CN115873584A - 免混配变粘浓缩压裂液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压裂液及其制备方法技术领域，是一种免混配变粘浓缩压裂液及其制备方法，该免混配变粘浓缩压裂液包括反相乳液、水溶性聚合物A和悬浮剂。本发明的免混配变粘浓缩压裂液体系稳定，聚合物有效含量高，在较低浓度就可以满足压裂液的粘度要求，且油相含量低，由此降低了压裂液在地层内的油相伤害；与现有的乳液浓缩液和悬浮浓缩液相比，能够降低压裂施工成本，减少对地层的伤害，满足低成本、环保的要求。同时有超过一半的聚合物在油包水乳液中以预溶胀状态存在，可以快速溶解释放粘度，与悬浮浓缩液相比溶解时间更短，可以现场免混配施工。

Description

免混配变粘浓缩压裂液及其制备方法

技术领域

本发明涉及压裂液及其制备方法技术领域，是一种免混配变粘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等混合形成压裂液，进行压裂施工。这种压裂工艺存在诸多问题，例如，配制基液，不仅需要大型的配液罐，而且干粉溶解时间长，增加了人物力消耗，溶解过程中易产生大小不同的“鱼眼”和局部结块影响基液质量；所需外加剂种类繁多，外加步骤繁琐，增加了压裂液质量的控制难度；施工弹性小，如果出现特殊原因使压裂液液量不足或需临时增加压裂规模，现场就无法实现；压裂后储液罐有大量基液残留，增加储液罐的清洗处理费用，也造成了资源的浪费，残余的基液还会对环境造成危害。

与传统混配方法不同，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成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，可以克服传统混配方法的易浪费，成本高，环境不友好的种种缺点。

近年来新出现一种免混配变粘压裂液技术，不需要交联剂，可通过实时提高浓度的方式从低粘滑溜水转变成高粘线性胶压裂液，达到一剂多能的目的，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，主要有悬浮浓缩液，乳液浓缩液两种浓缩压裂液产品，公开号为CN103224778A、CN103614132A、CN103911136A等专利文献使用聚合物干粉悬浮在油相中的方法制备悬浮浓缩液，聚合物有效含量高，但油相含量很高（>40%），一方面增加原料成本，另一方面在地层中会造成一定的油相伤害，同时干粉悬浮在油相中，稳定性低于油包水反相乳液，聚合物的溶解增粘速率也低于聚合物已预先溶胀在油包水液滴中的反相乳液；公开号为CN103146372A、CN06496414A、CN106753311A等专利文献使用油包水反相乳液聚合的方法制备反相乳液浓缩液，可以快速溶解增粘，实现在线混配，但油相含量低时存在聚合物有效含量低（<35%）的问题，要达到压裂的粘度要求需要更高的注入浓度，增加作业成本，而在聚合物有效含量高的情况下，浓缩液中的油相含量高（>30%），产品成本高；公开号为CN110028945A、CN106957641A等专利文献采用了先油水混合形成无聚合物的油包水反相乳液，再加入聚合物干粉的方法制备浓缩液，这种方法因为先形成了反相乳液，再加入聚合物干粉，此时干粉优先在油相中悬浮而不能在水中溶胀，因此这也是另一种形式的悬浮型浓缩液，同时因为油相含量降低，聚合物的有效含量也较低（<40%）。

发明内容

本发明提供了一种免混配变粘浓缩压裂液及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其聚合物有效含量高，油相含量低，粘度快速释放，由此能够现场免混配施工。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种免混配变粘浓缩压裂液，按质量百分比计包括反相乳液70%至89%，水溶性聚合物A 10%至30%，悬浮剂1%至3%。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述水溶性聚合物A选用阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺、疏水缔合聚丙烯酰胺中的一种或几种；水溶性聚合物A也可选用胍胶、黄原胶、香豆胶及其改性物中的一种或几种。

上述水溶性聚合物A颗粒的平均粒径为100μm至200μm，分子量为1000万至3000万。

上述反相乳液按质量百分比计包括水溶性聚合物B 30%至50%，油相20%至34%，乳化剂3%至8%，余量为水；水溶性聚合物B属于阴离子聚丙烯酰胺，水溶性聚合物B的阴离子单体选用丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和乙烯基吡咯烷酮中一种或几种；油相选用矿物油、汽油、煤油、柴油、润滑油、白油、异构烷烃油和脱芳烃溶剂油中的一种或几种，乳化剂选用司盘系列、吐温系列、OP系列和TX系列乳化剂中的一种或几种。

上述反相乳液按下述方法得到：将丙烯酰胺与阴离子单体溶于水中并作为水相，乳化剂溶于油相中并作为油相，将油相与水相混合剪切5分钟至10分钟，通氮除氧，在10℃至15℃时，加引发剂升温至40℃至50℃，保温4小时至6小时，得到油包水型反相乳液。

引发剂可选用过硫酸铵、溴酸钾和偶氮二异丁腈中的一种。

上述免混配变粘浓缩压裂液按下述方法得到：在所需量的反相乳液中加入所需量悬浮剂并混合均匀，然后在5分钟至10分钟之内加入所需量的水溶性聚合物A并混合均匀后，得到免混配变粘浓缩压裂液。

上述悬浮剂选用有机季铵盐改性的膨润土。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种技术方案之一所述免混配变粘浓缩压裂液的制备方法，按下述方法进行：在所需量的反相乳液中加入所需量悬浮剂并混合均匀，然后在5分钟至10分钟之内加入所需量的水溶性聚合物A并混合均匀后，得到免混配变粘浓缩压裂液。

本发明的免混配变粘浓缩压裂液体系稳定，聚合物有效含量高（40%至60%），在较低浓度就可以满足压裂液的粘度要求，且油相含量低（<25%），由此降低了压裂液在地层内的油相伤害；与现有的乳液浓缩液和悬浮浓缩液相比，能够降低压裂施工成本，减少对地层的伤害，满足低成本、环保的要求。同时有超过一半的聚合物在油包水乳液中以预溶胀状态存在，可以快速溶解释放粘度，与悬浮浓缩液相比溶解时间更短，可以现场免混配施工。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例：该免混配变粘浓缩压裂液，按质量百分比计包括反相乳液70%至89%，水溶性聚合物A 10%至30%，悬浮剂1%至3%。

所用水溶性聚合物A选用阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺、疏水缔合聚丙烯酰胺中的一种或几种；水溶性聚合物A也可选用胍胶、黄原胶、香豆胶及其改性物中的一种或几种。

所用悬浮剂选用有机季铵盐改性的膨润土（后续简称为有机改性膨润土）。

所用水溶性聚合物A颗粒的平均粒径为100μm至200μm，分子量为1000万至3000万。

所用反相乳液按质量百分比计包括水溶性聚合物B 30%至50%，油相20%至34%，乳化剂3%至8%，余量为水；水溶性聚合物B属于阴离子聚丙烯酰胺，水溶性聚合物B的阴离子单体选用丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和乙烯基吡咯烷酮中一种或几种；油相选用矿物油、汽油、煤油、柴油、润滑油、白油、异构烷烃油和脱芳烃溶剂油中的一种或几种，乳化剂选用司盘系列（Span）、吐温系列、OP系列和TX系列乳化剂中的一种或几种。

所用反相乳液按下述方法得到：将丙烯酰胺与阴离子单体溶于水中并作为水相，乳化剂溶于油相中并作为油相，将油相与水相混合剪切5分钟至10分钟，通氮除氧，在10℃至15℃时，加引发剂升温至40℃至50℃，保温4小时至6小时，得到油包水型反相乳液。引发剂可选用过硫酸铵、溴酸钾和偶氮二异丁腈中的一种。

上述免混配变粘浓缩压裂液按下述制备方法得到：在所需量的反相乳液中加入所需量悬浮剂并混合均匀，然后在5分钟至10分钟之内加入所需量的水溶性聚合物A并混合均匀后，得到免混配变粘浓缩压裂液。

实施例所述该免混配变粘浓缩压裂液中，聚合物有效含量大于40%，油相有效含量小于25%，将所述免混配变粘浓缩压裂液静置6个月后，均无固液分离现象；用现场配水将所述该免混配变粘浓缩压裂液溶解时，溶解时间短；配制成压裂液时，所用的免混配变粘浓缩压裂液占比小，且具有较好的减阻效果。

下面以具体的实施例1至5进行说明。

实施例1：该免混配变粘浓缩压裂液，按下述方法制得：

丙烯酰胺及丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于水中，司盘-80、OP-10溶于柴油中，油水混合剪切5分钟，通氮除氧，10℃滴加过硫酸铵升温至40℃，保温5小时，得到油包水反相乳液；在上述反相乳液中聚合物占总质量的30%；司盘80、OP-10共占总质量的3%；柴油占总质量的20%；水占总质量的47%；反相乳液中加入有机改性膨润土，以300rpm的速度搅拌30分钟，然后在10分钟之内加入粒径为150μm的阴离子聚丙烯酰胺和羟丙基胍胶，以450rpm的速度搅拌40分钟，得到免混配变粘浓缩压裂液。

在上述免混配变粘浓缩压裂液的制备过程中，反相乳液占总质量的80%；悬浮剂占总质量的2%；聚合物占总质量的18%。

最终得到的免混配变粘浓缩压裂液中，聚合物有效含量为44%，油相含量16%。将制备好的浓缩免混配变粘浓缩压裂液进行检验：静置6个月后，无固液分离现象；用现场配水将免混配变粘浓缩压裂液溶解，溶解时间28s，配制成压裂液，其中免混配变粘浓缩压裂液占总质量的0.1%，测得减阻率为71%。

实施例2：该免混配变粘浓缩压裂液，按下述方法制得：

丙烯酰胺及甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于水中，司盘-85、OP-10溶于柴油和矿物油中，油水混合剪切5分钟，通氮除氧，10℃滴加溴酸钾升温至40℃，保温5小时，得到油包水反相乳液；在上述反相乳液中聚合物占总质量的35%；司盘85、OP-10共占总质量的4%；柴油和矿物油共占总质量的22%；水占总质量的39%；反相乳液中加入有机改性膨润土，以300rpm的速度搅拌30分钟；然后在10分钟之内加入粒径为200μm的非离子聚丙烯酰胺和黄原胶，以450rpm的速度搅拌40分钟，得到免混配变粘浓缩压裂液。

在上述浓缩压裂液的制备过程中，反相乳液占总质量的89%；悬浮剂占总质量的1%；聚合物占总质量的10%。

最终得到的免混配变粘浓缩压裂液中，聚合物有效含量为41.2%，油相含量19.6%。将制备好的免混配变粘浓缩压裂液进行检验：静置6个月后，无固液分离现象；用现场配水将免混配变粘浓缩压裂液溶解，溶解时间19s，配制成压裂液，其中免混配变粘浓缩压裂液占总质量的0.1%，测得减阻率为73%。

实施例3：该免混配变粘浓缩压裂液，按下述方法制得：

丙烯酰胺及丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮溶于水中，司盘-80、TX-10溶于白油中，油水混合剪切5分钟，通氮除氧，10℃滴加偶氮二异丁腈升温至40℃，保温5小时，得到油包水反相乳液；在上述反相乳液中聚合物占总质量的40%；司盘80、TX-10共占总质量的5%；白油占总质量的25%；水占总质量的30%；反相乳液中加入有机改性膨润土，以300rpm的速度搅拌30分钟；然后在10分钟之内加入粒径为180μm的两性离子聚丙烯酰胺、羧甲基胍胶和黄原胶，以450rpm的速度搅拌40分钟，得到免混配变粘浓缩压裂液。

在上述免混配变粘浓缩压裂液的制备过程中反相乳液占总质量的85%；悬浮剂占总质量的1.5%；聚合物占总质量的13.5%。

最终得到的免混配变粘浓缩压裂液中，聚合物有效含量为47.5%，油相含量21%。将制备好的免混配变粘浓缩压裂液进行检验：静置6个月后，无固液分离现象；用现场配水将免混配变粘浓缩压裂液溶解，溶解时间24s，配制成压裂液，其中免混配变粘浓缩压裂液占总质量的0.1%，测得减阻率为73%。

实施例4：该免混配变粘浓缩压裂液，按下述方法制得：

丙烯酰胺及甲基丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮溶于水中，司盘-85、吐温-80、OP-10溶于白油和异构烷烃油中，油水混合剪切5分钟，通氮除氧，10℃滴加偶氮二异丁腈升温至40℃，保温5小时，得到油包水反相乳液；在上述反相乳液中聚合物占总质量的45%；司盘-85、吐温-80、OP-10共占总质量的6%；白油和异构烷烃油共占总质量的30%；水占总质量的19%；反相乳液中加入有机改性膨润土，以300rpm的速度搅拌30分钟；然后在10分钟之内加入粒径为120μm的两性离子聚丙烯酰胺、疏水缔合聚丙烯酰胺和胍胶，以450rpm的速度搅拌40分钟，得到免混配变粘浓缩压裂液。

在上述免混配变粘浓缩压裂液的制备过程中反相乳液占总质量的75%；悬浮剂占总质量的2.5%；聚合物占总质量的22.5%。

最终得到的免混配变粘浓缩压裂液中，聚合物有效含量为56%，油相含量22.5%。将制备好的免混配变粘浓缩压裂液进行检验：静置6个月后，无固液分离现象；用现场配水将免混配变粘浓缩压裂液溶解，溶解时间25s，配制成压裂液，其中免混配变粘浓缩压裂液占总质量的0.1%，测得减阻率为72%。

实施例5：该免混配变粘浓缩压裂液，按下述方法制得：

丙烯酰胺及丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮溶于水中，司盘-85、吐温-60、TX-10溶于异构烷烃油和脱芳烃溶剂油中，油水混合剪切5分钟，通氮除氧，10℃滴加过硫酸铵升温至40℃，保温5小时，得到油包水反相乳液；在上述反相乳液中聚合物占总质量的50%；司盘-85、吐温-60、TX -10共占总质量的8%；异构烷烃油和脱芳烃溶剂油共占总质量的34%；水占总质量的8%；反相乳液中加入有机改性膨润土，以300rpm的速度搅拌30分钟；然后在10分钟之内加入粒径为100μm的疏水缔合聚丙烯酰胺、羟丙基胍胶和香豆胶，以450rpm的速度搅拌40分钟，得到免混配变粘浓缩压裂液。

在上述浓缩压裂液的制备过程中反相乳液占总质量的70%；悬浮剂占总质量的3%；聚合物占总质量的27%。

最终得到的免混配变粘浓缩压裂液中，聚合物有效含量为62%，油相含量23.8%。将制备好的免混配变粘浓缩压裂液进行检验：静置6个月后，无固液分离现象；用现场配液水将免混配变粘浓缩压裂液溶解，溶解时间27s，配制成压裂液，其中免混配变粘浓缩压裂液占总质量的0.1%，测得减阻率为75%。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (9)

1.一种免混配变粘浓缩压裂液，其特征在于按质量百分比计包括反相乳液70%至89%，水溶性聚合物A 10%至30%，悬浮剂1%至3%。

2.根据权利要求1所述的免混配变粘浓缩压裂液，其特征在于水溶性聚合物A选用阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺、疏水缔合聚丙烯酰胺中的一种或几种；或/和，水溶性聚合物A选用胍胶、黄原胶、香豆胶及其改性物中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的免混配变粘浓缩压裂液，其特征在于水溶性聚合物A颗粒的平均粒径为100μm至200μm，分子量为1000万至3000万。

4.根据权利要求1或2或3所述的免混配变粘浓缩压裂液，其特征在于反相乳液按质量百分比计包括水溶性聚合物B 30%至50%，油相20%至34%，乳化剂3%至8%，余量为水；水溶性聚合物B属于阴离子聚丙烯酰胺，水溶性聚合物B的阴离子单体选用丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和乙烯基吡咯烷酮中一种或几种；油相选用矿物油、汽油、煤油、柴油、润滑油、白油、异构烷烃油和脱芳烃溶剂油中的一种或几种；乳化剂选用司盘系列、吐温系列、OP系列和TX系列乳化剂中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的免混配变粘浓缩压裂液，其特征在于反相乳液按下述方法得到：将丙烯酰胺与阴离子单体溶于水中并作为水相，乳化剂溶于油相中并作为油相，将油相与水相混合剪切5分钟至10分钟，通氮除氧，在10℃至15℃时，加引发剂升温至40℃至50℃，保温4小时至6小时，得到油包水型反相乳液。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的免混配变粘浓缩压裂液，其特征在于悬浮剂选用有机季铵盐改性的膨润土。

7.根据权利要求4所述的免混配变粘浓缩压裂液，其特征在于悬浮剂选用有机季铵盐改性的膨润土。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的免混配变粘浓缩压裂液，其特征在于按下述方法得到：在所需量的反相乳液中加入所需量悬浮剂并混合均匀，然后在5分钟至10分钟之内加入所需量的水溶性聚合物A并混合均匀后，得到免混配变粘浓缩压裂液。

9.一种根据权利要求1至7任意一项所述的免混配变粘浓缩压裂液的制备方法，其特征在于按下述方法进行：在所需量的反相乳液中加入所需量悬浮剂并混合均匀，然后在5分钟至10分钟之内加入所需量的水溶性聚合物A并混合均匀后，得到免混配变粘浓缩压裂液。