CN103013487A - 一种多支化高分子压裂液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气田开采技术领域，特别涉及一种多支化高分子压裂液及其制备方法。由以下重量份的组分制成：水95-98份、稠化剂0.3-0.6份、交联剂0.3-0.6份、助排剂0.3-0.6份、防膨剂1-2份、破胶剂0.01-0.05份组成，其中稠化剂是一种新型多支化高分子聚合物；有益效果是：避免了植物胶压裂液高伤害、高摩阻和常规聚合物压裂液不耐剪切、破胶不彻底等问题。并且具有低残渣、易返排、对地层伤害小的特点。

Description

一种多支化高分子压裂液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种油气田开采技术领域，特别涉及一种多支化高分子压裂液及其制备方法。

背景技术

    目前，在油田实施压裂增产的过程中，选择合适的压裂液体系，减少压裂液对储层和裂缝的伤害程度是提高单井产量的关键技术之一。水力压裂技术经过五十多年的发展，无论在压裂工艺技术和压裂液方面的发展都取得了很多重要的成果。

目前，我国使用较多的仍为植物胶压裂液体系，这一体系中水不溶物较多，即使采用一级羟丙基胍尔胶，其水不溶物也在8%以上，同时残渣也较多，这对地层和裂缝的伤害较大；而且交联条件为弱碱性，不适合于酸性地层。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种多支化高分子压裂液及其制备方法。

本发明提到的一种多支化高分子压裂液，由以下重量份的组分制成：

水95-98份、稠化剂0.3-0.6份、交联剂0.3-0.6份、助排剂0.3-0.6份、防膨剂1-2份、破胶剂0.01-0.05份组成，其中稠化剂是一种新型多支化高分子聚合物；

所述的稠化剂通过以下步骤制备：首先将丙烯类单体配制成10-50%的水溶液，用质量百分比浓度为30%氢氧化钠溶液调pH值至6-8，在氮气保护条件下，在引发剂焦亚硫酸钠作用下，升温至20-50℃进行聚合反应，反应时间为1-3小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎，即得；

交联剂由5-15重量份的主剂、10-20重量份的络合剂、65-85重量份的水复配组成，主剂采用氯化铝或四氯化钛；络合剂采用柠檬酸：山梨醇：三乙醇胺=5.2：0.8：1.5； 

所述的助排剂全氟烷基醚醇胺盐型阴离子氟碳表面活性剂。

所述的防膨剂选自聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述的破胶剂选用过硫酸铵。

上述的丙烯类单体采用以下配比制成，丙烯酰胺：N，N-甲叉双丙烯酰胺：2-丙烯酰胺基- 甲基丙磺酸=100：30：20。

上述的丙烯类单体采用以下配比制成：丙烯酰胺：N，N-甲叉双丙烯酰胺：2-丙烯酰胺基- 甲基丙磺酸：二甲基二烯丙基氯化铵=100：10：10。

稠化剂的另一种制备方法是：

首先将100份丙烯酰胺、10份 N，N-甲叉双丙烯酰胺（MBA）、10份 2-丙烯酰胺基- 甲基丙磺酸（AMPS）、10份二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）单体配制成40%的水溶液，用质量百分比浓度为30%的氢氧化钠溶液调pH值至7，在氮气保护条件下，在引发剂亚硫酸氢钠作用下，升温至30℃进行聚合反应，反应时间为1.5小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎制成干粉，即得稠化剂。

上述的交联剂的制备方法是：取10份氯化铝加入70份水中，搅拌溶解，再依次加入5.2份柠檬酸、0.8份山梨醇、1.5份三乙醇胺，控制温度45-50℃，反应1小时，制得柠檬酸铝螯合物。

交联剂的另一制备方法是： 

取10份四氯化钛加入70份水中，搅拌溶解，再依次加入4.5份酒石酸、1.3份乙二醇、1.2份二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应1.5小时，制得有机钛螯合物。

一种多支化高分子压裂液的制备方法，由以下制作步骤制成（按重量份）：

首先制备所述稠化剂，其次制备所述交联剂，最后用量筒量取98.5份自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.1份的全氟烷基醚醇胺盐型阴离子氟碳表面活性剂（可以通过购买上海瀛正科技有限公司出售的INTECHEM-01氟碳表面活性剂（简称FC-01）实现）、1.5份聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或1.5份聚二甲基二烯丙基氯化铵、0.04份的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5份所述的稠化剂，待溶胀完全后，向烧杯中添加0.1份纯碱使PH值在7-9的范围内，然后加入0.4份所述交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。

一种多支化高分子压裂液的另一制备方法，由以下制作步骤制成（按重量份）：

用量筒量取98.5份自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.1份的全氟烷基醚醇胺盐型阴离子氟碳表面活性剂、1.5份聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.04份的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5份的所述稠化剂，待溶胀完全后，向烧杯中添加0.1份纯碱使pH值在7-9的范围内，然后加入0.4份的所述交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。

本发明的有益效果是：避免了植物胶压裂液高伤害、高摩阻和常规聚合物压裂液不耐剪切、破胶不彻底等问题。并且具有低残渣、易返排、对地层伤害小的特点。

具体实施方式

   以下结合实施例对本发明做进一步说明，以下实施例中采用的物质，除了注明的以外，其余均为市售产品。

实施例1：

首先制备稠化剂：首先将100g丙烯酰胺、30g N，N-甲叉双丙烯酰胺（MBA）、20g  2-丙烯酰胺基- 甲基丙磺酸（AMPS）单体配制成40%的水溶液，用30%氢氧化钠溶液调pH值至7，在氮气保护条件下，在引发剂作用下，升温至30℃进行聚合反应，反应时间为2小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎制成干粉，即得多支化高分子聚合物稠化剂。

其次交联剂的制备，取10.0g氯化铝加入70g水中，搅拌溶解，再依次加入5.2g柠檬酸、0.8g山梨醇、1.5g三乙醇胺，控制温度45-50℃，反应1小时，制得柠檬酸铝螯合物。

用量筒量取98.5mL自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.1g的全氟烷基醚醇胺盐型阴离子氟碳表面活性剂、1.5g聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.04g的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5g的稠化剂，待溶胀完全后（约30min），向烧杯中添加0.1g纯碱使PH值在7-9的范围内，然后徐徐加入约0.4g的上述有机铝交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。

性能评价：

按照SY/T 5107-2005水基压裂液性能评价方法对本发明的压裂液进行性能评价。

下面表1显示了由实施例1制得的压裂液部分性能指标。

压裂液性能：采用RS-6000流变仪，在90℃、170s^-1剪切速率下测定耐温耐剪切能力。

表1：多支化高分子压裂液性能评价

表1数据显示，本发明压裂液在90 ℃ 左右，170s^-1 的条件下，剪切2h，粘度仍能保持100mPa.s以上，表明发明的压裂液的具有优异的耐温耐剪切能力。破胶液粘度低，破胶彻底，有利于最大限度地返排，减少对地层和裂缝的伤害。且破胶后残渣含量基本为0，与植物胶相比，该压裂液体系残渣含量大幅度降低，对地层伤害更小。

实施例2：

首先制备稠化剂：首先将100g丙烯酰胺、10g N，N-甲叉双丙烯酰胺（MBA）、10g 2-丙烯酰胺基- 甲基丙磺酸（AMPS）、10g二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）单体配制成40%的水溶液，用30%氢氧化钠溶液调pH值至7，在氮气保护条件下，在引发剂作用下，升温至30℃进行聚合反应，反应时间为1.5小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎制成干粉，即得多支化高分子聚合物稠化剂。

其次交联剂的制备，取10.0g四氯化钛加入70g水中，搅拌溶解，再依次加入4.5g酒石酸、1.3g乙二醇、1.2g二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应1.5小时，制得有机钛螯合物。

用量筒量取98.5mL自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.1g的全氟烷基醚醇胺盐型阴离子氟碳表面活性剂、1.5g聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.04g的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5g的稠化剂，待溶胀完全后（约30min），向烧杯中添加0.1g纯碱使pH值在7-9的范围内，然后徐徐加入约0.4g的上述有机钛交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。

性能评价：

按照SY/T 5107-2005水基压裂液性能评价方法对本发明的压裂液进行性能评价。

下面表2显示了由实施例2制得的压裂液部分性能指标。

压裂液性能：采用RS-6000流变仪，在90℃、170s^-1剪切速率下测定耐温耐剪切能力。

表2：多支化高分子压裂液性能评价

表2数据显示，本发明压裂液在90 ℃ 左右，170s^-1 的条件下，剪切2h，粘度仍能保持100mPa.s以上，表明发明的压裂液的具有优异的耐温耐剪切能力。破胶液粘度低，破胶彻底，有利于最大限度地返排，减少对地层和裂缝的伤害。且破胶后残渣含量基本为0，与植物胶相比，该压裂液体系残渣含量大幅度降低，对地层伤害更小。

Claims (8)

1.一种多支化高分子压裂液，其特征是由以下重量份的组分制成：

水95-98份、稠化剂0.3-0.6份、交联剂0.3-0.6份、助排剂0.3-0.6份、防膨剂1-2份、破胶剂0.01-0.05份组成，其中稠化剂是一种新型多支化高分子聚合物；

所述的稠化剂通过以下步骤制备：首先将丙烯类单体配制成10-50%的水溶液，用质量百分比浓度为30%氢氧化钠溶液调pH值至6-8，在氮气保护条件下，在引发剂焦亚硫酸钠作用下，升温至20-50℃进行聚合反应，反应时间为1-3小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎，即得；

交联剂由5-15重量份的主剂、10-20重量份的络合剂、65-85重量份的水复配组成，主剂采用氯化铝或四氯化钛；络合剂采用柠檬酸：山梨醇：三乙醇胺=5.2：0.8：1.5； 

所述的助排剂全氟烷基醚醇胺盐型阴离子氟碳表面活性剂；所述的防膨剂选自聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述的破胶剂选用过硫酸铵。

2.根据权利要求1所述的多支化高分子压裂液，其特征是：所述的丙烯类单体采用以下配比制成，丙烯酰胺：N，N-甲叉双丙烯酰胺：2-丙烯酰胺基- 甲基丙磺酸=100：30：20。

3.根据权利要求1所述的多支化高分子压裂液，其特征是：所述的丙烯类单体采用以下配比制成：丙烯酰胺：N，N-甲叉双丙烯酰胺：2-丙烯酰胺基- 甲基丙磺酸：二甲基二烯丙基氯化铵=100：10：10。

4.根据权利要求1所述的多支化高分子压裂液，其特征是：稠化剂的另一种制备方法是：

首先将100份丙烯酰胺、10份 N，N-甲叉双丙烯酰胺、10份 2-丙烯酰胺基- 甲基丙磺酸、10份二甲基二烯丙基氯化铵单体配制成40%的水溶液，用质量百分比浓度为30%的氢氧化钠溶液调pH值至7，在氮气保护条件下，在引发剂亚硫酸氢钠作用下，升温至30℃进行聚合反应，反应时间为1.5小时，得粘弹性多支化高分子聚合物胶体，剪切造粒，干燥粉碎制成干粉，即得稠化剂。

5.根据权利要求1所述的多支化高分子压裂液，其特征是：所述的交联剂的制备方法是：取10份氯化铝加入70份水中，搅拌溶解，再依次加入5.2份柠檬酸、0.8份山梨醇、1.5份三乙醇胺，控制温度45-50℃，反应1小时，制得柠檬酸铝螯合物。

6.根据权利要求1所述的多支化高分子压裂液，其特征是：交联剂的另一制备方法是： 

取10份四氯化钛加入70份水中，搅拌溶解，再依次加入4.5份酒石酸、1.3份乙二醇、1.2份二乙醇胺，控制温度45-50℃，反应1.5小时，制得有机钛螯合物。

7.一种如权利要求1所述的多支化高分子压裂液的制备方法，其特征是：由以下制作步骤制成（按重量份）：

首先制备所述稠化剂，其次制备所述交联剂，最后用量筒量取98.5份自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.1份的全氟烷基醚醇胺盐型阴离子氟碳表面活性剂、1.5份聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.04份的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5份所述的稠化剂，待溶胀完全后，向烧杯中添加0.1份纯碱使PH值在7-9的范围内，然后加入0.4份所述交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。

8.一种如权利要求1所述的多支化高分子压裂液的制备方法，其特征是：由以下制作步骤制成（按重量份）：

用量筒量取98.5份自来水倒入带有磁力搅拌器的烧杯中，开动搅拌器并以约500rpm转速搅拌，然后于常温条件下依次加入0.1份的全氟烷基醚醇胺盐型阴离子氟碳表面活性剂、1.5份聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.04份的过硫酸铵，最后再慢慢加入0.5份的所述稠化剂，待溶胀完全后，向烧杯中添加0.1份纯碱使pH值在7-9的范围内，然后加入0.4份的所述交联剂，反应持续至使配制成的压裂液具有良好地粘弹性，以玻璃棒能够挂起为宜。