CN114437704B - 一种油气田压裂液增稠剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，通过将羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚丙烯酰胺等大分子与硫粉S混合，然后在等离子体作用下，将巯基成功引入到大分子长链上，获得改性后的增稠剂在石油开采过程中压裂携砂能力强，增稠去油效果好，并且价格低廉，适合批量生产，比天然聚多糖类更能适应复杂的地层环境,合成聚合物增稠剂在高温深井压裂方面发挥的作用更大。

Description

一种油气田压裂液增稠剂及其制备方法
技术领域
本发明属于油田化学技术领域，涉及一种油气田压裂液增稠剂及其制备方法。
背景技术
石油作为一种高效能源其在国民经济中的作用无可替代，随着我国国民经济的迅猛发展，对石油的需求量不断增加，我国国内原油产量已远远无法满足国内需求，对外依存度也早已超过62％。因此，油气资源的高效开发是国家能源安全的重大需求和重要保障。随着世界油气开采技术的高速发展，如何能够高效环保地开发好非常规油气藏(致密砂岩油气、煤层气、页岩油气)已成为全球低碳经济发展的研究热点，现代油气勘探与开发不断突破技术和成本瓶颈并已逐渐走向了产业化、规模化，钻了大量的丛式井组。同时在我国已探明石油储量中，低渗油田占有四分之一以上的份额，随着大部分油田进入高含水期，开发难度越来越大，开发好此类油气田对维持我国石油能源稳定具有重要的意义。
压裂技术是开采非常规油气藏所必备的一项技术，且已作为非常规油田开采及常规油田增产技术广泛应用。压裂液作为压裂施工中的携砂和造缝介质，其性能的好坏直接决定压裂施工的成败，素有压裂“血液”之称。压裂的目的是在地层中形成具有一定尺寸和导流能力的裂缝,其成功与否与所用压裂液的性能有很大关系。非常规油气藏的开发已成为全球低碳经济发展的新趋势，水平井体积压裂勘探与开发不断突破技术和成本瓶颈促进了此类油气藏的开采。水基压裂液具有成本低、安全性较高等优点,目前使用最广泛。然而，增稠剂是水基压裂液中的主要添加剂,为此寻找性能更好的压裂液增稠剂就显得尤为重要了。目前使用的水基压裂液聚合物增稠剂品种繁多,可分为天然聚多糖及其衍生物与合成聚合物两大类。随着石油开采技术的不断发展和开采难度的增加,人们对压裂液提出了更新更高的要求。由于比天然聚多糖类更能适应复杂的地层环境,合成聚合物增稠剂在高温深井压裂方面将发挥更大作用。石油开采过程中压裂液稠度不稳定，原液添加量很大，成本非常高，操作上还难抽泵。因此采取减少原料添加，在不影响原本的效果基础上用油田压裂液增稠剂来代替小部分的压裂液是行之有效的解决办法，本发明利用等离子体技术，成功改性了现有的大分子链，制备出在石油开采过程中压裂携砂能力强，增稠去油效果好的增稠剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种油气田压裂液增稠剂及其制备方法。
本发明是这样实现的：
一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其具体包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚丙烯酰胺等大分子链浸泡在乙二醇或丙三醇中，超声搅拌10-30h，加入少量的表面活性剂聚醚多元醇(P123)或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；
S2、用高速离心机将步骤S1中制备的样品离心分离，在60-80℃烘箱中干燥5-10h；
S3、将步骤S2制备的与少量硫混合研磨混合均匀，硫粉在混合物中的质量大于3％，小于8％，用以添加巯基官能团；
S4、将S3制备的混合粉体在等离子体设备中，设置高压为10kV，通入甲烷气体，改性时间为10-80min，通过等离子体处理使S粉和羟基结合转化成巯基；
S5、取S4中的样品迅速冷却，混入少量NaCl，即可获得改性过后的增稠剂。
优选地，所述大分子链为羧甲基纤维素(CMC)
优选地，所述超声搅拌的速度800r/min
优选地，所述等离子体电源选用正弦电源(CTP-2000K)
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过等离子体批量处理材料，不仅降低了催化剂的生产成本，而且获得的增稠剂均匀性好，重复性强。
2、本发明制备增稠剂以硫粉为S源，用等离子体处理的方式在长链大分子上成功加上了巯基官能团，提高材料的增稠效果。
3、本发明基于现有的长链大分子进行改性，所用原料较为常见，并且价格低廉，适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1-4中所用的等离子体处理装置，将步骤S3之后的材料进行表面处理。
图2为本发明实施例2中制备的增稠剂的XRD图。
图3为本发明实施例3中制备的材料的SEM面扫能谱图。
图4为本发明实施例4中制备的增稠剂的扫描图(SEM)。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。
本发明提供一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其具体包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚丙烯酰胺等大分子链浸泡在乙二醇或丙三醇中，超声搅拌10-30h，加入少量聚醚多元醇(P123)或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；
S2、用高速离心机将步骤S1中制备的样品离心分离，在60-80℃烘箱中干燥5-10h；
S3、将步骤S2制备的与少量硫混合研磨混合均匀，硫粉在混合物中的质量大于3％，小于8％，用以添加巯基官能团；
S4、将S3制备的混合粉体在等离子体设备中，设置高压为10kV，通入甲烷气体，改性时间为10-80min，通过等离子体处理使S粉和羟基结合转化成巯基；
S5、取S4中的样品迅速冷却，混入少量NaCl，即可获得改性过后的增稠剂。
实施例1
S1、将羧甲基纤维素(CMC)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)各5g等大分子链浸泡在20ml的乙二醇中，超声搅拌10h，加入0.5g聚醚多元醇(P123)；
S2、用高速离心机将步骤S1中制备的样品离心分离，在60℃烘箱中干燥5h；
S3、将步骤S2制备的与少量硫混合研磨混合均匀，硫粉在混合物中的质量占5％，用以添加巯基官能团；
S4、将S3制备的混合粉体在等离子体设备中，设置高压为10kV，通入甲烷气体，改性时间为10min，通过等离子体处理使S粉和羟基结合转化成巯基；
S5、取S4中的样品迅速冷却，混入0.5gNaCl，即可获得改性过后的增稠剂。
图1为本发明实施例1-4中所用的等离子体处理装置，将步骤S3之后的材料进行表面处理，在等离子作用下使得S粉和羟基转化成巯基，并附着到大分子链上。
实施例2
S1、将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚丙烯酰胺各5g浸泡在20ml的丙三醇中，超声搅拌30h，加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；
S2、用高速离心机将步骤S1中制备的样品离心分离，在80℃烘箱中干燥10h；
S3、将步骤S2制备的与少量硫混合研磨混合均匀，硫粉在混合物中的质量占7％，用以添加巯基官能团；
S4、将S3制备的混合粉体在等离子体设备中，设置高压为10kV，通入甲烷气体，改性时间为80min，通过等离子体处理使S粉和羟基结合转化成巯基；
S5、取S4中的样品迅速冷却，混入0.3gNaCl，即可获得改性过后的增稠剂。
图2为实施例2中制备的增稠剂的XRD图，主要为碳峰，说明增稠剂为长链碳分子。
实施例3
S1、将羧甲基纤维素(CMC)和聚丙烯酰胺各5g浸泡在10ml乙二醇和10ml丙三醇中，超声搅拌25h，加入0.3g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和0.2g聚醚多元醇(P123)；
S2、用高速离心机将步骤S1中制备的样品离心分离，在68℃烘箱中干燥8h；
S3、将步骤S2制备的与少量硫混合研磨混合均匀，硫粉在混合物中的质量占比为6％，用以添加巯基官能团；
S4、将S3制备的混合粉体在等离子体设备中，设置高压为10kV，通入甲烷气体，改性时间为68min，通过等离子体处理使S粉和羟基结合转化成巯基；
S5、取S4中的样品迅速冷却，混入0.3gNaCl，即可获得改性过后的增稠剂。
图3为本发明实施例3中制备的增稠剂的SEM面扫能谱图，证明该材料为C、N、O、S，表明巯基被生长到长链分子表面。
实施例4
S1、将10g聚丙烯酰胺等大分子链浸泡在乙二醇或丙三醇中，超声搅拌18h，加入0.2g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和0.3g聚醚多元醇(P123)；
S2、用高速离心机将步骤S1中制备的样品离心分离，在75℃烘箱中干燥9h；
S3、将步骤S2制备的与少量硫混合研磨混合均匀，硫粉在混合物中的质量占7％，用以添加巯基官能团；
S4、将S3制备的混合粉体在等离子体设备中，设置高压为10kV，通入甲烷气体，改性时间为70min，通过等离子体处理使S粉和羟基结合转化成巯基；
S5、取S4中的样品迅速冷却，混入0.8NaCl，即可获得改性过后的增稠剂。
图4为本发明实施例4中制备的增稠剂的扫描图(SEM),从图中可以看出该材料为碳分子的长链。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：
S1、将羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚丙烯酰胺大分子链浸泡在乙二醇或丙三醇中，超声搅拌10-30h，加入少量的表面活性剂聚醚多元醇(P123)或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；
S2、用高速离心机将步骤S1中制备的样品离心分离，在60-80℃烘箱中干燥5-10h；
S3、将步骤S2制备的与少量硫混合研磨混合均匀，硫粉在混合物中的质量大于3％，小于8％，用以添加巯基官能团；
S4、将S3制备的混合粉体在等离子体设备中，设置高压为10kV，通入甲烷气体，改性时间为10-80min，通过等离子体处理使S粉和羟基结合转化成巯基；
S5、取S4中的样品迅速冷却，混入少量NaCl，即可获得改性过后的增稠剂。
2.根据权利要求1所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S1中超声时间为25h。
3.根据权利要求2所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S1中选用的大分子长链为5g羧甲基纤维素(CMC)和5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
4.根据权利要求3所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S1中加入的表面活性剂为0.5g聚醚多元醇(P123)。
5.根据权利要求3或4所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S3中所用硫粉S占混合物中的质量比为6％。
6.根据权利要求5所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S4中等离子体改性时间为68min。
7.根据权利要求6所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S5中加入NaCl的量为0.5g。
8.根据权利要求7所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S2中干燥箱的温度为60℃。
9.根据权利要求8所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S2中干燥时间为8h。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的一种油气田压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于：所述S1中加入的表面活性剂为0.2g聚醚多元醇(P123)和0.3g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
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