CN115651628B - 一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法，属于油田采油助剂技术领域。用卵磷脂、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱、大豆甾醇和胆酸钠制备柔性脂质体；用丙烯酰胺、丙烯酸钠、2‑丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和N,N‑双十二烷基丙烯酰胺制备水凝胶；将柔性脂质体分散于水凝胶溶液中，生成含有柔性脂质体的水凝胶。当该水凝胶在岩石表面滑动时，内部的柔性脂质体在凝胶表面释放出脂质并生成脂质层，脂质层的外部亲水基团聚集大量水分，降低了水凝胶表面的摩擦系数，这种边界润滑层能够自发更新，进而保证润滑作用持续进行。该水凝胶的自润滑特性，能够同时保持凝胶强度又能使凝胶具有较好润滑能力，该水凝胶体系作为滑溜水压裂液兼有良好减阻性能和粘弹性。

Description

一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法

技术领域

发明属于油田采油助剂技术领域，涉及一种含柔性脂质体的具有自润滑行为的滑溜水压裂液的制备方法，特别涉及由可释放润滑介质的柔性脂质体、含双疏水长链单体的阴离子丙烯酰胺共聚物为主要原料得到的具有自润滑行为的滑溜水压裂液的制备方法。

背景技术

页岩气作为一种储量丰富的非常规能源已经受到世界各国的广泛重视。作为一种新兴的非常规天然气，页岩气对于优化能源消费结构、缓解能源对外依存度具有重要意义。水力压裂通常是通过增加地层的可流动面积和为地层流体提供更好的流动通道来提高油井的产能。通过向地层高压泵入压裂液形成裂缝，通过压裂液和支撑剂的混合铺置在地层中，以此来沟通地层和井筒之间的流动。非常规石油与天然气的开采中，滑溜水压裂已成为一种常见的增产措施，对其质量要求主要有两点：一方面要求摩阻小，流动阻力小；另一方面要求有足够的凝胶强度。而目前的滑溜水压裂液往往不能同时满足上述两种要求，通常表现为凝胶强度低，或者减阻能力差，不能满足页岩气储层体积压裂对大排量、大液量的要求。因此制备同时具备凝胶强度高和摩擦阻力小、润滑能力强的滑溜水压裂液是目前页岩气生产的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法。发明人发现，含有柔性脂质体的水凝胶，由于脂质可以不断向凝胶表面渗出，形成一种自润滑层，与无脂质水凝胶相比，摩擦和磨损均大为降低。当水凝胶在岩石表面滑动时，水凝胶内部的脂质囊泡在凝胶表面释放出脂质并生成脂质层，脂质层的头部基团具有较强的亲水性，聚集了大量的水分，大大降低了水凝胶表面的摩擦系数。当水凝胶因为摩擦作用而磨损时，这种边界润滑层能够自发更新，因而能够保证润滑作用的持续进行。这种水凝胶的特殊自润滑行为，能够同时保持凝胶强度又能使凝胶具有较好润滑能力。本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)用卵磷脂、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱、大豆甾醇、胆酸钠和氯化铵制备柔性脂质体；

(2)以丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和N,N-双十二烷基丙烯酰胺为主要原料制备水凝胶；

(3)将步骤(1)制备的柔性脂质体分散于步骤(2)制备的水凝胶中，得到自润滑滑溜水压裂液。

进一步地，步骤(1)中卵磷脂、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱、大豆甾醇、胆酸钠和氯化铵的质量比为：(40-60)∶(1.5-2.5)∶(0.8-1.2)∶(12-18)∶(180-220)。

进一步地，步骤(1)中制备柔性脂质体的具体方法为：将卵磷脂、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱和大豆甾醇放入乙醇中，升温至35-45℃，搅拌溶解后过滤，收取滤液，得到浅黄色透明乙醇溶液；将胆酸钠和氯化铵放入蒸馏水中，升温至35-45℃搅拌溶解，然后边剧烈搅拌边将前述乙醇溶液缓慢加入，生成乳白色透明胶体溶液。

进一步地，步骤(2)中丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和N,N-双十二烷基丙烯酰胺的质量比为：(70-80)∶(11-14)∶(7-8)∶(0.8-1.2)。更进一步地，步骤(2)中加入的N,N-双十二烷基丙烯酰胺与步骤(1)中加入的大豆甾醇质量比为：(18-22)∶(0.8-1.2)。

进一步地，步骤(2)中制备水凝胶的具体方法为：将丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和N,N-双十二烷基丙烯酰胺溶于蒸馏水中，再加入引发剂搅拌溶解，冷却至3-5℃，通入惰性保护气体，然后升温至30-40℃反应5-7h，生成透明胶块，冷却至室温。优选地，所述引发剂为乙二胺四乙酸二钠和过硫酸铵。优选地，所述惰性保护气体为氮气或氩气。

进一步地，步骤(3)中将柔性脂质体分散于水凝胶中的具体方法是：将步骤(2)得到的胶块用水溶解，制备浓度为40-60g/L的水凝胶溶液；将步骤(1)得到的乳白色透明胶体溶液与水凝胶溶液按照质量比为(0.8-1.2)∶(45-55)的比例加入混调器中，充分混合均匀，得到透明均匀粘稠胶体，该透明均匀粘稠胶体即自润滑滑溜水压裂液。

本发明为滑溜水压裂液的制备提供了一种新方法，该制备方法条件温和，所制备的水凝胶在岩石表面滑动时，内部的柔性脂质体在凝胶表面释放出脂质并生成脂质层，脂质层的外部亲水基团聚集大量水分，降低了水凝胶表面的摩擦系数，另外通过这种边界润滑层能够自发更新，进而保证润滑作用的持续进行。这种水凝胶的特殊自润滑行为，能够同时保持凝胶强度又能使凝胶具有较好润滑能力，该水凝胶体系作为滑溜水压裂液兼有良好的减阻性能和粘弹性。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将0.5g卵磷脂、0.02g二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱和0.01g大豆甾醇置入20ml75％的乙醇中，升温至40℃，搅拌溶解，过滤，收取滤液，得到浅黄色透明液体，密封，待用；将0.15g胆酸钠和2.0g氯化铵置于100ml蒸馏水中，搅拌溶解，升温至40℃，然后剧烈搅拌下将上述溶有各种脂质的乙醇溶液缓慢加入，生成乳白色透明胶体溶液，密封，室温保存待用；

步骤(2)：将15.0g丙烯酰胺、2.5g丙烯酸钠、1.5g2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和0.2gN,N-双十二烷基丙烯酰胺溶于80ml蒸馏水中，再加入0.005g乙二胺四乙酸二钠和0.003g过硫酸铵，搅拌溶解，倒入玻璃反应瓶中，冷却至4℃，通氮气15分钟，将反应瓶密封，逐渐升温至35℃，保温反应6小时，生成透明胶块，冷却至室温，称取50.0g胶块，剪成小胶粒，置于1000ml清水中，搅拌48小时，得到无色透明粘稠溶液，待用；

步骤(3)：称取20g步骤(1)中所得的乳白色透明胶体溶液和1000g步骤(2)中所得的无色透明粘稠溶液，置于混调器中，充分混合均匀，得到一种透明均匀粘稠胶体，该透明均匀粘稠胶体即自润滑滑溜水压裂液。

实施例2

一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将0.4g卵磷脂、0.016g二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱和0.008g大豆甾醇置入20ml75％的乙醇中，升温至35℃，搅拌溶解，过滤，收取滤液，得到浅黄色透明液体，密封，待用；将0.14g胆酸钠和1.8g氯化铵置于100ml蒸馏水中，搅拌溶解，升温至35℃，然后剧烈搅拌下将上述溶有各种脂质的乙醇溶液缓慢加入，生成乳白色透明胶体溶液，密封，室温保存待用；

步骤(2)：将14.0g丙烯酰胺、2.2g丙烯酸钠、1.4g2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和0.2gN,N-双十二烷基丙烯酰胺溶于80ml蒸馏水中，再加入0.005g乙二胺四乙酸二钠和0.003g过硫酸铵，搅拌溶解，倒入玻璃反应瓶中，冷却至3℃，通氮气15分钟，将反应瓶密封，逐渐升温至30℃，保温反应7小时，生成透明胶块，冷却至室温，称取40.0g胶块，剪成小胶粒，置于1000ml清水中，搅拌48小时，得到无色透明粘稠溶液，待用；

步骤(3)：称取16g步骤(1)中所得的乳白色透明胶体溶液和1000g步骤(2)中所得的无色透明粘稠溶液，置于混调器中，充分混合均匀，得到一种透明均匀粘稠胶体，该透明均匀粘稠胶体即自润滑滑溜水压裂液。

实施例3

一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将0.6g卵磷脂、0.024g二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱和0.012g大豆甾醇置入20ml75％的乙醇中，升温至45℃，搅拌溶解，过滤，收取滤液，得到浅黄色透明液体，密封，待用；将0.16g胆酸钠和2.2g氯化铵置于100ml蒸馏水中，搅拌溶解，升温至45℃，然后剧烈搅拌下将上述溶有各种脂质的乙醇溶液缓慢加入，生成乳白色透明胶体溶液，密封，室温保存待用；

步骤(2)：将16.0g丙烯酰胺、2.8g丙烯酸钠、1.6g2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和0.2gN,N-双十二烷基丙烯酰胺溶于80ml蒸馏水中，再加入0.005g乙二胺四乙酸二钠和0.003g过硫酸铵，搅拌溶解，倒入玻璃反应瓶中，冷却至5℃，通氩气15分钟，将反应瓶密封，逐渐升温至40℃，保温反应5小时，生成透明胶块，冷却至室温，称取60.0g胶块，剪成小胶粒，置于1000ml清水中，搅拌48小时，得到无色透明粘稠溶液，待用；

步骤(3)：称取24g步骤(1)中所得的乳白色透明胶体溶液和1000g步骤(2)中所得的无色透明粘稠溶液，置于混调器中，充分混合均匀，得到一种透明均匀粘稠胶体，该透明均匀粘稠胶体即自润滑滑溜水压裂液。

实施例4

用BROOKFILD DV-III+型流变仪测定实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体在30℃、50℃、70℃、90℃、120℃和150℃六种温度下的粘度；结果见表1。

表1实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体的粘度(mPa·s)

温度，℃	30	50	70	90	120	150
							粘度，mPa·s	205	197	180	153	137	121

表1结果表明，实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体的粘度随着温度的升高而降低，在70℃和90℃之间温度降低幅度较大，随后粘度随温度降低幅度减小。

实施例5

压裂液在进入地层前由于与施工管壁的摩擦，会造成压力损失，如果压力若低于岩石破裂应力，则无法将地层压开，因此良好的减阻性是压裂液主要应用技术指标之一。

选取测试管柱，将开启阀打开，其它测试管柱阀门全部关闭；储液罐中加入测试所需量的自来水，开启齿轮泵进行供液，设定供液速度，使整个测试管路充满测试液体，调节排量至设定流速。读取压差。1min内压差变化小于1％时，求取压差的平均值作为清水摩阻压差(ΔP1)；按上述同样方法，将清水换为实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体，测定清水和实施例1步骤(3)所得到的透明均匀粘稠胶体流经管路时的压差(ΔP1、ΔP2)。并计算减阻率DR。

式中：

DR——实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体相对清水的降阻率(％)；

ΔP1——清水流经管路时的压差(Pa)；

ΔP2——实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体流经管路时的压差(Pa)

表2在不同流量下的压差和减阻率(清水、25℃)

由表2可知，在流量为5L/min至25L/min的范围内，同一流量下，实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体流经管道的压降小于清水的压降，且随着流量的增加，压差差距拉大。另外实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体流经管道的压差随流量升高逐渐增加，在各种流量下，实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体流经管道时的减阻率均大于60％，说明实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体具有良好的减阻性能。

实施例6

同一剪切时刻，凝胶的储能模量越大，耗能模量越小，表明凝胶的弹性越强，稳定性越高，在压裂过程中越不容易被破坏。因此，良好的稳定性是压裂液所必须的。

在剪切速率为170s^-1和150℃温度下，测定实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体随剪切时间延长储能模量和耗能模量的变化，结果见表3。

表3 150℃温度下储能模量和耗能模量随剪切时间的变化(剪切速率170s^-1)

在固定温度为150℃，剪切速率为170s^-1条件下，随着剪切时间的延长，实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体的储能模量和耗能模量均随之降低，但幅度不大，且储能模量仍然远大于耗能模量，表明溶液具有较好的稳定性且具有较好的粘弹性。

实施例7

取实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体100g，加入0.1g的过硫酸铵，混合均匀后，倒入广口瓶中，于30℃温度下静止不同时间后，测定破胶液的粘度。重复上述实验，于60℃温度下静止不同时间后，测定破胶液的粘度，结果见表4。

表4实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体破胶不同时间后的粘度

由表4可以看出，在30℃温度下经过2h破胶后，清水溶液的粘度变为4.22mPa·s；60℃温度下经过2h破胶后，清水溶液的粘度为3.07mPa·s；表明过硫酸铵对实施例1所得到的透明均匀粘稠胶体具有良好的破胶能力，温度越高破胶效果越好。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。

Claims (4)

1.一种自润滑滑溜水压裂液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）用卵磷脂、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱、大豆甾醇、胆酸钠和氯化铵制备柔性脂质体，卵磷脂、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱、大豆甾醇、胆酸钠和氯化铵的质量比为：（40-60）∶（1.5-2.5）∶（0.8-1.2）∶（12-18）∶（180-220）；将卵磷脂、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱和大豆甾醇放入乙醇中，升温至35-45℃，搅拌溶解后过滤，收取滤液，得到浅黄色透明乙醇溶液；将胆酸钠和氯化铵放入蒸馏水中，升温至35-45℃搅拌溶解，然后边剧烈搅拌边将前述乙醇溶液缓慢加入，生成乳白色透明胶体溶液；

（2）以丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和N,N-双十二烷基丙烯酰胺为主要原料制备水凝胶，丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和N,N-双十二烷基丙烯酰胺的质量比为：（70-80）∶（11-14）∶（7-8）∶（0.8-1.2），N,N-双十二烷基丙烯酰胺与步骤（1）中加入的大豆甾醇质量比为：（18-22）∶（0.8-1.2）；

（3）将步骤（2）得到的水凝胶用水溶解，制备浓度为40-60 g/L的水凝胶溶液；将步骤（1）得到的乳白色透明胶体溶液与水凝胶溶液按照质量比为（0.8-1.2）∶（45-55）的 比例加入混调器中，充分混合均匀，得到自润滑滑溜水压裂液。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中制备水凝胶的具体方法为：将丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠和N,N-双十二烷基丙烯酰胺溶于蒸馏水中，再加入引发剂搅拌溶解，冷却至3-5℃，通入惰性保护气体，然后升温至30-40℃反应5-7h，生成透明胶块，冷却至室温。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为乙二胺四乙酸二钠和过硫酸铵。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述惰性保护气体为氮气或氩气。