技术领域
本发明涉及油气田开发增产领域中利用高矿化度水配制压裂液的交联剂。
技术背景
针对低渗透储层的开发，压裂是最好的选择，但是目前的压裂主要是水基 压裂，需要大量的淡水资源，这样在缺水地区或海上使得压裂工程的实施有一 定的难度。另一方面在油田的开采过程中有大量的产层水产出，这些水基本都 是高矿化度的盐水，矿化度在2万以上，含有大量的金属离子，这些水被采到 地面后，必须经过处理才能达到国家要求的排放标准，增加了油田的生产成本。 如果压裂过程能直接使用这些高矿化度的采出水或直接抽取海水来配制压裂 液，即可节约淡水资源，又为油田节约了处理成本。但是目前普遍使用的压裂 液体系中的交联剂，只能在中强性的碱性条件下才能与稠化剂发生交联作用， 而将高矿化的水pH调到8以上，会引起其中的多种金属离子沉淀，消耗加入的 碱，影响压裂液性能。所以如果要利用产出水和海水配制压裂液，需要能在弱 碱性条件下交联的交联剂，目前有一些能应用于弱碱性环境的交联剂，如铝盐 或有机锆、有机钛类的交联剂，但是铝盐类交联剂只能在地层温度较低的环境 下才能使用；有机锆、有机钛可以在地层温度很高的环境中使用（US4808739）， 但是单纯的有机锆和有机钛交联剂形成的冻胶抗剪切能力较差，导致冻胶携砂 能力较弱，特别是对地层的伤害严重，伤害率可以达到90%以上。针对压裂施工 中存在的这些问题，本发明采用多种配体在特定条件下，形成严格比例的有机 锆、硼复合物，使形成的交联剂能在高矿化度的条件下与稠化剂形成性能优良 的冻胶，能减少对淡水缺乏地区的淡水资源需求，充分利用油田产出水，为油 田生产节约成本，同时降低对地层的伤害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高矿化度水压裂液的交联剂，可以在弱 碱性条件下与稠化剂交联，既含有重金属锆又含有硼，有效降低压裂液对地层 的伤害，且可以采用高矿化度的水直接配制压裂液，节约淡水资源，减少油田 企业在处理产出高矿化度水上的支出成本，具有广阔的应用前景。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种适用于高矿化度水压裂液的交联剂，是由锆化合物、硼化合物与螯合 配体、桥联配体在水溶液中反应形成的稳定络合物，所述锆化合物为醋酸锆或 氯氧化锆，含量为9-18质量%；所述硼化合物为硼酸或硼砂，含量为3-40质量 %；所述螯合配体为N,N-二(2-羟基乙基)甘氨酸，含量为9-18质量%；所述桥联 配体为丙三醇、甘露醇、山梨醇、三乙醇胺中的一种、两种或两种以上混合物， 含量为5-19质量%；余量为水。
所述适用于高矿化度水压裂液的交联剂，其制备方法如下：在搪瓷内胆反 应釜中加入5质量%的清水，缓慢加入9-18质量%的锆化合物，搅拌30min； 快速加入9-18质量%的螯合配体，缓慢升温到60℃，搅拌1h；再加入3-40质 量%的硼化合物，搅拌过程中滴加5-19质量%的桥联配体，在80℃下搅拌5h， 补足余量的水，即可得到该交联剂。
高矿化度水配制的压裂液要实现通过交联剂交联以形成具有高粘度的冻 胶，压裂液体系必须避开引起高矿化度水中的金属离子沉淀的环境，即要求压 裂液体系的pH要在弱碱性。弱碱性条件下，淡水压裂液使用的硼类交联剂的效 果很差，严重时不能形成冻胶。锆钛类化合物可以在弱碱性条件下与稠化剂交 联，但是这类交联剂对地层伤害太大。本发明核心是利用可以在弱碱性条件下 交联的锆先与稠化剂交联，利用锆原子交联后将局部范围的pH升高，引发硼与 交联剂交联。本发明采用严格的合成方法，将锆、硼原子通过有机配体连接， 这些有机配体与硼和锆形成的络合物为八元环结构，该结构不是一种热力学稳 定状态，在高矿化度的水中，锆原子优先解离出来与稠化剂交联；包裹硼原子 的配体与硼原子形成的是5-8元环结构，在热力学上相对稳定，硼原子比锆原子 后一步释放，而前面锆原子与稠化剂交联后，锆原子周围会形成一个碱性环境， 这样释放出类的硼原子可以在这小范围的碱性环境中继续与稠化剂交联，形成 高粘度的冻胶。
所述交联剂的结构式如下：
与现有技术相比，本发明直接采用高矿化度的水直接配制压裂液，可以节 约淡水资源，减少油田企业在处理产出高矿化度水上的支出成本。目前公开的 涉及压裂液交联剂的大部分发明专利，都是采用简单的硼化合物和金属化合物， 在压裂液中这些简单的化合物与稠化剂交联存在交联速度过快，不太适合深井 的施工等问题；采用金属化合物的交联剂存在对地层伤害严重等问题。本发明 的交联剂是在严格控制条件下制备的，这样使得交联剂可以在弱碱性条件下与 稠化剂交联，解决了常规交联剂不能在高矿化度水中交联稠化剂的问题；交联 剂既含有重金属锆又含有硼，减少锆的量，可以有效的降低压裂液对地层的伤 害，该交联剂可以适用于150℃以上高温储层的压裂施工。
具体实施方式
一、一种适用于高矿化度水压裂液的交联剂的制备
实施例1
在搪瓷内胆反应釜中加入5kg的清水，缓慢加入9kg醋酸锆，搅拌30min； 快速加入9kg的N,N-二(2-羟基乙基)甘氨酸，缓慢升温到60℃，搅拌1h；再加 入3kg硼酸，搅拌过程中滴加8kg三乙醇胺；在80℃下搅拌5h，补入66kg水， 即得到微黄色透明交联剂。
实施例2
在搪瓷内胆反应釜中加入5kg的清水，缓慢加入17kg的氯氧化锆，搅拌 30min；快速加入17kg的N,N-二(2-羟基乙基)甘氨酸，缓慢升温到60℃，搅拌 1h；再加入40kg硼砂，搅拌过程中滴加9kg丙三醇。在80℃下搅拌5h，补入 12kg水，即得到淡黄色透明交联剂。
实施例3
在搪瓷内胆反应釜中加入5kg的清水，缓慢加入17kg的氯氧化锆，搅拌 30min；快速加入17kg的N,N-二(2-羟基乙基)甘氨酸，缓慢升温到60℃，搅拌 1h；再加入40kg硼砂，搅拌过程中滴加2kg丙三醇、4kg三乙醇胺和3kg甘露 醇；在80℃下搅拌5h，补入12kg水，即得到淡黄色透明交联剂。
实施例4
在搪瓷内胆反应釜中加入5kg的清水，缓慢加入10kg的氯氧化锆，搅拌 30min；快速加入10kg的N,N-二(2-羟基乙基)甘氨酸，缓慢升温到60℃，搅拌 1h；再加入20kg硼砂，搅拌过程中滴加14kg甘露醇；在80℃下搅拌5h，补入 41kg水，即得到淡黄色透明交联剂。
实施例5
在搪瓷内胆反应釜中加入5kg的清水，缓慢加入17kg的氯氧化锆，搅拌 30min；快速加入17kg的N,N-二(2-羟基乙基)甘氨酸，缓慢升温到60℃，搅拌 1h；再加入40kg硼砂，搅拌过程中滴加9kg甘露醇和3kg丙三醇；在80℃下 搅拌5h，补入9kg水，即得到淡黄色透明交联剂。
实施例6
在搪瓷内胆反应釜中加入5kg的清水，缓慢加入15kg的醋酸锆，搅拌 30min；快速加入15kg的N,N-二(2-羟基乙基)甘氨酸，缓慢升温到60℃，搅拌 1h；再加入5kg硼砂，搅拌过程中滴加10kg山梨醇和8kg三乙醇胺；在80℃ 下搅拌5h，补入42kg水，即得到微黄色透明交联剂。
二、一种适用于高矿化度水压裂液的交联剂的性能测试
依据行业标准SY-T5107-2008对实施例1-6制备的交联剂进行性能测试， 见下表。测试结果显示，本发明交联剂与稠化剂形成的冻胶性能完全满足油田 压裂施工要求。