本發(fā)明涉及石油開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種新型低碳烴無水壓裂液鋁交聯(lián)劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

石油和天然氣作為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的優(yōu)質(zhì)能源，對保證國民經(jīng)濟和社會的持續(xù)快速發(fā)展具有非常重要的意義。近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，油氣供需矛盾愈演愈烈，原油進口量逐年增加。而常規(guī)油氣資源面臨著產(chǎn)能嚴(yán)重降低甚至枯竭的問題，這就使得頁巖氣，煤層氣，致密油氣等非常規(guī)油氣資源越來越受到全世界各國的重視。我國非常規(guī)油氣資源十分豐富，總儲量約為常規(guī)油氣資源的兩倍，具有很大的開采前景。非常規(guī)油氣儲層開發(fā)的核心技術(shù)是壓裂改造，而壓裂液作為壓裂施工過程中重要組成部分之一，被譽為壓裂“血液”。壓裂液的性能在決定壓裂施工成功與否的同時，還會對壓裂后儲層改造效果產(chǎn)生極大的影響。

通常，壓裂液應(yīng)具有熱穩(wěn)定性好、攜砂性能好、摩阻低、返排率高、殘渣低、傷害小等特點，但由于非常規(guī)儲集層物性較差，孔隙度、滲透率較低，使用常規(guī)的壓裂液容易造成水相圈閉傷害，不利于壓裂增產(chǎn)，而且傳統(tǒng)壓裂液耐溫抗剪切性能差，易變質(zhì)，需要消耗大量水資源，只有很少返排到地面被安全地處理，且壓裂導(dǎo)致的相關(guān)環(huán)境污染問題越來越受到人們重視。為解決上述問題，研究并制備出新型的低碳烷烴無水壓裂液有著至關(guān)重要的作用。低碳烴無水壓裂液是在常規(guī)油基壓裂液基礎(chǔ)上研制的一種低密度、低黏度、低毛細(xì)管阻力的壓裂液體系，具有與非常規(guī)儲集層巖石配伍性好、壓裂效率高、對地層損害小、攜砂性能好等優(yōu)點，適用于非常規(guī)油氣藏的壓裂增產(chǎn)。該技術(shù)不僅可以解決缺水難題，還能減少油氣儲層開發(fā)對環(huán)境造成的污染，對非常規(guī)油氣儲層的開采具有重要的指導(dǎo)意義。

交聯(lián)劑作為低碳烴無水壓裂液體系中的一種重要的添加劑，其性能對整個壓裂液體系的交聯(lián)過程具有重要的影響。交聯(lián)劑由主劑、相轉(zhuǎn)移催化劑、絡(luò)合劑和交聯(lián)促進劑組成。主劑一般為三價鐵、或者鈦、鎳等重金屬鹽，加入后與膠凝劑發(fā)生作用，以膠態(tài)粒子的形式交聯(lián)依附在烴基膠凝劑中，使基液稠化成為凍膠。其空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以最大限度地與石油烴分子形成較穩(wěn)定的超分子締合物體系，具有特定的粘性和熱力學(xué)性質(zhì)。目前國內(nèi)外研究和應(yīng)用的低碳烴無水壓裂液交聯(lián)劑主要以Fe³⁺金屬鹽作為主劑，三價鋁鹽主要用于油基壓裂液中，通常是直接使用三價鐵鹽作為交聯(lián)劑與二烷基磷酸酯進行交聯(lián)，交聯(lián)過程十分緩慢，操作繁瑣，配液復(fù)雜，不易控制，交聯(lián)劑溶解性慢、穩(wěn)定性差，且對壓裂施工的要求特別高。

中國專利CN104498017A公開了一種壓裂液交聯(lián)劑及其制備和應(yīng)用，但這種交聯(lián)劑制得的壓裂液耐溫性和攜砂能力仍未得到提高，耐溫性只有90℃，不能適應(yīng)中高溫油田和超深復(fù)雜井。而且，其交聯(lián)劑組分復(fù)雜，制備繁瑣，使用醇和水作為混合溶劑，現(xiàn)場作業(yè)存在一定的安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種新型低碳烴無水壓裂液鋁交聯(lián)劑及其制備方法和應(yīng)用，這種無水壓裂液交聯(lián)劑與膠凝劑交聯(lián)速度快、成膠穩(wěn)定、制備過程簡單方便、成本低廉，且壓裂液體系抗溫抗剪切能力強，對于高溫儲層壓裂效果較為理想。

本發(fā)明的一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種新型低碳烴無水壓裂液鋁交聯(lián)劑，所述壓裂液交聯(lián)劑由以下物質(zhì)按照質(zhì)量份數(shù)組成：

主劑 20-27份；

交聯(lián)促進劑 3-7份；

水 45-60份。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主劑為硫酸鋁、氯化鋁、硝酸鋁和偏鋁酸鈉中的一種或者幾種的混合物。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述交聯(lián)促進劑為乙醇胺、三乙烯四胺、二乙烯三胺、N,N-二甲基丙二胺和異丙醇胺的一種或者幾種的混合物。

本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種新型低碳烴無水壓裂液鋁交聯(lián)劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)在反應(yīng)容器中加入一定配比的水；

(2)再加入一定量的主劑攪拌均勻反應(yīng)；

(3)最后加入交聯(lián)促進劑攪拌反應(yīng)15分鐘即可。

本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種新型低碳烴無水壓裂液鋁交聯(lián)劑的應(yīng)用，所述低碳烴無水壓裂液交聯(lián)劑可以與磷酸酯膠凝劑和低碳烴烷烴交聯(lián)形成壓裂液凍膠。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，包括如下步驟：

(1)將磷酸酯膠凝劑加入到低碳烴烷烴當(dāng)中充分溶解；

(2)將壓裂液交聯(lián)劑加入到步驟(1)所述的混合基液當(dāng)中并用機械攪拌器攪拌兩分鐘即可制得新型低碳烴無水壓裂液凍膠。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述壓裂液交聯(lián)劑與所述磷酸酯膠凝劑的質(zhì)量比為1:1.1-1:1.4；所述磷酸酯膠凝劑在低碳烴中質(zhì)量百分含量為3％-7％。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述低碳烴為碳原子數(shù)為4-8的烷烴。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述低碳烴為戊烷或己烷。

采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：

(1)該交聯(lián)劑中的交聯(lián)促進劑可以加快金屬陽離子絡(luò)合物的形成、且無需加入任何醇類復(fù)合溶劑，降低操作成本，更容易達到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。

(2)該交聯(lián)劑制備工藝簡單，原料低廉，制備時間短，可以隨時現(xiàn)用現(xiàn)配，而且可以大大縮短交聯(lián)時間至兩分鐘之內(nèi)。

(3)該壓裂液凝膠在150℃，2MPa以上高壓下壓裂液粘度仍然能達到50mPa·s，完全滿足壓裂施工標(biāo)準(zhǔn)，壓裂液體系具有較強的抗溫抗剪切性和攜沙性能，對現(xiàn)場壓裂施工具有重要的實際意義。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為利用實施例1中制得的交聯(lián)劑與磷酸酯膠凝劑在正戊烷中成膠制備的壓裂液體系在120℃時粘度隨時間變化的耐溫曲線；

圖2為利用實施例2中制得的交聯(lián)劑與磷酸酯膠凝劑在正己烷中成膠制備的壓裂液體系在150℃時粘度隨時間變化的耐剪切曲線。

圖3為利用實施例1中制得的交聯(lián)劑與磷酸酯膠凝劑在正戊烷中成膠制備的壓裂液凝膠在掃描電鏡下所觀察的凝膠結(jié)構(gòu)圖。

其中：

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1：

取45份水加入到250mL的燒杯中，并放置于磁力攪拌器上，加入20份硫酸鋁攪拌反應(yīng)10分鐘，最后加入3份異丙醇胺并攪拌反應(yīng)15分鐘即可制得新型交聯(lián)劑。

實施例2：

取52份水加入到250mL的燒杯中，并放置于磁力攪拌器上，再加入25份氯化鋁攪拌反應(yīng)10分鐘，最后加入6份乙醇胺并攪拌反應(yīng)15分鐘即可制得新型交聯(lián)劑。

實施例3：

取60份水加入到250mL的燒杯中，并放置于磁力攪拌器上，再加入27份硝酸鋁攪拌反應(yīng)10分鐘，最后加入7份三乙烯四胺并攪拌反應(yīng)15分鐘即可制得新型交聯(lián)劑。

實施例4：

按照實施例1制得的交聯(lián)劑加量4％及加量5％的磷酸酯膠凝劑加入到正戊烷中交聯(lián)(參見發(fā)明專利US4877894，US7328744，US5614010等，低碳烴無水壓裂液的制備方法)，交聯(lián)后壓裂液凍膠具有很好的粘彈性和表觀粘度。隨后在MarsⅢ型高溫高壓旋轉(zhuǎn)流變儀中，測試了壓裂液凝膠的耐溫耐剪切性。結(jié)果顯示在120℃恒溫、170s^-1轉(zhuǎn)速下，持續(xù)剪切2h(即120min)，粘度能保持在100mPa·s以上；在170s^-1轉(zhuǎn)速下，50min內(nèi)，逐漸升溫至150℃，考察其耐剪切性能，隨著溫度的升高，壓裂液凝膠的粘度逐漸減??；當(dāng)溫度升高至150℃時，壓裂液凝膠的粘度還能達到50mPa·s，(參見圖1，圖2)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。此外，對壓裂液凝膠的結(jié)構(gòu)進行考察，將其放置于Quanta 450型環(huán)境掃描電子顯微鏡下進行觀察，(參見圖3)發(fā)現(xiàn)，在壓裂液凝膠內(nèi)部形成了復(fù)雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得凝膠分子成為一種穩(wěn)定的超分子締合物，且具有特定的粘性和熱力學(xué)性質(zhì)，符合預(yù)期設(shè)想。表明壓裂液凍膠具有很好的攜沙效果，能完全滿足壓裂作業(yè)要求。

實施例5：

分別按照實施例2，3所制備的交聯(lián)劑加量4％和6％的磷酸酯膠凝劑并加入正己烷交聯(lián)制備壓裂液凝膠(同實施例4)，交聯(lián)后壓裂液凍膠具有很好的粘彈性和表觀粘度。隨后考察壓裂液凝膠體系的耐溫耐剪切性。在MarsⅢ型高溫高壓旋轉(zhuǎn)流變儀中，進行耐溫耐剪切性測試。結(jié)果顯示在90℃恒溫、170s^-1轉(zhuǎn)速下持續(xù)剪切2h(即120min)后粘度能分別保持在460mPa·s和520mPa·s以上，當(dāng)溫度升高至150℃時，兩種壓裂液凝膠的粘度依然能維持在70mPa·s以上。表明該壓裂液凍膠具有很好的攜沙效果，可以完全滿足壓裂作業(yè)要求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。