CN114058360B - 一种多功能悬浮浓缩压裂液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能悬浮浓缩压裂液及其制备方法。本发明悬浮浓缩压裂液按重量比计，包含以下组分：30～55%的改性聚丙烯酰胺，1～5%的助排表面活性剂，1～5%的增粘表面活性剂，1～5%的分散剂，40～60%的油相。本发明悬浮浓缩压裂液的制备方法是将上述组分按照一定顺序投加，并在转速为300r/min、温度为40℃条件下共搅拌2h制得。本发明悬浮浓缩压裂液兼具高效增粘、减阻、破乳助排、防膨、高砂比等多种功能，在油田压裂施工现场使用时无需配套加注破乳助排剂、粘土稳定剂等助剂，简化施工程序、降低成本、提高施工效率。

Description

一种多功能悬浮浓缩压裂液及其制备方法

技术领域

本发明涉及低渗油气资源压裂增产技术领域，更具体地说，涉及一种多功能悬浮浓缩压裂液及其制备方法。

背景技术

在油气田开发过程中，压裂施工已经成为改造储藏增加产量必不可少的一环。目前压裂施工工艺普遍为首先批量配制基液，将增稠剂干粉分散于水中，在一定时间内充分溶胀形成具有一定粘度的基液，之后将基液与交联剂、助排剂、粘土稳定剂等混合形成压裂液，进行压裂施工。与传统配液方法不同，连续混配技术是一种根据实时需要配置液体的方法，这种技术是将传统的先配液再施工的压裂技术改进为边配液边进行泵注的连续式压裂技术，能够实现实时配制流体，按照实时需要添加材料，最大程度减少材料的浪费，降低不必要的花费，可以克服传统配液方法易浪费、成本高、环境不友好的种种缺点。近年来新出现一种免混配压裂液技术，不需要交联剂，可通过实时提高稠化剂浓度的方式从低粘滑溜水转变成高粘线性胶压裂液，达到低粘减阻、中粘造缝、高粘携砂一剂多能的目的，无需混配装置，增稠剂与配水混合后无停留时间，直接通过泵送系统打入地层，在连续混配技术的基础上进一步降低人物力消耗，提高施工效率。

在连续混配以及免混配技术中，核心是泵送系统，泵送系统可以控制流体的体积，也无需添加额外的设备，泵送系统要求增稠剂以液体形式，也就是浓缩液的形式存在。目前，主要有乳液浓缩液和悬浮浓缩液两种浓缩压裂液产品，乳液浓缩液采用反相乳液聚合，可以在制备时引入特殊的官能团物质，并加入特殊的乳化剂，具备减阻、破乳助排、防膨等多种功能，无需配套使用破乳助排剂、粘土稳定剂等助剂，简化现场加药流程，CN105669895 A公开的多功能乳液型减阻剂与常规滑溜水体系相比，减阻率、表面张力和防膨体积都更低；CN 107964399 B公开的多功能纳米乳液减阻剂浓度为0.08~0.1%时，降阻率为76~77%，返排液表面张力22.78mN/m，CST比值1.0左右，防膨性能好；CN 108192587 B公开的多功能清洁减阻剂浓度为0.08~0.12%时，降阻率为76~77%，返排液表面张力24.1mN/m，CST比值0.671，防膨性能好；但乳液浓缩液制备时采用油包水的反相聚合方式，最终产品中含有大量水，因此固含量不高，CN 105669895 A公开的多功能乳液型减阻剂固含量低于15%，CN 107964399 B公开的多功能纳米乳液减阻剂固含量低于35%，CN 108192587 B公开的多功能清洁减阻剂固含量低于30%，而悬浮浓缩液采用将聚合物固体粉末均匀分散于油相的方法制备，产品固含量高，如CN 108659809 B和CN 110317600 A公开的悬浮浓缩液固含量均在40~50%。在同样的加药浓度下，悬浮浓缩液因固含量更高具有更好的增粘效果以及携砂能力，但因制备工艺简单，目前还没有具备减阻、破乳助排、防膨等多种功能的悬浮浓缩压裂液产品。

发明内容

本发明所要解决的技术难题是克服现有悬浮浓缩压裂液的缺陷，提供一种新型多功能悬浮浓缩压裂液及其制备方法，即在悬浮浓缩液较为简单的制备工艺基础上，通过引入具有特殊官能团的改性聚丙烯酰胺及具有增粘和破乳助排功能的表面活性剂，并与分散剂产生协同作用，使得制备的悬浮浓缩液兼具高固含、高效增粘、高砂比、减阻、破乳助排、防膨等多种功能。

为实现上述目的，采用了如下技术方案：

一种多功能悬浮浓缩压裂液，由下列组分按重量比配制而成：30～55%的改性聚丙烯酰胺，1～5%的助排表面活性剂，1～5%的增粘表面活性剂，1～5%的分散剂，40～60%的油相。

所述改性聚丙烯酰胺优选由主链单体A、增粘单体B以及防膨单体C进行聚合反应得到的共聚物；

所述主链单体A是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸中至少一种物质构成，添加量占单体总摩尔量的50~80%；

所述增粘单体B是N,N-二乙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯基苯磺酸、丙烯酰吗啉、2-乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮中至少一种物质构成，添加量占单体总摩尔量的10~25%；

所述防膨单体C是二甲基二烯丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基溴化铵中至少一种物质构成，添加量占单体总摩尔量的10~25%；

所述改性聚丙烯酰胺是固体颗粒，分子量1000万～3000万，粒度为100～200微米。

本发明一种多功能悬浮浓缩压裂液中，优选所述助排表面活性剂是固体颗粒，由长链烷基磺酸盐、长链烷基季铵盐中一种或几种物质构成，粒度为100～200微米。

优选所述增粘表面活性剂是司盘系列、吐温系列、Op系列、AEO系列中一种或几种物质构成。

所述分散剂是有机季铵盐改性的膨润土。

所述油相是汽油、煤油、柴油、润滑油、白油、异构烷烃油、脱芳烃溶剂油中的一种或几种物质构成。

上述技术方案中，所述的多功能悬浮浓缩压裂液的制备方法为：在反应釜转速为250~350r/min、温度为30~50℃条件下，依次将油相、分散剂、增粘表面活性剂按比例加入反应釜中，搅拌0.8~1.2h后依次将改性聚丙烯酰胺和助排表面活性剂按比例加入反应釜中，继续搅拌后制得。

本发明的有益效果在于，悬浮浓缩压裂液制备工艺简单，固含量高（40~55%），在较低浓度就可以满足压裂液的粘度要求，配合清水、油田采出水、压裂返排液、高矿化度地层水、海水等不同水质进行压裂施工，均能达到较为理想的减阻、增粘、破乳助排、防膨、携砂等效果，无论是在实验室按照行业标准《SY/T 5107-2016 水基压裂液性能评价方法》、《SY/T 5755-2016 压裂酸化用助排剂性能评价方法》、《SY/T 5971-2016油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》规定的条件下进行压裂液表观粘度、降阻率、破乳率、破胶液表界面张力、防膨率测定时，还是在西北及东北某油田致密砂岩区块压裂应用时，本发明的悬浮浓缩压裂液兼具高效增粘、减阻、破乳助排、防膨、高砂比多种功能，与现有的悬浮浓缩液相比，一剂多能，现场加注时无需配套使用破乳助排剂、粘土稳定剂等助剂，减少相应的药剂储罐及加药管线，简化加药流程，提高压裂施工效率。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明的技术方案及技术效果作进一步描述。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

在转速为300r/min、温度为40℃条件下，依次将白油、有机膨润土、司盘80加入反应釜中，搅拌1h后依次将改性聚丙烯酰胺和十二烷基磺酸钠加入反应釜中，继续搅拌1h后制得多功能悬浮浓缩压裂液A。

在上述悬浮浓缩压裂液中

白油占总质量的50%；

有机膨润土占总质量的2%；

司盘80占总质量的2%；

改性聚丙烯酰胺占总质量的45%；

十二烷基磺酸钠占总质量的1%；

其中改性聚丙烯酰胺由摩尔百分比67%的丙烯酰胺，摩尔百分比20%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和摩尔百分比13%的二甲基二烯丙基氯化铵共聚制得，分子量2500万，粒度为150微米；

其中十二烷基磺酸钠粒度为180微米。

实施例2

在转速为300r/min、温度为40℃条件下，依次将柴油、有机膨润土、Op-10加入反应釜中，搅拌1h后依次将改性聚丙烯酰胺和十四烷基磺酸钠加入反应釜中，继续搅拌1h后制得多功能悬浮浓缩压裂液B。

在上述悬浮浓缩压裂液中

柴油占总质量的49%；

有机膨润土占总质量的4%；

Op-10占总质量的1.5%；

改性聚丙烯酰胺占总质量的44%；

十四烷基磺酸钠占总质量的1.5%；

其中改性聚丙烯酰胺由摩尔百分比73%的丙烯酰胺，摩尔百分比11%的丙烯酰吗啉和摩尔百分比16%的三甲基烯丙基氯化铵共聚制得，分子量2200万，粒度为180微米；

其中十四烷基磺酸钠粒度为160微米。

实施例3

在转速为300r/min、温度为40℃条件下，依次将煤油、有机膨润土、吐温60加入反应釜中，搅拌1h后依次将改性聚丙烯酰胺和十六烷基磺酸钠加入反应釜中，继续搅拌1h后制得多功能悬浮浓缩压裂液C。

在上述悬浮浓缩压裂液中

煤油占总质量的48%；

有机膨润土占总质量的3%；

吐温60占总质量的2%；

改性聚丙烯酰胺占总质量的46%；

十六烷基磺酸钠占总质量的1%；

其中改性聚丙烯酰胺由摩尔百分比65%的丙烯酰胺和丙烯酸，摩尔百分比12%的2-乙烯基吡啶和摩尔百分比23%的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚制得，分子量2000万，粒度为170微米；

其中十六烷基磺酸钠粒度为150微米。

实施例4

在转速为300r/min、温度为40℃条件下，依次将汽油和润滑油、有机膨润土、AEO-6加入反应釜中，搅拌1h后依次将改性聚丙烯酰胺和十八烷基磺酸钠加入反应釜中，继续搅拌1h后制得多功能悬浮浓缩压裂液D。

在上述悬浮浓缩压裂液中

汽油和润滑油占总质量的47%；

有机膨润土占总质量的1%；

AEO-6占总质量的2%；

改性聚丙烯酰胺占总质量的49%；

十八烷基磺酸钠占总质量的1%；

其中改性聚丙烯酰胺由摩尔百分比59%的丙烯酰胺，摩尔百分比16%的N-乙烯基吡咯烷酮和摩尔百分比25%的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚制得，分子量2300万，粒度为160微米；

其中十八烷基磺酸钠粒度为120微米。

实施例5

在转速为300r/min、温度为40℃条件下，依次将异构烷烃油、有机膨润土、司盘85和吐温80加入反应釜中，搅拌1h后依次将改性聚丙烯酰胺和十二烷基三甲基氯化铵加入反应釜中，继续搅拌1h后制得多功能悬浮浓缩压裂液E。

在上述悬浮浓缩压裂液中

异构烷烃油占总质量的51%；

有机膨润土占总质量的3%；

司盘85和吐温80占总质量的1%；

改性聚丙烯酰胺占总质量的42%；

十二烷基三甲基氯化铵占总质量的3%；

其中改性聚丙烯酰胺由摩尔百分比72%的丙烯酰胺，摩尔百分比18%的N,N-二乙基丙烯酰胺、乙烯基苯磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮和摩尔百分比10%的十六烷基二甲基烯丙基氯化铵共聚制得，分子量1200万，粒度为200微米；

其中十二烷基三甲基氯化铵粒度为180微米。

实施例6

在转速为300r/min、温度为40℃条件下，依次将脱芳烃溶剂油、有机膨润土、Op-7加入反应釜中，搅拌1h后依次将改性聚丙烯酰胺和十四烷基三甲基氯化铵加入反应釜中，继续搅拌1h后制得多功能悬浮浓缩压裂液F。

在上述悬浮浓缩压裂液中

脱芳烃溶剂油占总质量的46%；

有机膨润土占总质量的5%；

Op-7占总质量的4%；

改性聚丙烯酰胺占总质量的43%；

十四烷基三甲基氯化铵占总质量的2%；

其中改性聚丙烯酰胺由摩尔百分比76%的丙烯酰胺和甲基丙烯酸，摩尔百分比14%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-乙烯基吡啶和摩尔百分比10%的十八烷基二甲基烯丙基溴化铵共聚制得，分子量1400万，粒度为180微米；

其中十四烷基三甲基氯化铵粒度为150微米。

实施例7

在转速为300r/min、温度为40℃条件下，依次将柴油和白油、有机膨润土、AEO-3加入反应釜中，搅拌1h后依次将改性聚丙烯酰胺和十六烷基三甲基氯化铵加入反应釜中，继续搅拌1h后制得多功能悬浮浓缩压裂液G。

在上述悬浮浓缩压裂液中

柴油和白油占总质量的52%；

有机膨润土占总质量的3%；

AEO-3占总质量的3%；

改性聚丙烯酰胺占总质量的41%；

十六烷基三甲基氯化铵占总质量的1%；

其中改性聚丙烯酰胺由摩尔百分比62%的丙烯酰胺，摩尔百分比23%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰吗啉和摩尔百分比15%的二甲基二烯丙基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵共聚制得，分子量1800万，粒度为120微米；

其中十六烷基三甲基氯化铵粒度为120微米。

实施例8

在转速为300r/min、温度为40℃条件下，依次将煤油和白油、有机膨润土、Op-5加入反应釜中，搅拌1h后依次将改性聚丙烯酰胺和十八烷基三甲基氯化铵加入反应釜中，搅拌1h后制得多功能悬浮浓缩压裂液H。

在上述悬浮浓缩压裂液中

煤油和白油占总质量的45%；

有机膨润土占总质量的2%；

Op-5占总质量的3%；

改性聚丙烯酰胺占总质量的48%；

十八烷基三甲基氯化铵占总质量的2%；

其中改性聚丙烯酰胺由摩尔百分比70%的丙烯酰胺和丙烯酸，摩尔百分比12%的N,N-二乙基丙烯酰胺、乙烯基苯磺酸和摩尔百分比18%的二甲基二烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基溴化铵共聚制得，分子量1600万，粒度为140微米；

其中十八烷基三甲基氯化铵粒度为100微米。

性能评价

实施例1～8制备的多功能悬浮浓缩压裂液性能评价：

取西北某油田致密砂岩区块现场压裂用水样（水质数据见表1），按照现场0.2%的加量配制压裂液溶液，结合《SY/T 5107-2016 水基压裂液性能评价方法》、《SY/T 5755-2016 压裂酸化用助排剂性能评价方法》，使用六速粘度计、表界面张力仪、管道摩阻仪等，分别对多功能悬浮浓缩压裂液的表观粘度、破乳性能及破胶液的表界面张力、降阻率进行评价；配制的0.2%加量的压裂液溶液加入不同量的40~70目石英砂，混合后倒入量筒静置半小时后观察压裂液静态悬砂能力；使用清水按照现场0.2%的加量配制压裂液溶液，结合《SY/T 5971-2016油气田压裂酸化及注水用粘土稳定剂性能评价方法》，使用离心机等对多功能悬浮浓缩压裂液的防膨性能进行评价。其他实验条件：地层温度70℃，破胶时间2h，破胶剂过硫酸铵加量0.05%。实验结果如表2所示。

表1 西北某油田致密砂岩区块现场压裂用水样水质数据

表2 多功能悬浮浓缩压裂液性能评价实验结果

结合现场对于0.2%的加量下，压裂液表观粘度需≥20mPa·s、降阻率≥70%、防膨率≥75%的实际要求，以及《SY/T 6376-2008 压裂液通用技术条件》规定的压裂液破乳率需≥95%，破胶液表面张力需≤28mN/m、界面张力≤2mN/m的行业要求，从表2中数据可以看出，本发明多功能悬浮浓缩压裂液，在相同条件下，其增粘效果与常规悬浮浓缩压裂液相当，而其破乳助排、防膨、携砂性能远优于常规悬浮浓缩压裂液；与多功能乳液浓缩压裂液相比，两者均具有破乳助排、防膨等多功能，但多功能悬浮浓缩压裂液增粘效果与携砂能力远优于多功能乳液浓缩压裂液。

Claims (2)

1.一种多功能悬浮浓缩压裂液，其特征在于，由下列组分按重量比配制而成：30～55%的改性聚丙烯酰胺，1～5%的助排表面活性剂，1～5%的增粘表面活性剂，1～5%的分散剂，40～60%的油相；

所述改性聚丙烯酰胺是由主链单体A、增粘单体B以及防膨单体C进行聚合反应得到的共聚物；

所述主链单体A是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸中至少一种物质构成，添加量占单体总摩尔量的50~80%；

所述增粘单体B是N,N-二乙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯基苯磺酸、丙烯酰吗啉、2-乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮中至少一种物质构成，添加量占单体总摩尔量的10~25%；

所述防膨单体C是二甲基二烯丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基溴化铵中至少一种物质构成，添加量占单体总摩尔量的10~25%；

所述改性聚丙烯酰胺是固体颗粒，分子量1000万～3000万，粒度为100～200微米；

所述助排表面活性剂是固体颗粒，由长链烷基磺酸盐、长链烷基季铵盐中至少一种物质构成，粒度为100～200微米；

所述增粘表面活性剂是司盘系列、吐温系列、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中至少一种物质构成；

所述分散剂是有机季铵盐改性的膨润土；

所述油相是汽油、煤油、柴油、润滑油、白油、异构烷烃油、脱芳烃溶剂油中至少一种物质构成。

2.一种根据权利要求1所述的多功能悬浮浓缩压裂液的制备方法，其特征在于，在反应釜转速为250~350r/min、温度为30~50℃条件下，依次将油相、分散剂、增粘表面活性剂按比例加入反应釜中，搅拌0.8~1.2h后依次将改性聚丙烯酰胺和助排表面活性剂按比例加入反应釜中，继续搅拌后制得。