CN110437817A - 一种多功能乳液型耐盐压裂液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油气藏压裂改造技术领域，更具体地涉及一种多功能乳液型耐盐压裂液及其制备方法。本发明所述多功能乳液型耐盐压裂液包括以下重量份的原料：乳液减阻剂0.1‑2、助排剂0.1‑0.3、粘土稳定剂0.2‑0.5、交联剂0‑0.6、聚合物破坏剂0‑0.08、聚合物破坏助剂0‑0.08、水100，所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物。本发明通过乳液减阻剂与各组分协同获得具有耐温性、耐盐性、耐剪切性、防膨性等综合性能优异的压裂液，能够满足储层的不同需求。

Description

一种多功能乳液型耐盐压裂液及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气藏压裂改造技术领域，更具体地涉及一种功能可交联乳液型耐盐压裂液及其制备方法。
背景技术
目前，国内外主要采用滑溜水、线性胶以及冻胶压裂液形成的混合压裂液进行体积压裂。其中，滑溜水压裂液的应用最为广泛，能大幅度降低压裂施工的摩阻及施工压力，从而改善压裂改造的效果。减阻剂是滑溜水的核心添加剂，常用的减阻剂在形态上可分为粉末和乳液两种。
目前国内的粉末减阻剂已经实现了变粘压裂施工，即滑溜水、线性胶及冻胶采用同一种化学粉剂配制，并在现场进行了一系列的应用；但在实际压裂施工中，粉末减阻剂存在配液复杂、对设备要求高、破胶不彻底等诸多缺点，不仅影响了压裂效果而且增大了压裂成本。而相对于粉末减阻剂，乳液减阻剂可实现在线混配，极大简化配液工艺，同时能够减少储液罐用量、井场占地面积及蓄水池容积，从而达到降本增效目的。
然而随着非常规油气藏改造穿行层位越来越复杂，针对该类井对应的压裂液种类需求多。目前市面上的乳液减阻剂很难同时满足耐温、耐盐、高减阻、可交联等性能，且功能单一，无法满足储层的不同需求。中国专利公开号为CN103589416B提出一种适用于致密油气藏的低摩阻可回收滑溜水压裂液，其包括0.06-0.25％水溶性减阻剂、0.2-0.5％破乳助排剂以及0.5％粘土稳定剂，所述滑溜水压裂液为反相微乳液。该专利所述压裂液具有粘度低，破胶彻底，返排容易，防膨性能好，摩阻低等特点，减阻效果明显，但仍然无法满足储层对耐温性、耐盐性、可交联性等方面的需求。故，现有技术具有较大的改进空间。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提出一种多功能乳液型耐盐压裂液及其制备方法，通过乳液减阻剂与各组分协同获得具有耐温性、耐盐性、耐剪切性、防膨性等综合性能优异的压裂液，能够满足储层的不同需求。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种多功能乳液型耐盐压裂液，包括以下重量份的组分：乳液减阻剂0.1-2、助排剂0.1-0.3、粘土稳定剂0.2-0.5、交联剂0-0.6、聚合物破坏剂0-0.08、聚合物破坏助剂0-0.08、水100，所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物。
根据以上方案，所述超支化两性聚丙烯酰胺为以复合乳化剂、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、正硅酸乙酯为原料，以耐热型脂肪族超支化聚酯为支化剂，以硝酸铈铵为引发剂，发生自由基聚合反应，再加入磺酸抗盐单体及引发剂硝酸铈铵，通过原位聚合反应制备而成。
所述超支化两性聚丙烯酰胺的制备方法为：将一定量的乳化剂Span-80、乳化剂Span-60、乳化剂OP-10和溶剂Isopar M加入装有电动搅拌器、温度计和冷凝回流装置的反应容器中，搅拌使其完全溶解；在40-65℃恒温水浴条件下，加入一定质量丙烯酰胺、去离子水以耐热型脂肪族超支化聚酯，通N2条件下急速搅拌30min；滴加硝酸铈铵，继续恒温搅拌1h后滴加丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；随后加入50％NaOH溶液调节PH＝7-8，反应1.5h后，升温至70-90℃，加入正硅酸乙酯；反应1h后，滴加磺酸抗盐单体和硝酸铈铵，恒温反应5-6h，冷却至室温，得到乳白色乳液状减阻剂。
所述乳液减阻剂分子具有明显支化结构，同时分子间相互缠绕，形成强大的三维空间网状结构，可交联性强。此外由于其多支化的特殊结构，分子体积相对收缩，被剪断的机率更小，即耐剪切性更强；合成超支化两性聚丙烯酰胺衍生物过程中引入磺酸抗盐单体，提高了它的耐盐性，以适应各区块不同的水质矿化度。相对于常规的乳液降阻剂，它具有可交联、耐盐、耐温耐剪切等优点。
根据以上方案，所述交联剂包括有机铝交联剂、有机铬交联剂、有机硼锆交联剂。
根据以上方案，所述助排剂为由碳氢系表面活性剂与含氟表面活性剂复配而成的含氟助排剂。
根据以上方案，所述的粘土稳定剂为阳离子型粘土稳定剂与KCl或NH4Cl复合而成的复合型粘土稳定剂。
根据以上方案，所述聚合物破坏剂包括过氧化氢、过硫酸铵、重铬酸钾、过氧化苯甲酰。
根据以上方案，所述聚合物破坏剂助剂包括葡萄糖酸钠、碘化钾、六次甲基四胺、三乙醇胺。
所述聚合物破坏剂在一定温度下会分解出游离氧与本发明所述乳化减阻剂发生氧化降解反应，使乳化减阻剂的骨架断裂，并将其降解为水化小分子和胶态分散微凝胶，使压裂液黏度大幅度降低，当温度越高，该反应活性越强。而添加聚合物破坏剂助剂可通过氧化还原反应促进聚合物破坏剂分解,使聚合物破坏剂在低温下也能快速、大量地生成自由基，释放游离氧，从而进一步降低氧化物质的活化能，加剧氧化降解反应，进而使压裂液在低温条件下彻底分解成水化小分子。因此调节聚合物破坏剂及聚合物破坏剂助剂的加量可以有效调节压裂液破胶时间。
压裂液的破胶是一个持续的过程，并不会由于压裂液黏度的降低而停止，并且该过程可能会产生大量引起支撑裂缝堵塞的水不溶物。由于破胶液的返排通常需要很长时间，破胶液在地层长时间滞留产生的不溶物对支撑裂缝导流能力造成极大的伤害。本发明所述的乳液型压裂液与聚合物破坏剂及聚合物破坏剂助剂完全反应后，降解成小分子水化物，残渣含量≤100mg/L，大大减少压裂液对底层的伤害。此外本发明所述助排剂能极大程度降低破胶液表面张力和界面张力，二者协同作用能有效促进破胶液的返排。
根据以上方案，所述多功能乳液型耐盐压裂液的制备方法为：按照配方称取原料组分；将水加入搅拌容器中，依次加入助排剂、粘土稳定剂，调节转速为1000-15000rad/min；在搅拌条件下，依次加入乳液减阻剂、交联剂，其中减阻剂在30s内添加完毕；搅拌30s后，依次加入聚合物破坏剂、聚合物破坏剂助剂，继续搅拌1min，即可。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物，其与常规乳液减阻剂相比分子结构更为复杂，减阻性能优异且可交联，通过实际需要搭配其他组分可获得滑溜水压裂液、线性胶压裂液、交联冻胶压裂液，实现一剂多用减少配液流程，有效降低施工成本；
2、本发明所述交联剂与乳液减阻剂搭配具有延迟交联的效果，可防止冻胶压裂液在压裂管柱中交联从而减少冻胶在压裂管柱中的粘度损失，有效降低管路摩阻，实现压裂液能量最大化利用；
3、本发明在压裂液中加入聚合物破坏剂，使压裂液在温度大于30℃条件下彻底破胶并顺利返排，同时通过调整聚合物破坏剂溶解度及用量，可有效控制破胶时间，具有性能稳定、破胶彻底、对储层伤害小等特点；
4、本发明的多功能可交联乳液型耐盐压裂液的耐盐性、耐温性、可延迟交联性等综合性能优异，能够满足储层的不同需求。
附图说明
图1是本发明实施例4所得交联冻胶压裂液在140℃、170S-1剪切速率下的流变曲线；
图2是本发明对比例4所得交联冻胶压裂液在140℃、170S-1剪切速率下的流变曲线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1
一种多功能乳液型耐盐压裂液，包括以下原料：乳液减阻剂0.4g、助排剂0.4g、粘土稳定剂0.8g、水400g；其中，所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物，所述助排剂为由碳氢系表面活性剂与含氟表面活性剂复配而成的含氟助排剂，所述粘土稳定剂为阳离子型粘土稳定剂与KCl或NH4Cl复合而成的复合型粘土稳定剂。
所述超支化两性聚丙烯酰胺的制备方法为：将一定量的乳化剂Span-80、乳化剂Span-60、乳化剂OP-10和溶剂Isopar M加入装有电动搅拌器、温度计和冷凝回流装置的反应容器中，搅拌使其完全溶解；在40-65℃恒温水浴条件下，加入一定质量丙烯酰胺、去离子水以耐热型脂肪族超支化聚酯，通N2条件下急速搅拌30min；滴加硝酸铈铵，继续恒温搅拌1h后滴加丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；随后加入50％NaOH溶液调节PH＝7-8，反应1.5h后，升温至70-90℃，加入正硅酸乙酯；反应1h后，滴加磺酸抗盐单体和硝酸铈铵，恒温反应5-6h，冷却至室温，得到乳白色乳液状减阻剂。
所述多功能乳液型耐盐压裂液的制备方法为：按照配方称取原料组分；将水加入搅拌容器中，依次加入助排剂、粘土稳定剂，调节转速为1000-15000rad/min；在搅拌条件下，30s内添加乳液减阻剂；搅拌30s后，依次加入聚合物破坏剂、聚合物破坏剂助剂，继续搅拌1min，即可。
实施例2
一种多功能乳液型耐盐压裂液，包括以下原料：乳液减阻剂2g、助排剂0.6g、粘土稳定剂1g、聚合物破坏剂0.024g、聚合物破坏助剂0.024g、水400g；其中，所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物，所述助排剂为由碳氢系表面活性剂与含氟表面活性剂复配而成的含氟助排剂，所述粘土稳定剂为阳离子型粘土稳定剂与KCl或NH4Cl复合而成的复合型粘土稳定剂；所述聚合物破坏剂为过氧化苯甲酰；所述聚合物破坏剂助剂为葡萄糖酸钠。
所述超支化两性聚丙烯酰胺的制备方法同实施例1。
所述多功能乳液型耐盐压裂液的制备方法为：按照配方称取原料组分；将水加入搅拌容器中，依次加入助排剂、粘土稳定剂，调节转速为1000-15000rad/min；在搅拌条件下，30s内添加乳液减阻剂；搅拌30s后，依次加入聚合物破坏剂、聚合物破坏剂助剂，继续搅拌1min，即可。
实施例3
一种多功能乳液型耐盐压裂液，包括以下原料：乳液减阻剂6g、助排剂1g、粘土稳定剂1.6g、聚合物破坏剂0.16g、聚合物破坏助剂0.16g、水400g；其中，所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物，所述助排剂为由碳氢系表面活性剂与含氟表面活性剂复配而成的含氟助排剂，所述粘土稳定剂为阳离子型粘土稳定剂与KCl或NH4Cl复合而成的复合型粘土稳定剂；所述聚合物破坏剂为重铬酸钾；所述聚合物破坏剂助剂为六次甲基四胺。
所述超支化两性聚丙烯酰胺的制备方法同实施例1。
所述多功能乳液型耐盐压裂液的制备方法同实施例2。
实施例4
一种多功能乳液型耐盐压裂液，包括以下原料：乳液减阻剂6g、助排剂0.8g、粘土稳定剂1.2g、交联剂1.2g、水400g；其中，所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物，所述助排剂为由碳氢系表面活性剂与含氟表面活性剂复配而成的含氟助排剂，所述粘土稳定剂为阳离子型粘土稳定剂与KCl或NH4Cl复合而成的复合型粘土稳定剂；所述交联剂为有机铝交联剂。
所述超支化两性聚丙烯酰胺的制备方法同实施例1。
所述多功能乳液型耐盐压裂液的制备方法为：按照配方称取原料组分；将水加入搅拌容器中，依次加入助排剂、粘土稳定剂，调节转速为1000-15000rad/min；在搅拌条件下，依次加入减阻剂、交联剂，其中减阻剂在30s内添加完毕，搅拌均匀即可得到成品。
实施例5
一种多功能乳液型耐盐压裂液，包括以下原料：乳液减阻剂8g、助排剂1.2g、粘土稳定剂2g、交联剂2.4g、聚合物破坏剂0.32g、聚合物破坏助剂0.32g、水400g；其中，所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物，所述助排剂为由碳氢系表面活性剂与含氟表面活性剂复配而成的含氟助排剂，所述粘土稳定剂为阳离子型粘土稳定剂与KCl或NH4Cl复合而成的复合型粘土稳定剂；所述聚合物破坏剂为过硫酸铵；所述聚合物破坏剂助剂为三乙醇胺；所述交联剂为有机硼锆交联剂。
所述超支化两性聚丙烯酰胺的制备方法同实施例1。
所述多功能乳液型耐盐压裂液的制备方法为：按照配方称取原料组分；将水加入搅拌容器中，依次加入助排剂、粘土稳定剂，调节转速为1000-15000rad/min；在搅拌条件下，依次加入减阻剂、交联剂，其中减阻剂在30s内添加完毕；搅拌30s后，依次加入聚合物破坏剂、聚合物破坏剂助剂，继续搅拌1min，即可。
对比例1
用NaCl及KCl配制总矿化度90000mg/L的盐水替换实施例1中的水，其余组分及制备方法同实施例1，得到对比例1的压裂液。
对比例2
用NaCl及KCl配制总矿化度90000mg/L的盐水替换实施例2中的水，其余组分及制备方法同实施例2，得到对比例2的压裂液。
对比例3
用NaCl及KCl配制总矿化度90000mg/L的盐水替换实施例3中的水，其余组分及制备方法同实施例3，得到对比例3的压裂液。
对比例4
用NaCl及KCl配制总矿化度90000mg/L的盐水替换实施例4中的水，其余组分及制备方法同实施例4，得到对比例4的压裂液。
对比例5
用NaCl及KCl配制总矿化度90000mg/L的盐水替换实施例5中的水，其余组分及制备方法同实施例5，得到对比例5的压裂液。
将实施例1-5所得压裂液进行性能测试，结果如下表1；将对比例1-5所得压裂液进行性能测试，结果如下表2。
表1
表2
其中，表1、表2中的性能测试温度为25℃。
从表1-2可见：
1、从实施例1-5的初始粘度数据可见，通过调整乳液减阻剂的添加量及与其他组分的搭配，可获得不同粘度的压裂液，其增粘效果好，分别得到滑溜水压裂液、线性胶压裂液、交联冻胶压裂液，可实现一剂多用，有利于减少配液流程及降低施工成本；
2、从实施例4和对比例4的初始粘度数据与静置后的粘度数据对比可知，压裂液具有延迟交联的特性；
3、实施例1-5的性能数据分别与对比例1-5对比可见，压裂液的粘度虽然普遍降低，但其粘度保持率均＞62％，由此可见，本发明所述压裂液耐盐性良好，可抗矿化度90000mg/L；
4、本发明所述助排剂耐盐性良好，当矿化度为0或90000mg/L的条件下，所述压裂液均具有较低的表面张力有助于压后返排，有效提高返排率；
5、本发明所述粘土稳定剂与压裂液体系配伍性良好，防膨率＞80％，且在90000mg·L-1矿化度条件下，防膨性能未受影响，可见其具有良好的耐盐性、防膨性。
6、本发明所添加聚合物破坏剂及聚合物破坏剂助剂具有较强的降解功能，使得降解后压裂液的粘度小且降解时间≤4h，有利于返排和降低对储层的伤害。
将实施例4所得交联冻胶压裂液进行耐温耐剪切性能测试，得到140℃温度条件下，170S-1剪切速率下，剪切60min粘度随时间变化曲线图，如图1。从图1可见，压裂液初始粘度为51.6mPa.s，随着温度升高及时间延长，t＝24min时，粘度上升至175.4mPa.s，粘度呈现明显缓慢上升的趋势，表现出强烈的延迟交联特征；且在140℃条件下剪切60min后压裂液粘度＞130mPa.s。因此本发明所得压裂液的延迟交联性、耐温耐剪切性能良好。
将对比例4所得交联冻胶压裂液进行耐温耐剪切性能测试，得到140℃温度条件下，170S-1剪切速率下，剪切60min粘度随时间变化曲线图，如图2。从图2可见，压裂液初始粘度为33.03mPa.s，随着温度升高及时间延长，t＝45min时，粘度上升至98.5mPa.s，粘度呈现明显缓慢上升的趋势，表现出强烈的延迟交联特征；且140℃条件下剪切60min后压裂液粘度≥60mPa.s。因此本发明所得压裂液的延迟交联性、耐盐性、耐温耐剪切性能良好。
综上所述，本发明所述多功能可交联乳液型耐盐压裂液的耐盐性、耐温性、耐剪切性能、延迟交联性、防膨性等综合性能优异，能够满足储层的不同需求。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种多功能乳液型耐盐压裂液，其特征在于，包括以下重量份的原料：乳液减阻剂0.1-2、助排剂0.1-0.3、粘土稳定剂0.2-0.5、交联剂0-0.6、聚合物破坏剂0-0.08、聚合物破坏助剂0-0.08、水100，所述乳液减阻剂为超支化两性聚丙烯酰胺及其衍生物。
2.根据权利要求1所述的多功能乳液型耐盐压裂液，其特征在于，所述超支化两性聚丙烯酰胺为以复合乳化剂、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、正硅酸乙酯为原料，以耐热型脂肪族超支化聚酯为支化剂，以硝酸铈铵为引发剂，并且在反应过程中加入磺酸抗盐单体，通过自由基聚合反应和原位聚合反应制备而成。
3.根据权利要求1所述的多功能乳液型耐盐压裂液，其特征在于，所述交联剂包括有机铝交联剂、有机铬交联剂、有机硼锆交联剂。
4.根据权利要求1所述的多功能乳液型耐盐压裂液，其特征在于，所述助排剂为由碳氢系表面活性剂与含氟表面活性剂复配而成的含氟助排剂。
5.根据权利要求1所述的多功能乳液型耐盐压裂液，其特征在于，所述的粘土稳定剂为阳离子型粘土稳定剂与KCl或NH4Cl复合而成的复合型粘土稳定剂。
6.根据权利要求1所述的多功能乳液型耐盐压裂液，其特征在于，所述聚合物破坏剂包括过氧化氢、过硫酸铵、重铬酸钾、过氧化苯甲酰。
7.根据权利要求1所述的多功能乳液型耐盐压裂液，其特征在于，所述聚合物破坏剂助剂包括葡萄糖酸钠、碘化钾、六次甲基四胺、三乙醇胺。
8.根据权利要求1-7任一项所述的多功能乳液型耐盐压裂液，其特征在于，其制备方法为：按照配方称取原料组分；将水加入搅拌容器中，依次加入助排剂、粘土稳定剂，调节转速为1000-15000rad/min；在搅拌条件下，依次加入乳液减阻剂、交联剂，其中减阻剂在30s内添加完毕；搅拌30s后，依次加入聚合物破坏剂、聚合物破坏剂助剂，继续搅拌1min，即可。
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