)发明了一种使用特殊的低聚醚速溶瓜尔胶作为稠化剂实现海水基压裂液连续混配的方法，单该方法需要0.25-0.8％的低聚醚速溶瓜尔胶，0.25-2.0％的阻垢剂，以及特殊的“喷射型混合器”，相对来说成本较高。