CN111320977A - 一种超分子多元共聚物型清洁滑溜水 - Google Patents

一种超分子多元共聚物型清洁滑溜水 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超分子多元共聚物型清洁滑溜水，由下述组分按质量百分比组成：超分子活性聚合物0.05‑0.15％；水98.85‑99.95％，其中超分子活性聚合物的分子式如下：

Description

一种超分子多元共聚物型清洁滑溜水
技术领域
本发明涉及一种超分子多元共聚物型清洁滑溜水，属于油田压裂技术领域。
背景技术
目前，国内油田水力压裂施工基本上采用的是高分子压裂液体技术，即水基聚合物压裂液所应用的胍尔胶及其衍生物。由于它具有较好的流变控制特性，在压裂液方面已应用了很多年。其具有抗剪切性好、热稳定性好、控制滤失能力强等诸多优点，在国内外使用普遍。然而，和其它众多的水基压裂液一样，羟丙基胍尔胶(HPGF)仍具有不可避免的缺陷：一是不能快速溶胀和水合，溶解速度慢，难以解决施工规模及快速破胶返排对压裂液性能要求之间的矛盾；二是植物胶压裂液破胶后往往残渣较多，容易对裂缝的充填层堵塞，造成二次伤害，使压裂效果受到影响；三是植物胶纤维素等天然高分子耐温性较差，易生物降解，只能现配现用，且原料依赖进口，这在很大程度上限制了其应用。
作为传统压裂液的突破，1997年，Ani-Agip与斯伦贝谢公司的专家联合开发出了表面活性剂组成的压裂液(Viscoelastic surfactant frcfluid)，简称VES。此后，该压裂液体系得到了不断的丰富和发展。截止2002年，国外石油公司使用VES压裂液已成功地进行了2400井次的压裂作业。VES清洁压裂液体系中不含高分子聚合物，其增稠性能是由特殊的表面活性剂分子和助剂来实现的，表面活性剂分子具有一定的自聚化倾向，以尽可能将其非极性部分与水隔离开来。形成的这种胶束结构通常为小球状或长棒状。然而，当溶解在盐水中时，一些特定结构的(如含长链烃基结构的季铵盐阳离子型)表面活性剂分子，能够形成一种类似于高分子线团结构的胶束，完全不同于常规的球状或棒状结构。这种胶束的网络结构具有一定的抗扭曲能力，从而赋予液体较高的粘度而作为压裂液使用。当有机物质溶解到这种胶束结构核心时，最终会导致胶束结构的破坏，将原来的网络结构转变为球状结构而降低其粘度。利用这一点，生产井的产出液(如油或气)就会大大降低这种VES液体粘度，而不必添加破胶剂；此外，VES压裂液在地层盐水的稀释作用下也会自行破胶化水。降粘后的体系为表面活性剂的小分子溶液，粘度与水大致相同，易于返排而不会造成固相残留。但这种清洁压裂液的缺点是耐高温性能较差，一般只能满足80℃以下井类施工。在地层滤失严重，另外成本较高，因而也限制了其广泛应用。有些清洁压裂液短时间可抗150℃，但长时间剪切后稳定性变差。另外还存在用量大，成本高的缺陷，很难推广。因此，开发新型的低成本耐高温的清洁压裂液已势在必行。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种超分子多元共聚物型清洁压裂液，具有耐高温，安全，环保的特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种超分子多元共聚物型清洁压裂液，由下述组分按质量百分比组成：
超分子活性聚合物 0.05-0.15％
水 98.85-99.95％
其中超分子活性聚合物的分子式如下：
Figure BSA0000189703330000021
其中，R为C13-C21的直链或支链烷基，n为3-6的整数，p为2-4的整数。
作为优选，所述超分子活性聚合物由下述步骤获得：
1)准确称取30-45克丙烯酰胺、5-10克N-乙烯吡咯烷酮、1-2克丙烯酸十六烷基酯、2-3克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和0.5-1克十二烷基苯磺酸钠加入200克蒸馏水中，溶解备用；
2)准确称取0.1-0.2克过硫酸铵，加入25克蒸馏水中，溶解备用；
3)将步骤1)中配好的溶液加入三口烧瓶中，放入水锅中保温50℃，并搅拌；
4)将步骤2)配好的溶液加入滴液漏斗中，插入三口烧瓶，慢慢滴加到三口烧瓶中，时间控制在1小时；滴加完毕后，继续保温在50℃反应8-10小时；
5)将制备的产物用乙醚进行多次洗涤后，进行干燥得到黄色粉末，即为超分子活性聚合物干粉。
作为优选，所述交联剂为三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂。
作为优选，所述三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂通过如下步骤获得：
1)在200克异丙醇溶剂中加入20-25克山梨醇，在10-30℃下搅拌滴加2-3克四氯化钛10-50分钟，在温度10-40℃下搅拌通入氨气90-200分钟，过滤除去氯化铵，滤液经蒸馏、精制得钛酸多元醇酯送螯合反应工序，脱除的异丙醇送回反应器循环使用；
2)以8-10克三乙醇胺类化合物为螯合剂，搅拌下加入钛酸多元醇酯，在80-120℃下反应30-90分钟，经蒸馏、精制得三乙醇胺钛酸多元醇酯，回收异丙醇送酯化反应器循环使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、低伤害。稠化剂为低分子量的聚合物，地层条件下，滤饼吸收矿物质后自行破坏、降粘，恢复为清洁的低粘流体而得以清除，为侵入地层深部液体的返排提供了通道；水不溶物含量和破胶后的残渣低，可降低对地层的伤害。
2、高增粘。由于在聚合物分子中引入了长链疏水基及环状亲水基，分子之间的缠绕效应增强，加上分子间阴阳离子的相互作用及分子间的超分子聚集作用，形成具有类似于交联聚合物的空间网络结构，因而具有较好的增粘作用，在用量较低的情况下能达到较高的粘度，能满足压裂的要求。
3、超悬浮。由于压裂液体系的粘度较高，切压裂液流变性能受温度影响小，施工过程中压裂液粘度变化平缓，压裂液携砂稳定，使油层裂缝内铺砂均匀，形成的裂缝导流能力高。
4、抗剪切。由于在聚合物分子中引入了阴、非、阳三种离子基团，使得体系在全剪切过程中内粘度变化平缓，流变曲线无突起，而且粘度保持较高，有利于裂缝高度的控制，实现油层长穿透，形成长裂缝。
5、耐高温。由于在聚合物分子中引入了长链基团及环状基团，使得压裂液的耐温性明显增强，即使在180℃下还能保持较高粘度。
6、低摩阻。由于压裂液体系无交联，所以水溶液属于可逆结构，在管道中流动的阻力低，易于压力传递，容易泵送。
7、易返排。由于分子结构中含有活性基团，该压裂液破胶后能快速降粘，破胶液表面张力低，容易返排。
8、低成本。该压裂液增稠剂用量少，不需要添加其他助剂，总成本为胍胶压裂液的70％左右。
9、易施工。该压裂液添加剂品种少，用量低，溶解速度快，易于配置，施工方便。
10、安全环保。该压裂液中添加剂品种及用量少，返排液易处理，不会造成环境污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例1
一种超分子多元共聚物型清洁压裂液，由下述组分按相应的质量百分比组成：
超分子活性聚合物 0.05％
水 99.95％
其中，超分子活性聚合物的分子式如下：
Figure BSA0000189703330000051
式中，R为C13-C21的直链或支链烷基，n为3-6的整数，p为2-4的整数。
本实施例中超分子活性聚合物由下述步骤获得：
1)准确称取30-45克丙烯酰胺、5-10克N-乙烯吡咯烷酮、1-2克丙烯酸十六烷基酯、2-3克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和0.5-1克十二烷基苯磺酸钠加入200克蒸馏水中，溶解备用；
2)准确称取0.1-0.2克过硫酸铵，加入25克蒸馏水中，溶解备用；
3)将步骤1)中配好的溶液加入三口烧瓶中，放入水锅中保温50℃，并搅拌；
4)将步骤2)配好的溶液加入滴液漏斗中，插入三口烧瓶，慢慢滴加到三口烧瓶中，时间控制在1小时；滴加完毕后，继续保温在50℃反应8-10小时；
5)将制备的产物用乙醚进行多次洗涤后，进行干燥得到黄色粉末，即为超分子活性聚合物干粉。
该种方法的优点是合成工艺简单，产品纯度高，用量少，降低成本。
本实施例中交联剂采用三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂。
本实施例中三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂通过如下步骤获得：
1)在200克异丙醇溶剂中加入20-25克山梨醇，在10-30℃下搅拌滴加2-3克四氯化钛10-50分钟，在温度10-40℃下搅拌通入氨气90-200分钟，过滤除去氯化铵，滤液经蒸馏、精制得钛酸多元醇酯送螯合反应工序，脱除的异丙醇送回反应器循环使用；
2)以8-10克三乙醇胺类化合物为螯合剂，搅拌下加入钛酸多元醇酯，在80-120℃下反应30-90分钟，经蒸馏、精制得三乙醇胺钛酸多元醇酯，回收异丙醇送酯化反应器循环使用。
该种方法的优点是工艺简单，溶剂可以循环利用，经济环保。
本实施例所得压裂液在90℃下进行性能测试，结果见表1：
表1
序号 项目 结果 备注
1 外观 无色粘稠液体
2 PH值 7.0-8.0
3 基液表观粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>，) 6.0
4 携砂沉降速率(mm/s) 1.5
5 破胶后粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>) 2.8
6 残渣(mg/L) 0
7 破胶液表面张力(mN/m) 23.6
8 岩心伤害率，％ 8.98
9 降阻率，％ 75
实施例2：
一种超分子多元共聚物型清洁压裂液，由下述组分按相应的质量百分比组成：
超分子活性聚合物 0.1％
水 99.9％
其中，超分子活性聚合物的分子式如下：
Figure BSA0000189703330000061
式中，R为C13-C21的直链或支链烷基，n为3-6的整数，p为2-4的整数。
本实施例中超分子活性聚合物由下述步骤获得：
1)准确称取30-45克丙烯酰胺、5-10克N-乙烯吡咯烷酮、1-2克丙烯酸十六烷基酯、2-3克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和0.5-1克十二烷基苯磺酸钠加入200克蒸馏水中，溶解备用；
2)准确称取0.1-0.2克过硫酸铵，加入25克蒸馏水中，溶解备用；
3)将步骤1)中配好的溶液加入三口烧瓶中，放入水锅中保温50℃，并搅拌；
4)将步骤2)配好的溶液加入滴液漏斗中，插入三口烧瓶，慢慢滴加到三口烧瓶中，时间控制在1小时；滴加完毕后，继续保温在50℃反应8-10小时；
5)将制备的产物用乙醚进行多次洗涤后，进行干燥得到黄色粉末，即为超分子活性聚合物干粉。
本实施例中交联剂采用三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂。
本实施例中三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂通过如下步骤获得：
1)在200克异丙醇溶剂中加入20-25克山梨醇，在10-30℃下搅拌滴加2-3克四氯化钛10-50分钟，在温度10-40℃下搅拌通入氨气90-200分钟，过滤除去氯化铵，滤液经蒸馏、精制得钛酸多元醇酯送螯合反应工序，脱除的异丙醇送回反应器循环使用；
2)以8-10克三乙醇胺类化合物为螯合剂，搅拌下加入钛酸多元醇酯，在80-120℃下反应30-90分钟，经蒸馏、精制得三乙醇胺钛酸多元醇酯，回收异丙醇送酯化反应器循环使用。
本实施例所得滑溜水进行性能测试，结果见表2：
表2
Figure BSA0000189703330000071
Figure BSA0000189703330000081
实施例3：
一种超分子多元共聚物型清洁压裂液，由下述组分按相应的质量百分比组成：
超分子活性聚合物 0.15％
水 98.85％
其中，超分子活性聚合物的分子式如下：
Figure BSA0000189703330000082
式中，R为C13-C21的直链或支链烷基，n为3-6的整数，p为2-4的整数。
本实施例中超分子活性聚合物由下述步骤获得：
1)准确称取30-45克丙烯酰胺、5-10克N-乙烯吡咯烷酮、1-2克丙烯酸十六烷基酯、2-3克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和0.5-1克十二烷基苯磺酸钠加入200克蒸馏水中，溶解备用；
2)准确称取0.1-0.2克过硫酸铵，加入25克蒸馏水中，溶解备用；
3)将步骤1)中配好的溶液加入三口烧瓶中，放入水锅中保温50℃，并搅拌；
4)将步骤2)配好的溶液加入滴液漏斗中，插入三口烧瓶，慢慢滴加到三口烧瓶中，时间控制在1小时；滴加完毕后，继续保温在50℃反应8-10小时；
5)将制备的产物用乙醚进行多次洗涤后，进行干燥得到黄色粉末，即为超分子活性聚合物干粉。
本实施例中交联剂采用三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂。
本实施例中三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂通过如下步骤获得：
1)在200克异丙醇溶剂中加入20-25克山梨醇，在10-30℃下搅拌滴加2-3克四氯化钛10-50分钟，在温度10-40℃下搅拌通入氨气90-200分钟，过滤除去氯化铵，滤液经蒸馏、精制得钛酸多元醇酯送螯合反应工序，脱除的异丙醇送回反应器循环使用；
2)以8-10克三乙醇胺类化合物为螯合剂，搅拌下加入钛酸多元醇酯，在80-120℃下反应30-90分钟，经蒸馏、精制得三乙醇胺钛酸多元醇酯，回收异丙醇送酯化反应器循环使用。
本实施例所得滑溜水进行性能测试，结果见表3：
表3
序号 项目 结果 备注
1 外观 无色粘稠液体
2 PH值 7.0-8.0
3 基液表观粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>，) 21
4 携砂沉降速率(mm/s) 0.1
5 破胶后粘度(mPa.s，170s<sup>-1</sup>) 2.4
6 残渣(mg/L) 0
7 破胶液表面张力(mN/m) 23.1
8 岩心伤害率，％ 9.48
9 降阻率，％ 72.8
本发明的超分子聚合物型清洁滑溜水压裂液同常规瓜胶压裂液及表面活性剂型清洁压裂液相比，具有明显的优势。
表4.超分子聚合物清洁压裂液体系与传统压裂液体系性能对比表
Figure BSA0000189703330000091
Figure BSA0000189703330000101
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种超分子多元共聚物型清洁滑溜水，由下述组分按质量百分比组成：
超分子活性聚合物 0.05-0.15％
水 98.85-99.95％
其中超分子活性聚合物的分子式如下：
Figure FSA0000189703320000011
其中，R为C13-C21的直链或支链烷基，n为3-6的整数，p为2-4的整数。
2.作为优选，所述超分子活性聚合物由下述步骤获得：
1)准确称取30-45克丙烯酰胺、5-10克N-乙烯吡咯烷酮、1-2克丙烯酸十六烷基酯、2-3克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和0.5-1克十二烷基苯磺酸钠加入200克蒸馏水中，溶解备用；
2)准确称取0.1-0.2克过硫酸铵，加入25克蒸馏水中，溶解备用；
3)将步骤1)中配好的溶液加入三口烧瓶中，放入水锅中保温50℃，并搅拌；
4)将步骤2)配好的溶液加入滴液漏斗中，插入三口烧瓶，慢慢滴加到三口烧瓶中，时间控制在1小时；滴加完毕后，继续保温在50℃反应8-10小时；
5)将制备的产物用乙醚进行多次洗涤后，进行干燥得到黄色粉末，即为超分子活性聚合物干粉。
3.作为优选，所述交联剂为三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂。
4.作为优选，所述三乙醇胺钛酸多元醇酯交联剂通过如下步骤获得：
1)在200克异丙醇溶剂中加入20-25克山梨醇，在10-30℃下搅拌滴加2-3克四氯化钛10-50分钟，在温度10-40℃下搅拌通入氨气90-200分钟，过滤除去氯化铵，滤液经蒸馏、精制得钛酸多元醇酯送螯合反应工序，脱除的异丙醇送回反应器循环使用；
2)以8-10克三乙醇胺类化合物为螯合剂，搅拌下加入钛酸多元醇酯，在80-120℃下反应30-90分钟，经蒸馏、精制得三乙醇胺钛酸多元醇酯，回收异丙醇送酯化反应器循环使用。
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