CN107267133A - 一种复合压裂液稠化剂及其制备方法 - Google Patents

一种复合压裂液稠化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合压裂液稠化剂及其制备方法，属于油气田开发技术领域。本发明通过双氧水对黄原胶进行氧化，以及碳酸氢钠对黄原胶进行除杂提纯，同时形成孔隙，在N‑羟基琥珀酰亚胺的催化下，通过二甲基甲酰胺对提纯后的黄原胶进行酰胺化处理，随后在碱性条件，与环氧丙烷反应，引入羟丙基，增加剪切稳定性及耐温性能，最后以丙烯酰胺等为原料，过硫酸铵等作为助剂，合成聚丙烯酰胺包裹冷冻干燥物，在异丁基三乙氧基硅烷作用下形成三维网状结构的混合物，从而制得复合压裂液稠化剂，本发明制得的稠化剂具有优良的剪切稳定性、抗盐性能以及耐高温性能，添加到压裂液中，可提高压裂液粘度，同时能够大幅度提高压裂施工效果，具有广阔的应用前景。

Description

一种复合压裂液稠化剂及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种复合压裂液稠化剂及其制备方法，属于油气田开发技术领域。
背景技术
我国油田基本都已进入开采中后期，综合含水率上升，油层渗透率下降，对油井采取压裂造缝手段是改善油井渗透率，提高采油效率，增加产量的最可行手段，提高老油田产量的同时又不伤害油藏的最有效的方法是对地层采取压裂施工，而在众多压裂施工方法中，成本优势最大，技术最成熟的就是水基压裂施工技术。由于压裂施工的特性，压裂时所用的压裂液必须具有高的粘度、高的抗剪切性、高强的携沙性和破胶无残渣的环保性等特点。其中，高的粘度以便其造缝，只有高的粘度才能使裂缝达到所需的宽度和深度。而稠化剂作为压裂液的主剂，主要用来提高压裂液的粘度、降低压裂液滤失以及携带支撑剂。
目前使用的压裂液稠化剂有植物胶及其衍生物、纤维素衍生物、生物聚多糖、合成水溶性聚合物等，其中常用的有胍胶、羟丙基瓜胶、香豆胶等。然而，现有的这些压裂液稠化剂普遍存在剪切稳定性和抗盐性较差，同时稠化剂耐温能力不佳，在高温井段无法发挥出应有的使用效果的问题，导致其使用受限。
综上所述，开发一种具有优异耐温、抗盐及剪切稳定性的压裂液稠化剂具有重要的现实意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对传统的压裂液稠化剂存在剪切稳定性和抗盐性能较差，同时稠化剂耐温能力不佳，在高温井段无法发挥出应有的使用效果的缺陷，提供了一种复合压裂液稠化剂及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种复合压裂液稠化剂，由下列重量份数的原料组成：60～65份蒸馏水、35～40份丙烯酰胺、26～29份2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、19～22份添加颗粒、3～5份引发剂。
所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠按质量比1:1～2混合而成。
所述原料还包括0.5～0.9份异丁基三乙氧基硅烷。
所述添加颗粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）按质量比1:3，将黄原胶与双氧水在45～55℃，搅拌30～35min，再加入黄原胶质量5～7%的碳酸氢钠，继续搅拌5～8min后停止搅拌，静置1～2h；
（2）在静置结束后冷却至室温，加入无水乙醇直至无沉淀析出，停止加入无水乙醇，进行过滤，收集滤饼，使用无水乙醇洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼进行干燥，收集干燥物；
（3）将干燥物与正丁醇放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为70～75℃，保温预热30～35min，再向反应釜中分别加入二甲基甲酰胺及N-羟基琥珀酰亚胺，升温至90～95℃，搅拌反应7～9h；
（4）待反应结束后，冷却至50～55℃，并使用氢氧化钠溶液调节反应釜内物质pH至8.0～8.5，再向反应釜中加入二甲基甲酰胺质量3～5倍的环氧丙烷，搅拌反应19～22h；
（5）在搅拌反应结束后冷却至室温，进行出料，收集出料物，使用磷酸溶液调节出料物pH至中性，随后置于1～3℃中静置7～12h，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即可得添加颗粒。
所述步骤（3）中干燥物与正丁醇的质量比为9～11:6～8。
所述步骤（3）中二甲基甲酰胺的加入量为干燥物质量的6～9%，N-羟基琥珀酰亚胺为干燥物质量的0.7～0.9%。
一种复合压裂液稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比，首先取蒸馏水、丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、添加颗粒放入反应器中，设定温度为60～70℃，保温预热30～35min；
（2）再加入引发剂及异丁基三乙氧基硅烷，升温至75～80℃，以150r/min搅拌反应6～9h，冷却至室温，收集反应器中的物质，进行喷雾干燥，收集干燥物，粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即可得复合压裂液稠化剂。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过双氧水对黄原胶进行氧化处理，使用碳酸氢钠对黄原胶进行除杂提纯，同时形成孔隙，在N-羟基琥珀酰亚胺的催化下，通过二甲基甲酰胺对提纯后的黄原胶进行酰胺化处理，随后在碱性条件，与环氧丙烷反应，引入羟丙基，增加剪切稳定性及耐温性能，再以丙烯酰胺等为原料，通过引发剂等助剂，合成聚丙烯酰胺包裹冷冻干燥物，增加抗盐性能及耐温能力；
（2）本发明在合成聚丙烯酰胺包裹冷冻干燥物的过程中，通过添加异丁基三乙氧基硅烷作用下形成三维网状结构的混合物，进一步提高了稠化剂耐温能力；
（3）本发明制得的复合压裂液稠化剂耐温能力较好，在高温井段亦能够发挥出较好的使用效果，同时稠化剂的增粘效果较好，能有效提高压裂液粘度，改善压裂液施工性能；
（4）本发明制得的复合压裂液稠化剂具有较高的耐剪切性和抗盐性能，能满足高流量的压裂施工，具有较好的使用前景。
具体实施方式
添加颗粒的制备：
（1）按质量比1:3，将黄原胶与质量分数为3%双氧水放入容器中，对容器加热至45～55℃，以150r/min搅拌30～35min，再向容器中加入黄原胶质量5～7%的碳酸氢钠，继续搅拌5～8min后停止搅拌，静置1～2h；
（2）在静置结束后，自然冷却至室温，向容器中加入无水乙醇直至无沉淀析出，再对容器中混合物进行过滤，收集滤饼，并使用滤液体积3～5倍的无水乙醇洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼放入70℃烘箱中干燥3～5h，收集干燥物；
（3）将干燥物与正丁醇按质量比9～11:6～8放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为70～75℃，保温预热30～35min，再向反应釜中分别加入干燥物质量6～9%的二甲基甲酰胺及干燥物质量0.7～0.9%的N-羟基琥珀酰亚胺，升温至90～95℃，以200r/min搅拌反应7～9h；
（4）待反应结束后，自然冷却至50～55℃，并使用质量分数为25%氢氧化钠溶液调节反应釜内物质pH至8.0～8.5，再向反应釜中加入上述二甲基甲酰胺质量3～5倍的环氧丙烷，搅拌反应19～22h；
（5）在搅拌反应结束后，自然冷却至室温，进行出料，收集出料物，使用质量分数为30%磷酸溶液调节出料物pH至中性，随后置于1～3℃冷藏室中静置7～12h，再放入液氮冷冻机中冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即可得添加颗粒。
复合压裂液稠化剂，由下列重量份数的原料组成：60～65份蒸馏水、35～40份丙烯酰胺、26～29份2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、19～22份添加颗粒、3～5份引发剂。
原料还包括0.5～0.9份异丁基三乙氧基硅烷。
复合压裂液稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比，首先取蒸馏水、丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、添加颗粒放入反应器中，设定温度为60～70℃，保温预热30～35min；
（2）再加入引发剂及异丁基三乙氧基硅烷，升温至75～80℃，以150r/min搅拌反应6～9h，冷却至室温，收集反应器中的物质，进行喷雾干燥，收集干燥物，粉碎，200目筛，收集过筛颗粒，即可得复合压裂液稠化剂。
实例1
添加颗粒的制备：
（1）按质量比1:3，将黄原胶与质量分数为3%双氧水放入容器中，对容器加热至45℃，以150r/min搅拌30min，再向容器中加入黄原胶质量5%的碳酸氢钠，继续搅拌5min后停止搅拌，静置1h；
（2）在静置结束后，自然冷却至室温，向容器中加入无水乙醇直至无沉淀析出，再对容器中混合物进行过滤，收集滤饼，并使用滤液体积3倍的无水乙醇洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼放入70℃烘箱中干燥3h，收集干燥物；
（3）将干燥物与正丁醇按质量比9:8放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为70℃，保温预热30min，再向反应釜中分别加入干燥物质量6%的二甲基甲酰胺及干燥物质量0.7%的N-羟基琥珀酰亚胺，升温至90℃，以200r/min搅拌反应7h；
（4）待反应结束后，自然冷却至50℃，并使用质量分数为25%氢氧化钠溶液调节反应釜内物质pH至8.0，再向反应釜中加入上述二甲基甲酰胺质量3倍的环氧丙烷，搅拌反应19h；
（5）在搅拌反应结束后，自然冷却至室温，进行出料，收集出料物，使用质量分数为30%磷酸溶液调节出料物pH至中性，随后置于1℃冷藏室中静置7h，再放入液氮冷冻机中冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即可得添加颗粒。
复合压裂液稠化剂，由下列重量份数的原料组成：60份蒸馏水、35份丙烯酰胺、26份2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、19份添加颗粒、3份引发剂。
复合压裂液稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比，首先取蒸馏水、丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、添加颗粒放入反应器中，设定温度为60℃，保温预热30min；
（2）再加入引发剂及异丁基三乙氧基硅烷，升温至75℃，以150r/min搅拌反应6h，冷却至室温，收集反应器中的物质，进行喷雾干燥，收集干燥物，粉碎，200目筛，收集过筛颗粒，即可得复合压裂液稠化剂。
实例2
添加颗粒的制备：
（1）按质量比1:3，将黄原胶与质量分数为3%双氧水放入容器中，对容器加热至45℃，以150r/min搅拌30min，再向容器中加入黄原胶质量5%的碳酸氢钠，继续搅拌5min后停止搅拌，静置1h；
（2）在静置结束后，自然冷却至室温，向容器中加入无水乙醇直至无沉淀析出，再对容器中混合物进行过滤，收集滤饼，并使用滤液体积3倍的无水乙醇洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼放入70℃烘箱中干燥3h，收集干燥物；
（3）将干燥物与正丁醇按质量比9:8放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为70℃，保温预热30min，再向反应釜中分别加入干燥物质量6%的二甲基甲酰胺及干燥物质量0.7%的N-羟基琥珀酰亚胺，升温至90℃，以200r/min搅拌反应7h；
（4）待反应结束后，自然冷却至50℃，并使用质量分数为25%氢氧化钠溶液调节反应釜内物质pH至8.0，再向反应釜中加入上述二甲基甲酰胺质量3倍的环氧丙烷，搅拌反应19h；
（5）在搅拌反应结束后，自然冷却至室温，进行出料，收集出料物，使用质量分数为30%磷酸溶液调节出料物pH至中性，随后置于1℃冷藏室中静置7h，再放入液氮冷冻机中冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即可得添加颗粒。
复合压裂液稠化剂，由下列重量份数的原料组成：60份蒸馏水、35份丙烯酰胺、26份2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、19份添加颗粒、3份引发剂。
原料还包括0.5份异丁基三乙氧基硅烷。
复合压裂液稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比，首先取蒸馏水、丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、添加颗粒放入反应器中，设定温度为60℃，保温预热30min；
（2）再加入引发剂及异丁基三乙氧基硅烷，升温至75℃，以150r/min搅拌反应6h，冷却至室温，收集反应器中的物质，进行喷雾干燥，收集干燥物，粉碎，200目筛，收集过筛颗粒，即可得复合压裂液稠化剂。
实例3
添加颗粒的制备：
（1）按质量比1:3，将黄原胶与质量分数为3%双氧水放入容器中，对容器加热至45℃，以150r/min搅拌30min，再向容器中加入黄原胶质量5%的碳酸氢钠，继续搅拌5min后停止搅拌，静置1h；
（2）在静置结束后，自然冷却至室温，向容器中加入无水乙醇直至无沉淀析出，再对容器中混合物进行过滤，收集滤饼，并使用滤液体积3倍的无水乙醇洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼放入70℃烘箱中干燥3h，收集干燥物；
（3）将干燥物与正丁醇按质量比9:8放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为70℃，保温预热30min，再向反应釜中分别加入干燥物质量6%的二甲基甲酰胺及干燥物质量0.7%的N-羟基琥珀酰亚胺，升温至90℃，以200r/min搅拌反应7h；
（4）待反应结束后，自然冷却至50℃，并使用质量分数为25%氢氧化钠溶液调节反应釜内物质pH至8.0，再向反应釜中加入上述二甲基甲酰胺质量3倍的环氧丙烷，搅拌反应19h；
（5）在搅拌反应结束后，自然冷却至室温，进行出料，收集出料物，使用质量分数为30%磷酸溶液调节出料物pH至中性，随后置于1℃冷藏室中静置7h，再放入液氮冷冻机中冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即可得添加颗粒。
复合压裂液稠化剂，由下列重量份数的原料组成：60份蒸馏水、35份丙烯酰胺、26份2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、19份添加颗粒、3份引发剂。
原料还包括0.9份异丁基三乙氧基硅烷。
复合压裂液稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比，首先取蒸馏水、丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、添加颗粒放入反应器中，设定温度为60℃，保温预热30min；
（2）再加入引发剂及异丁基三乙氧基硅烷，升温至75℃，以150r/min搅拌反应6h，冷却至室温，收集反应器中的物质，进行喷雾干燥，收集干燥物，粉碎，200目筛，收集过筛颗粒，即可得复合压裂液稠化剂。
分别对实例1～3制得的复合压裂液稠化剂和胍胶类稠化剂（对比例）进行性能检测，其检测结果如下表：
从上表可以看出，本发明制得的复合压裂液稠化剂具有较好的剪切稳定性和耐温性能，完全满足高温深井低渗油气藏的压裂施工条件，值得推广应用。

Claims (7)

1.一种复合压裂液稠化剂，由下列重量份数的原料组成：60～65份蒸馏水、35～40份丙烯酰胺、26～29份2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、19～22份添加颗粒、3～5份引发剂。
2.根据权利要求1所述的一种复合压裂液稠化剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠按质量比1:1～2混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种复合压裂液稠化剂，其特征在于：所述原料还包括0.5～0.9份异丁基三乙氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的一种复合压裂液稠化剂，其特征在于：所述添加颗粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）按质量比1:3，将黄原胶与双氧水在45～55℃，搅拌30～35min，再加入黄原胶质量5～7%的碳酸氢钠，继续搅拌5～8min后停止搅拌，静置1～2h；
（2）在静置结束后冷却至室温，加入无水乙醇直至无沉淀析出，停止加入无水乙醇，进行过滤，收集滤饼，使用无水乙醇洗涤滤饼，将洗涤后的滤饼进行干燥，收集干燥物；
（3）将干燥物与正丁醇放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为70～75℃，保温预热30～35min，再向反应釜中分别加入二甲基甲酰胺及N-羟基琥珀酰亚胺，升温至90～95℃，搅拌反应7～9h；
（4）待反应结束后，冷却至50～55℃，并使用氢氧化钠溶液调节反应釜内物质pH至8.0～8.5，再向反应釜中加入二甲基甲酰胺质量3～5倍的环氧丙烷，搅拌反应19～22h；
（5）在搅拌反应结束后冷却至室温，进行出料，收集出料物，使用磷酸溶液调节出料物pH至中性，随后置于1～3℃中静置7～12h，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即可得添加颗粒。
5.根据权利要求4所述的一种复合压裂液稠化剂，其特征在于：所述步骤（3）中干燥物与正丁醇的质量比为9～11:6～8。
6.根据权利要求4所述的一种复合压裂液稠化剂，其特征在于：所述步骤（3）中二甲基甲酰胺的加入量为干燥物质量的6～9%，N-羟基琥珀酰亚胺为干燥物质量的0.7～0.9%。
7.一种如权利要求1所述的复合压裂液稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比，首先取蒸馏水、丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、添加颗粒放入反应器中，设定温度为60～70℃，保温预热30～35min；
（2）再加入引发剂及异丁基三乙氧基硅烷，升温至75～80℃，以150r/min搅拌反应6～9h，冷却至室温，收集反应器中的物质，进行喷雾干燥，收集干燥物，粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即可得复合压裂液稠化剂。
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