新型有机硼交联剂SL_OBC_2的研制和应用

第16卷第2期油　田　化　学Vol.16　No.2 1999年6月25日Oilfield　Chemistry25J une1999

文章编号:1000Ο4092(1999)022*******

新型有机硼交联剂SL2OBC22的研制和应用Ξ

李爱山1,孟祥和1,秦利平1,马　收1,宋长久1,隋　文1

董保春2,李成林2,王建军

(1.胜利石油管理局采油工艺研究院,山东东营257000;2.胜利石油管理局井下作业公司,山东东营)

摘要:本文简介了有机硼交联剂SL2OB C22的合成和物理特性,报导了用SL2OB C22交联的两种羟丙基瓜尔胶水基压裂液的粘温性和流变特性。用该交联剂交联的羟丙基瓜尔胶压裂液粘度高、摩阻低,用EB21微胶囊破胶剂在6—8小时之内即可迅速破胶,破胶液化彻底。通过四口油井的井例介绍了该交联剂在胜利油田的良好应用效果。

关键词:有机硼交联剂;羟丙基瓜尔胶/有机硼水基压裂液;研究与开发;胜利油田

中图分类号:TE357.12:O627.31 文献标识码:A

有机硼交联剂SL2OBC22是水基压裂液中所用的关键添加剂之一。在水基压裂施工中,交联剂的好坏决定施工的成败和施工过程中摩阻的大小。在胜利油田,1995年以前所用的水基压裂液交联剂主要是硼砂和有机锆、有机钛。这些交联剂同有机硼相比,有明显的不足之处。硼砂交联的水基压裂液摩阻大、耐温性不好,不能用于深井的压裂。有机锆和有机钛交联的水基压裂液耐温性比较好,但是由于交联反应是不可逆的,在油管中高速剪切条件下压裂液粘度变小,在油层内粘度不能恢复,影响其悬砂性能[1,2]。为此,我们研制了有机硼交联剂SL2 OBC22。该交联剂交联的羟丙基瓜尔胶水基压裂液耐温性能好,延迟交联,交联时间在1.5—6min之间可调,摩阻低,仅相当于清水摩阻的25%—30%,现场施工操作简便。目前,该交联剂已在胜利油田11口井上进行了现场试验,施工成功率100%。

1　有机硼交联剂SL2OBC22

1.1　主要技术指标

有机硼交联剂SL2OBC22的主要成分是有机硼,外观为棕红色液体,有效成分为60%,25℃时的密度在1.09—1.15g/cm3,p H值在9—10,凝固点-15℃,产品性能稳定,长时间放置时不析出固状物。该产品可以与清水以任意比例混合,在现场可以稀释后使用,也可以用小泵直接泵入混砂车。SL2 OBC22由胜利石油管理局井下作业公司防膨液厂生产。

1.2　合成方法

有机硼交联剂SL2OBC22主要由硼酸、碱和添加剂反应而成。在反应釜中按配方依次加入清水、硼酸及相应的化学添加剂,在70—90℃反应1小时,然后用氢氧化钠将p H值调到9—10即得到有机硼交联剂SL2OBC22产品。

2　SL2OBC22交联羟丙基瓜尔胶压裂液的性能

2.1　压裂液粘度随剪切时间的变化和流变参数

在SL2OBC22交联的羟丙基瓜尔胶压裂液中,所用的羟丙基瓜尔胶有两种。一种是东营油田化学联营公司生产的金岭牌羟丙基瓜尔胶,在本文中记为HP G1,另一种是加拿大Fracmaster公司在胜利油田压裂时使用的美国Clearwater公司的产品,牌

Ξ收稿日期:1998Ο07Ο17;修改日期:1998Ο08Ο04;1998210216。

作者简介:李爱山(1964-),男,工程师,1987年毕业于山东聊城师院化学系,获学士学位,1993年毕业于中国科技大学高分子专业,获硕士学位,通讯地址:257000山东东营五台山路南首胜利石油局采油工艺研究院油层改造所。

号为W215,在本文中记为HP G2。将HP G1按0.5%的浓度、HP G2按0.45%的浓度,分别在混调器中加水配好,在室温下溶胀4小时,得到基液。然后将SL2OBC22按0.3%的浓度加入HP G基液中,用玻棒搅匀,用RV20粘度计在120℃测定粘度随时间和剪切速率的变化。测试时使用同一个压裂液样。先在120℃、170s-1的条件下剪切2小时,定时记录粘度,结果见表1。接着从低到高改变剪切速率,测定120℃时粘度随剪切速率的变化,结果见表2。

表1　压裂液的粘度随剪

切时间的变化

(120℃,170s-1)

时间(min)粘度(mPa・s) HPG1HPG2

　0576579 15643633 30570521 45505489 60427430 75370345 90322307 105288268 120270230表2　压裂液的粘度随剪

切速率的变化3

(120℃)

剪切速率

(s-1)

粘度(mPa・s)

HPG1HPG2　48.26576.7533.4 101.1387.8365.8 150.8278.8243.3 226.7254.4228.6 303.8190.3183.1 355.2151.6144.6 431.6135.4119.6 508.4117.698.8 3压裂液试样已在120℃、170s-1下剪切2h。

利用表2表观粘度和剪切速率数据及实测的相应剪切应力数据,按幂率流体数学模型进行计算,得到HP G1/SL2OBC22压裂液的稠度系数K=8.964 Pa・s n,流态指数n′=0.3125;HP G1/SL2OBC22压裂液的稠度系数K=8.324Pa・s n,流态指数n′=0.2968。同时作了粘度恢复实验,包括冷却后再升温重新测试和剪切速率由小到大再到小条件下的测试,所得数据的一致性很好。这说明测试过程中热降解和剪切降解对粘度的影响基本上可以忽略。

从表1和表2的实验数据可以看出,SL2OBC22交联的羟丙基瓜尔胶压裂液在120℃、170s-1的条件下仍有较高的粘度,在120℃高温条件下良好的悬砂、造缝能力是有保障的。

2.2　SL2OBC22的延迟交联作用和pH值对延迟时

间的影响

SL2OBC22将羟丙基瓜尔胶交联而形成冻胶压裂液的过程是延迟作用的。延迟时间的长短由p H 值决定,羟丙基瓜尔胶基液的p H值越高,延迟时间越长。表3为HP G1基液的p H值与延迟时间(即交联时间,此时间后冻胶可挑挂)的对应关系。基液p H值用适量的碳酸钠或氢氧化钠溶液调节。

表3　HPG1基液的pH值对延迟时间的影响

基液p H值9.09.510.010.511.012.012.5

延迟时间(s)304560120150270300

施工井的井深及排量不同,所需要的延迟时间不同。根据表3中p H值与延迟时间的关系,配制不同p H值的基液,便可以得到不同延迟时间的压裂液。这样,既可以保证施工的成功率,又可以使施工摩阻降到最低。在现场施工时,对于井深不超过3500m的井,设计的延迟时间在2min左右,即HP G基液的p H值在10.5左右。

现场施工经验表明,这种延迟方法在降低施工摩阻方面是十分有效的。根据两口压裂施工井的实测结果,HP G/SL2OBC22压裂液的摩阻仅为清水摩阻的25%—30%。

2.3　破胶液化性能

在现场应用中,为了既保证施工过程中HP G/ SL2OBC22冻胶压裂液的悬砂性能好、砂比高、造缝能力强,又加快压裂液的破胶液化,减小压裂液对地层的伤害,选择了微胶囊破胶剂EB21。现场施工结果表明:从注入前置液时就开始加微胶囊破胶剂,在6—8小时之内压裂液即可完全破胶液化。在室内实验中,含0.5%HPG1、0.3%SL2OBC22、0.03%E B21的压裂液,在90℃下破胶时间为6小时,破胶液粘度仅为1.25mPa・s。

2.4　滤失性能

在室内用Baroid高温高压滤失仪,在120℃、3 MPa压力下恒温时间1小时,测得0.5%HP G1/ 0.3%SL2OBC22冻胶压裂液的滤失系数较小,仅为4.25×10-4m/min∀−,这可以保证该压裂液具有很强的造缝能力。

3　现场应用

自1998年4月有机硼交联剂SL2OBC22投入现场应用以来,已经进行了11口井的压裂施工,施工成功率为100%。所用压裂液除含有HP G1、SL2 OBC22、EB21外,还含有粘土稳定剂SL2P,杀菌剂S100,助排剂MAN。施工井的深度均在3000m以上,其中最深的井为夏90井,压裂层位为3683—3693.7m。最高砂液比70%,平均砂液比为40%。压裂后有6口井自喷生产。表4是有代表性的几口

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