阅读说明：本技术 一种压裂液及其制备方法和应用 (Fracturing fluid and preparation method and application thereof ) 是由 杨向同 袁学芳 冯觉勇 刘会锋 刘举 徐文圣 张杨 黄龙藏 巴旦 刘源 任慧宁 于 2019-02-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种压裂液及其制备方法和应用,该压裂液按照重量份包括以下组分：有机盐加重剂20-80重量份；稠化剂0.3-0.5重量份；交联剂0.3-1.0重量份；温度稳定剂0.1-1.2重量份；延迟交联剂0.1-0.5重量份；pH调节剂0.2-0.5重量份；杀菌剂0.1-0.2重量份；助溶剂0.01-0.05重量份；破胶剂0.1-0.5重量份；水100重量份。用于高压井、深井、超深井和致密油气藏的开发,显著提高压裂效果,增加油气产能。该压裂液具有较高密度且密度可调,能够安全的应用于高压井、深井、超深井和致密油气藏的开发,显著提高压裂效果,增加油气产能。(The invention provides a fracturing fluid and a preparation method and application thereof, wherein the fracturing fluid comprises the following components in parts by weight: 20-80 parts of organic salt weighting agent; 0.3-0.5 weight part of thickening agent; 0.3-1.0 part by weight of a crosslinking agent; 0.1-1.2 parts of temperature stabilizer; 0.1 to 0.5 part by weight of a delayed crosslinking agent; 0.2-0.5 part by weight of pH regulator; 0.1-0.2 parts of bactericide; 0.01-0.05 part by weight of cosolvent; 0.1-0.5 parts of gel breaker; 100 parts of water. The fracturing fluid is used for the development of high-pressure wells, deep wells, ultra-deep wells and compact oil and gas reservoirs, the fracturing effect is obviously improved, and the oil and gas productivity is increased. The fracturing fluid has higher density and adjustable density, can be safely applied to the development of high-pressure wells, deep wells, ultra-deep wells and compact oil-gas reservoirs, obviously improves the fracturing effect, and increases the oil-gas productivity.)

一种压裂液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种压裂液及其制备方法和应用，属于石油天然气增产技术领域。

背景技术

随着油气田勘探开发的不断深入，在石油和天然气勘探开发过程中，水力压裂技术是油气田试油和开发的重要技术手段。随着越来越多的深井、高压井、高应力井储层压裂改造，普遍存在着施工压力过高的困难，从而降低了压裂施工的成功率。

现阶段有三种方法可以降低高的施工压力，第一是使用耐高压的井口和地面设备。因此，国内深层压裂施工已经普遍配置了耐高压的设备；二是使用大口径管柱配置降低压裂液的摩阻，但大口径管柱通常受井身结构的限制，同时调整井身结构需要提高钻井费用；三是使用加重压裂液，即提高压裂液的密度，增加液柱密度、降低井口压力。目前，通过采用高密度压裂液以提高液柱压力是降低压裂施工泵压一个重要手段。

现有的高密度压裂液主要是采用卤盐加重剂，如氯化钠、氯化钾、溴化钠或者是硝酸钠作为加重剂来提高压裂液的密度。但是，以溴化钠为主的加重压裂液成本太高，会对人体、生物和环境造成，在实际应用中受到了很多限制，目前应用很少；用卤盐加重剂(氯化钠、氯化钾)加重压裂液效率不高，所配制的盐水密度不超过1.15g/cm³，并且低温易结晶，卤素离子的大量存在也会对完井管材造成严重腐蚀，不能满足超深井压裂的需要；采用硝酸钠作为加重剂的压裂液具有较强的腐蚀性，会对压裂设备及压裂后的采油设备造成腐蚀。因此，提供一种安全、高密度的适用于高压井、深井、超深井和致密油气藏的压裂液是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种压裂液及其制备方法和应用，该压裂液具有较高密度且密度可调，能够安全的应用于高压井、深井、超深井和致密油气藏的开发，显著提高压裂效果，增加油气产能。

本发明提供一种压裂液，按照重量份包括以下组分：

有机盐加重剂20-80重量份；

稠化剂0.3-0.5重量份；

交联剂0.3-1.0重量份；

温度稳定剂0.1-1.2重量份；

延迟交联剂0.1-0.5重量份；

pH调节剂0.2-0.5重量份；

杀菌剂0.1-0.2重量份；

助溶剂0.01-0.05重量份；

破胶剂0.1-0.5重量份；

水100重量份。

如上所述的压裂液，其中，所述有机盐加重剂为含有碱金属元素或碱土金属元素的有机盐。

如上所述的压裂液，其中，所述碱金属元素为金属钾，所述碱土金属为金属钠。

如上所述的压裂液，其中，所述有机盐加重剂选自甲酸钠、甲酸钾、乙酸钾、柠檬酸钾中的一种或多种。

如上所述的压裂液，其中，所述稠化剂选自羟丙基瓜尔胶或改性胍胶。

如上所述的压裂液，其中，所述交联剂为有机硼化合物。

如上所述的压裂液，其中，所述pH调节剂选自碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠中的一种。

如上所述的压裂液，其中，所述压裂液的密度为1.2-1.4g/cm³，pH值为10-12。

本发明还提供一种上述任一所述的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)向水中加入有机盐加重剂、稠化剂、助溶剂，进行搅拌，得到第一溶液；

2)向第一溶液中加入pH调节剂，搅拌得到第二溶液，所述第二溶液的pH值为10-12；

3)向所述第二溶液中加入温度稳定剂、延迟交联剂以及杀菌剂，搅拌，得到第三溶液；

4)向所述第三溶液中同时加入交联剂和破胶剂，搅拌，得到所述压裂液。

本发明还提供一种上述任一所述的压裂液在油气勘探开发过程中的应用。

本发明的实施，至少包括以下优势：

1、本发明的压裂液密度为1.2-1.4g/cm³，并且压裂液密度可调，因此本发明的压裂液不仅能够对高压井、深井、超深井和致密油气藏进行有效压裂，提高油气产能，还能显著筑降低压裂施工泵压，境地压裂能耗；

2、本发明的压裂液具有良好的耐温性，因此能够用于温度较高的油气井的开采；

3、本发明的压裂液具有延迟交联特性，因此能够降低压裂液高速泵注的沿程磨阻，提高压裂效率，进一步降低压裂能耗；

4、本发明的压裂液中采用的有机盐加重剂无毒无害且可生物降解，大大降低了对环境的污染；

5、本发明的压裂液的制备方法简单易行，无需大型仪器协助，适宜在油气开采领域进行大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明压裂液的制备方法流程图；

图2为本发明实施例1中的压裂液的耐温剪切性能曲线图；

图3为本发明实施例2中的压裂液的耐温剪切性能曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种压裂液，按照重量份包括以下组分：

有机盐加重剂20-80重量份；

稠化剂0.3-0.5重量份；

交联剂0.3-1.0重量份；

温度稳定剂0.1-1.2重量份；

延迟交联剂0.1-0.5重量份；

pH调节剂0.2-0.5重量份；

杀菌剂0.1-0.2重量份；

助溶剂0.01-0.05重量份；

破胶剂0.1-0.5重量份；

水100重量份。

本发明的压裂液由上述组分组成，其中，有机盐加重剂是由有机酸根阴离子和金属阳离子组成的盐。

有机盐加重剂的加入能够增加压裂液的密度以提高压裂液静液柱压力，从而在施工全过程都能大幅降低井口施工压力，避免深层高温储层压裂施工压力过高而导致的超过设备施工限压的问题的发生。

稠化剂能够提高钻井液的粘度，降低钻井液的滤失率，并且能够悬砂和携带支撑剂。

交联剂能够通过化学键或配位键与压裂液中的稠化剂发生交联反应，从而生成具有网状结构的高聚物，该网状结构的高聚物能够将具有分散性的物质束缚在其中，从而能够有效利用压裂压力，增强压裂效果。

由于本发明的压裂液主要针对深井、高压井的储层压裂改造，因此可以通过交联延迟剂减小液体流动阻力，从而进一步降低压裂施工的泵压。

pH调节剂用于调节压裂液的pH值，以支持交联剂发生交联反应所需的pH值。

杀菌剂是防治由各种病原微生物引起的压裂液变质的一类化学添加剂，可延长压裂液的储存时间，防治地层内细菌的繁殖。

助溶剂能够增加各种成分在溶剂水中的溶解度，有助于压裂液形成均一的体系，既便于压裂液向井底的注入，也有益于压裂液中各种功能组分在地层内的功能均衡。

破胶剂有助于压裂液降解并从裂缝中返排出地面。

本发明对压裂液的原料种类进行上述限定，还对各种原料间的比例进行了限定，从而能够使原料之间具有良好的配伍性能，使各种原料的功能性最大化实现。值得注意的是，本发明采用是有机盐加重剂能够发挥一定的交联作用，从而在不影响交联反应的前提下降低了交联剂在压裂液中的比例，减小了对储层的污染。此外，有机盐加重剂无毒无害，并且能够进行生物降低，从而进一步满足了对环境保护的需求。

此外，上述比例生成的压裂液还具有一定的抗高温性，即使在140℃的地层下仍然具有良好的热稳定性以及剪切稳定性，即，压裂液在高温和机械剪切下，粘度不发生大幅减低，从而能够延迟交联，利于深井和超深井的高温储层压裂。

进一步地，所述有机盐加重剂为含有碱金属元素或碱土金属元素的有机盐。

其中，含有碱金属元素或碱土金属元素的有机盐是指阴离子为碳原子个数为1-6的有机酸根，阳离子为碱金属元素或碱土金属元素的盐。

进一步地，所述碱金属元素为金属钾、所述碱土金属为金属钠。

进一步地，所述有机盐加重剂选自甲酸钠、甲酸钾、乙酸钾、柠檬酸钾中的一种或多种。

当有机盐加重剂为上述至少两种化合物的混合物时，本发明不限制各个化合物间的比例。

进一步地，所述稠化剂选自羟丙基瓜尔胶或改性胍胶。

进一步地，所述交联剂为有机硼化合物。

进一步地，所述pH调节剂选自碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠中的一种。

进一步地，所述温度稳定剂选自硫代硫酸钠、短链醇和短链醛中的一种或多种，短链醇和短链醛是指碳原子个数为1-4的醇或醛；

进一步地，所述破胶剂为过硫酸铵；

进一步地，所述延迟交联剂选自碳酸钠或盐酸氢钠；

进一步地，所述杀菌剂选自甲醛；

进一步地，所述助溶剂选自柠檬酸。

本发明的压裂液密度为1.2-1.4g/cm³，pH值为10-12，且可以根据现场施工环境以及储层的条件，配制适宜密度的压裂液。

图1为本发明压裂液的制备方法流程图，如图1所示，本发明的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

S101：向水中加入有机盐加重剂、稠化剂、助溶剂，进行搅拌，得到第一溶液；

S102：向第一溶液中加入pH调节剂，得到第二溶液，第二溶液的pH值为10-12；

S103：向第二溶液中加入温度稳定剂、延迟交联剂以及杀菌剂，搅拌，得到第三溶液；

S104：向第三溶液中同时加入交联剂和破胶剂，搅拌，得到压裂液。

S101中，当通过有机盐加重剂调至目标密度后，再依次加入稠化剂、助溶剂，进行搅拌，搅拌时间为30-120min。

值得注意的是，在实验室中可以对通过上述方法制备得到压裂液进行一系列参数检测和测试，而在具体应用时，需要将S103中的第三溶液与破胶剂混合，将该混合溶液与交联剂同时通过交联泵泵入井底使两者在井底发生交联生成压裂液。

本发明还提供一种上述任一所述的压裂液在油气勘探开发过程中的应用。尤其在高压井、深井、超深井以及致密油气藏中的应用。

以下，通过具体实施例对本发明中的压裂液及其制备方法进行详细的介绍。

实施例1

本实施例的压裂液，原料组成包括：

水：100重量份

有机盐加重剂：甲酸钾46重量份

稠化剂：羟丙基胍胶0.4重量份；

温度稳定剂：硫代硫酸钠1重量份，丙醇0.1重量份；

交联剂：有机硼化合物0.5重量份

pH调节剂：碳酸钠0.3重量份

破胶剂：过硫酸铵0.1重量份

延迟交联剂：碳酸氢钠0.1重量份

杀菌剂：甲醛0.1重量份

助溶剂：柠檬酸0.025重量份

本实施例的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)在配液罐中加入水，在循环搅拌的条件下，加入有机盐加重剂，搅拌至其完全溶解，调节压裂液密度达到施工要求；

然后加入稠化剂、助溶剂循环搅拌60min使稠化剂充分溶解溶胀，形成第一溶液；

2)向第一溶液中加入pH调节剂，使pH值为10，搅拌均匀，得到第二溶液；

3)向第三溶液中的加入温度稳定剂，杀菌剂、延迟交联剂，搅拌，得到第三溶液；经检测第三溶液的粘度为54mPa·s，且3分钟挑挂；

4)同时向第三溶液中加入交联剂和破胶剂，得到本实施例的压裂液。

经检测，本实施例的压裂液的密度为1.30g/cm³；

经检测，本实施例的压裂液的交联时间为10min；

将该压裂液在温度140℃，170S^-1下剪切120min，最终压裂液的粘度为143.6mPa·s。

图2为本发明实施例1中的压裂液的耐温剪切性能曲线图，由图2可知该加重压裂液配方具有优异的耐高温性能，可用于深井、超深井的高温储层压裂。

实施例2

本实施例的压裂液，原料组成包括：

水：100重量份

有机盐加重剂：甲酸钾46重量份

稠化剂：羟丙基胍胶0.4重量份；

温度稳定剂：硫代硫酸钠1重量份，丙醇0.1重量份；

交联剂：有机硼化合物0.6重量份

pH调节剂：碳酸氢钠0.2重量份

破胶剂：过硫酸铵0.1重量份

延迟交联剂：碳酸氢钠0.2重量份

杀菌剂：甲醛0.1重量份

助溶剂：柠檬酸0.025重量份

本实施例的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)在配液罐中加入水，在循环搅拌的条件下，加入有机盐加重剂，搅拌至其完全溶解，调节压裂液密度达到施工要求；

然后加入稠化剂、助溶剂循环搅拌60min使稠化剂充分溶解溶胀，形成第一溶液；

2)向第一溶液中加入pH调节剂，使pH值为10，搅拌均匀，得到第二溶液；

3)向第三溶液中的加入温度稳定剂，杀菌剂、延迟交联剂，搅拌，得到第三溶液；经检测第三溶液的粘度为60mPa·s，且7分钟挑挂；

4)同时向第三溶液中加入交联剂和破胶剂，得到本实施例的压裂液。

经检测，本实施例的压裂液的密度为1.30g/cm³；

经检测，本实施例的压裂液的交联时间为7min；

将该压裂液在温度140℃，170S^-1下剪切120min，最终压裂液的粘度为117.8mPa·s。

图3为本发明实施例2中的压裂液的耐温剪切性能曲线图，由图3可知该加重压裂液配方具有优异的耐高温性能，可用于深井、超深井的高温储层压裂。

实施例3

本实施例的压裂液，原料组成包括：

水：100重量份

有机盐加重剂：甲酸钠50重量份

稠化剂：羟丙基胍胶0.4重量份；

温度稳定剂：硫代硫酸钠1重量份，丙三醇0.1重量份；

交联剂：有机硼化合物0.6重量份

pH调节剂：碳酸钠0.3重量份

破胶剂：过硫酸铵0.1重量份

延迟交联剂：碳酸氢钠0.2重量份

杀菌剂：甲醛0.1重量份

助溶剂：柠檬酸0.025重量份

本实施例的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)在配液罐中加入水，在循环搅拌的条件下，加入有机盐加重剂，搅拌至其完全溶解，调节压裂液密度达到施工要求；

然后加入稠化剂、助溶剂循环搅拌60min使稠化剂充分溶解溶胀，形成第一溶液；

2)向第一溶液中加入pH调节剂，使pH值为11，搅拌均匀，得到第二溶液；

3)向第三溶液中的加入温度稳定剂，杀菌剂、延迟交联剂，搅拌，得到第三溶液；经检测第三溶液的粘度为58mPa·s，且5分钟挑挂；

4)同时向第三溶液中加入交联剂和破胶剂，得到本实施例的压裂液。

经检测，本实施例的压裂液的密度为1.30g/cm³；

经检测，本实施例的压裂液的交联时间为5min；

将该压裂液在温度140℃，170S^-1下剪切120min，最终压裂液的粘度为115.6mPa·s。

实施例4

本实施例的压裂液，原料组成包括：

水：100重量份

有机盐加重剂：甲酸钠35重量份、甲酸钾9重量份

稠化剂：羟丙基胍胶0.4重量份；

温度稳定剂：硫代硫酸钠1重量份，丙三醇0.1重量份；

交联剂：有机硼化合物0.6重量份

pH调节剂：碳酸钠0.3重量份

破胶剂：过硫酸铵0.1重量份

延迟交联剂：碳酸氢钠0.2重量份

杀菌剂：甲醛0.1重量份

助溶剂：柠檬酸0.025重量份

本实施例的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)在配液罐中加入水，在循环搅拌的条件下，加入有机盐加重剂，搅拌至其完全溶解，调节压裂液密度达到施工要求；

然后加入稠化剂、助溶剂循环搅拌60min使稠化剂充分溶解溶胀，形成第一溶液；

2)向第一溶液中加入pH调节剂，使pH值为11，搅拌均匀，得到第二溶液；

3)向第三溶液中的加入温度稳定剂，杀菌剂、延迟交联剂，搅拌，得到第三溶液；经检测第三溶液的粘度为为57mPa·s，且6分钟挑挂；

4)同时向第三溶液中加入交联剂和破胶剂，得到本实施例的压裂液。

经检测，本实施例的压裂液的密度为1.30g/cm³；

经检测，本实施例的压裂液的交联时间为6min；

将该压裂液在温度140℃，170S^-1下剪切120min，最终压裂液的粘度为125.5mPa·s。

实施例5

本实施例的压裂液，原料组成包括：

水：100重量份

有机盐加重剂：甲酸钾52重量份

稠化剂：羟丙基胍胶0.45重量份；

温度稳定剂：硫代硫酸钠1重量份，丙三醇0.1重量份；

交联剂：有机硼化合物0.65重量份

pH调节剂：碳酸钠0.35重量份

破胶剂：过硫酸铵0.2重量份

延迟交联剂：碳酸氢钠0.3重量份

杀菌剂：甲醛0.1重量份

助溶剂：柠檬酸0.025重量份

本实施例的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)在配液罐中加入水，在循环搅拌的条件下，加入有机盐加重剂，搅拌至其完全溶解，调节压裂液密度达到施工要求；

然后加入稠化剂、助溶剂循环搅拌60min使稠化剂充分溶解溶胀，形成第一溶液；

2)向第一溶液中加入pH调节剂，使pH值为10，搅拌均匀，得到第二溶液；

3)向第三溶液中的加入温度稳定剂，杀菌剂、延迟交联剂，搅拌，得到第三溶液；经检测第三溶液的粘度为为65mPa·s，且8分钟挑挂；

4)同时向第三溶液中加入交联剂和破胶剂，得到本实施例的压裂液。

经检测，本实施例的压裂液的密度为1.35g/cm³；

经检测，本实施例的压裂液的交联时间为8min；

将该压裂液在温度140℃，170S^-1下剪切120min，最终压裂液的粘度为132.5mPa·s。

实施例6

本实施例的压裂液，原料组成包括：

水：100重量份

有机盐加重剂：甲酸钾57重量份

稠化剂：羟丙基胍胶0.5重量份；

温度稳定剂：硫代硫酸钠1重量份，丙三醇0.2重量份；

交联剂：有机硼化合物0.8重量份

pH调节剂：碳酸钠0.4重量份

破胶剂：过硫酸铵0.3重量份

延迟交联剂：碳酸氢钠0.2重量份

杀菌剂：甲醛0.1重量份

助溶剂：柠檬酸0.025重量份

本实施例的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)在配液罐中加入水，在循环搅拌的条件下，加入有机盐加重剂，搅拌至其完全溶解，调节压裂液密度达到施工要求；

然后加入稠化剂、助溶剂循环搅拌60min使稠化剂充分溶解溶胀，形成第一溶液；

2)向第一溶液中加入pH调节剂，使pH值为10，搅拌均匀，得到第二溶液；

3)向第三溶液中的加入温度稳定剂，杀菌剂、延迟交联剂，搅拌，得到第三溶液；经检测第三溶液的粘度为为65mPa·s，且9分钟挑挂；

4)同时向第三溶液中加入交联剂和破胶剂，得到本实施例的压裂液。

经检测，本实施例的压裂液的密度为1.40g/cm³；

经检测，本实施例的压裂液的交联时间为9min；

将该压裂液在温度140℃，170S^-1下剪切120min，最终压裂液的粘度为132.5mPa·s。

实施例7

本实施例的压裂液，原料组成包括：

水：100重量份

有机盐加重剂：甲酸钾39重量份

稠化剂：羟丙基胍胶0.35重量份；

温度稳定剂：硫代硫酸钠1重量份，丙三醇0.2重量份；

交联剂：有机硼化合物0.6重量份

pH调节剂：碳酸钠0.4重量份

破胶剂：过硫酸铵0.1重量份

延迟交联剂：碳酸氢钠0.2重量份

杀菌剂：甲醛0.1重量份

助溶剂：柠檬酸0.025重量份

本实施例的压裂液的制备方法，包括以下步骤：

1)在配液罐中加入水，在循环搅拌的条件下，加入有机盐加重剂，搅拌至其完全溶解，调节压裂液密度达到施工要求；

然后加入稠化剂、助溶剂循环搅拌60min使稠化剂充分溶解溶胀，形成第一溶液；

2)向第一溶液中加入pH调节剂，使pH值为10，搅拌均匀，得到第二溶液；

3)向第三溶液中的加入温度稳定剂，杀菌剂、延迟交联剂，搅拌，得到第三溶液；经检测第三溶液的粘度为为55mPa·s，且10分钟挑挂；

4)同时向第三溶液中加入交联剂和破胶剂，得到本实施例的压裂液。

经检测，本实施例的压裂液的密度为1.20g/cm³；

经检测，本实施例的压裂液的交联时间为10min；

将该压裂液在温度140℃，170S^-1下剪切120min，最终压裂液的粘度为126.7mPa·s。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。