新型有机硼交联剂SL_OBC_2的研制和应用

第16卷第2期

1999年6月25日

油　田　化　学Vol. 16　No. 225J une 1999

文章编号:1000Ο4092(1999) 0220125203

新型有机硼交联剂SL 2OBC 22Ξ

李爱山1, 孟祥和1, 秦利平111, 隋　文1

2, (1. , 257000; 2. 胜利石油管理局井下作业公司, 山东东营)

摘要:2OB C 22的合成和物理特性, 报导了用SL 2OB C 22交联的两种羟丙基瓜尔胶水基压。用该交联剂交联的羟丙基瓜尔胶压裂液粘度高、摩阻低, 用EB 21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SL 2OBC 22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SL 2OBC 22。该交联剂交联的羟丙基瓜尔胶水基压裂液

密度在1. 09—1. 15g/cm 3,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。SL 2OBC 22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SL 2OBC 22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SL 2OBC 22产品。

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%。

2. 1　压裂液粘度随剪切时间的变化和流变参数

2　SL 2OBC 22交联羟丙基瓜尔胶压裂

液的性能

在SL 2OBC 22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 G 1, 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

1　有机硼交联剂SL 2OBC 22

1. 1　主要技术指标

有机硼交联剂SL 2OBC 22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

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。

126油　田　化　学1999年　

号为W 215, 在本文中记为HP G 2。将HP G 1按0. 5%的浓度、HP G 2按0. 45%的浓度, 分别在混调

p H 值用适量的碳酸钠或氢氧化钠溶液调节。

表3　HPG 1基液的pH 值对延迟时间的影响

基液p H 值延迟时间(s )

9. 030

9. 545

10. 060

10. 5120

11. 0150

12. 0270

12. 5300

器中加水配好, 在室温下溶胀4小时, 得到基液。然后将SL 2OBC 22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(120,170-1)

时间

(min )

, 所需要的延迟时间3, 配制, 又可以使施。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。

表2　(s -1)

粘度(mPa HPG1576

[***********]288270

[***********]307268230

粘度(mPa ・s )

HPG1576. 7387. 8278. 8254. 4190. 3151. 6135. 4117. 6

HPG2533. 4365. 8243. 3228. 6183. 1144. 6119. 698. 8

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 /SL 2OBC 22压裂液的摩阻仅为清水摩阻的25%—30%。2. 3　破胶液化性能

　0

15

[**************]0

　48. 26

101. 1150. 8226. 7303. 8355. 2431. 6508. 4

3

在现场应用中, 为了既保证施工过程中HP G /SL 2OBC 22冻胶压裂液的悬砂性能好、砂比高、造缝

压裂液试样已在120℃、

170s -1下剪切2h 。

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EB 21。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

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 G 1/SL 2OBC 22压裂液的稠度系数K =8. 964Pa ・s n , 流态指数n ′=0. 3125; HP G 1/SL 2OBC 22压

实验中, 含0. 5%HPG1、0. 3%SL2OBC 22、0. 03%EB 21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

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

在室内用Baroid 高温高压滤失仪, 在120℃、3MPa 压力下恒温时间1小时, 测得0. 5%HP G 1/0. 3%SL2OBC 22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

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,SL 2OBC 22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　SL 2OBC 22的延迟交联作用和pH 值对延迟时

强的造缝能力。

3　现场应用

自1998年4月有机硼交联剂SL 2OBC 22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 G 1、SL 2OBC 22、EB 21外, 还含有粘土稳定剂SL 2P , 杀菌剂S100, 助排剂MAN 。施工井的深度均在3000m 以

间的影响

SL 2OBC 22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 G 1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

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

第16卷第2期李爱山等:新型有机硼交联剂SL 2OBC 22的研制和应用

[2]SPE 12923.

127

井的施工参数。

参考文献:

[1]赵以文. 油田化学, 1993,10(2) :124-129.

表4　几口井的压裂施工参数和压裂后产量

井　号夏90

桩23211213史11229史11228

压裂层位

(m )

HPG1(%) 0. 550. 500. 500. OBC 22(%) 0. 30. 30. 30. (min ) 5002. 0

257060

(3) 92917. 412. 36

产油量(t/d ) 压裂前探井

0. 9

压裂后

9132430

　3683-3693. 7

3616. 5-3732. 73192. 6-3222. 53264. 8-3273. 6

新井新井

SL 2OBC 22AN D SL 2OBC 22CR OSSL INKE D R OX YPR OPYL GUAR H YD R OFRACTURING F L UID

L I Ai ΟShan 1, MEN G Xiang ΟHe 1, QIN Li ΟPing 1, MA Shou 1, SON G Chang 2Jiu 1, SU I Wen 1, DON G Bao 2Chun 2, Li Cheng 2Lin 2, WAN G Jian 2J un 2(1. Research Inst of Oil Recovery and Production , S hengli Pet roleum A dmi nist rative B ureau , Dongyi ng , S handong 257000, Chi na ; 2.

Dow nhole Technolgies Com pany , S hengli Pet roleum A dmi nist rative B ureau , Dongyi ng , S handong , 257026, Chi na )

Abstract :In this paper , the synthesis and technical characteristics of crosslinker for hydrofracturing fluid (HFF ) , organic borate SL 2OBC 22, is presented briefly , and the basic performance properties and field uses in 11wells of HPG /SL 2OBC 22HFFs are described. For gelled HFFs , high viscosity at 120℃and low viscosity loss during shearing in 2hrs at 120℃are observed. With encapsulated gel breaker EB 21the gelled HFFs break down completely in 6-8hrs at 90℃.

K ey Words :Organic Borate Crosslinker ; Hydroxypropyl Guar/Organic Borate A queous Hydrof racturing Fluids ; Resarch and

Development ; S hengli Oil Fields

(上接第120页。continued from p. 120)

CORR OSION INHIBITION FOR CARB ON STEE L A3IN PH OSPH ORIC

ACID B Y MANNICH ’S BASE INHIBIT OR KA 201AN D THIOUREA IN COMBINATION

WAN G Jiang , YAN G Jing

(Dept of Chem Eng , Chem gde Pet roleum College , Chengde , Hebei 067000, Chi na )

Abstract :K A 201is a laboratory sample of Mannich ’s base type organic corrosion inhibitor for use in acidic media. In this paper the inhibitory property of K A 201, thiourea and K A 201+thiourea in 15%and 28%phosphoric acid for carbon steel A3is studied in static corrosion experiments at 30℃and 90℃. It is shown that K A 201is quite a good inhibitor and K A 201+thiourea are much better in such media. The optimum mass ratio of K A 201to thiourea is 9to 1. Electrochemical measurements illustrate that single K A 201and thiourea are anode controlling inhibitors while their mixture controls both cathodic and anodic corrosion processes. K ey Words :M annich ’s B ase ; Thiourea ; Corrosion Inhibitors ; Phosphoric Acid Solutions ; Carbon S teel