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1、第14卷第3期油田化学1997年第274-276页OilfieldChemistry9月25日X有机锆交联剂OZ21应用研究任占春 张文胜 秦利平(胜利石油管理局采油工艺研究院)摘要 合成了具有延迟交联特性的有机锆交联剂OZ21;介绍了OZ21交联的已在胜利油田应用的3种压裂液的性能;探讨了OZ21在水基聚合物冻胶堵剂和弱凝胶或胶态分散凝胶中的应用。主题词:有机锆交联剂 压裂液添加剂 锆冻胶 水基压裂液 堵水调剖剂 弱凝胶 延迟交联许多水溶性聚合物如丙烯酰胺聚合物、生物聚合物(黄胞胶)、多种植物胶多糖及其羟烷基、羟烷基羧烷
2、基衍生物,在低浓度的水溶液中被多价金属离子交联而形成的凝胶,在油气田各种作业中有广泛的应用。使用较多的金属离子有铝、铬、钛、锆等离子。钛、锆化合物对羟基有较强的亲合力,钛、锆有稳定的正四价氧化态,毒性低,因而使用更为普遍。钛、锆化合物与聚合物反应基团之间形成的键热稳定性好,抗温最高可达163℃,所形成的凝胶可应用于高温深井中。近几年来,国外有机锆交联剂发展较快,出现了多种类型的性能优良的有机锆交联剂,如用美国Dowell公司的J366、J367交联的压裂液,可用于地层温度为177℃的油层的压裂,类似的有机锆交联剂已应用于凝
3、胶类堵剂和地层深部处理用凝胶。1 有机锆合成及交联反应延迟[1]有机锆交联剂是由无机锆盐与有机配位体在高度控制的反应条件下合成的。常用的无机锆盐有四氯化锆、氧氯化锆等;常用的有机配位体一般为胺基醇、β2二酮、乳酸等。引入了有机配位体的锆交联剂稳定性提高,而且可形成多核络离子,使单位交联点的交联强度大为增加,从而提高了交联冻胶的耐温性。在有机锆交联剂中,配位体和锆同时竞争与聚合物的反应,有机锆本身的稳定性提高,能够与聚合物反应的离子数量暂时减少,造成了交联反应延迟的效果。2 有机锆交联剂OZ21的应用有机锆交联剂OZ21为淡
4、黄色透明液体,密度1.07—1.15g/cm,20℃粘度2.5—3.1mPa·X收稿日期:1997201224;修改日期:1997203211;1997206223。 通讯联系人:257000山东东营五台山路28号胜利油田采油院油层保护室任占春。 第一作者:男,1963年2月生,采油院油层改造室副主任,高级工程师。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第14卷第3期任占春等:有机锆交联剂OZ21应用研究275s,有效物含量35%—40%
5、,易溶于水。2.1 用于压裂液目前国内使用的压裂液以水基冻胶压裂液为主,应用最广泛的是植物胶压裂液,一些高含水油井采用聚丙烯酰胺压裂液。有机锆可以与各种植物胶、改性植物胶以及聚丙烯酰胺等进行交联反应而形成冻胶。以下介绍应用较多的羟丙基田菁胶、羟丙基瓜尔胶、聚丙烯酰胺3种有机锆OZ21冻胶压裂液的性能。这些压裂液除稠化剂、有机锆OZ21外,还含有0.3%防膨剂P216、0.3%助排剂MAN,用纯碱调节pH值,破胶剂为过硫酸铵。所用聚丙烯胺分子量为600—800万,水解度10%—20%。按照石油天然气行业标准SY5107286
6、,在120℃测定的3种压裂液的综合性能列于表1。可以看到,用有机锆OZ21交联的这3种冻胶压裂液的耐温性良好,可满足压裂施工工艺的要求。表13种冻胶压裂液的综合性能(120℃)流变性表观粘度滤失性破胶液残渣率伤害率基 本 组 成3η粘度KaC1V0(Pa·sn)n(mPa·s)(m/min1/2)(m3/m2)(mPa·s)(%)(%)0.9%羟丙基田菁胶+0.1%OZ214.6070.35621424.76×10-4-41.5812.2426.729.67×100.6%羟丙基瓜尔胶+0.1%OZ218.9640.2968
7、2765.36×10-4-41.872.6722.6710.30×100.7%聚丙烯酰胺+0.1%OZ217.4320.31451897.62×10-4-41.96028.8912.40×103OZ21的浓度均以商品为计算基准,表2、表3同此。上述3种压裂液已在胜利油田应用150余井次,施工成功率及有效率都高,增油效果显著。2.2 用于堵剂有机锆交联剂OZ21与聚丙烯酰胺反应,可以生成粘弹性良好的冻胶型堵剂。在合成反应中,通过调节延迟交联组分得到的有机锆交联剂,在地面温度下与聚丙烯酰胺不发生交联反应,在地层温度下交联反应可
8、延迟3—7小时,因此可用于一步法(单液法)堵水施工。表2列出在温度60℃下3个聚丙烯酰胺/有机锆堵剂配方物的延迟交联特性。可以看到,配制好的堵剂的粘度在7小时内随时间不断升高,7小时后趋于稳定。表23个配方的聚丙烯酰胺/OZ21堵剂的延迟交联特性配方(%)不同时间的粘度3(mPa·s)配方编号PAMOZ
