一种具有自修复性能的超分子压裂液及其制备方法技术

本申请公开了一种具有自修复性能的超分子压裂液，按质量百分比由以下组分组成：非离子单体2％～5％，功能性单体0.1％～0.6％，其它组分再按非离子单体的质量百分比计算：交联剂0.05％～0.08％，引发剂1％～5％；余量为去离子水。其制备方法是向反应釜中依次加入各组分进行水溶液多元共聚制得超分子压裂液。本申请超分子压裂液具有良好的自修复性能：受到剪切破坏后，超分子压裂液黏度修复率达到81％以上，黏弹性能修复率达到95％以上，并保持较好的携砂性能，满足水力压裂作业需求。

A supramolecular fracturing fluid with self-repairing property and its preparation method

This application discloses a supramolecular fracturing fluid with self-repairing property, which is composed of the following components according to the mass percentage: non-ionic monomer 2%-5%, functional monomer 0.1%-0.6%, other components calculated according to the mass percentage of non-ionic monomer: crosslinking agent 0.05%-0.08%, initiator 1%-5%, residual deionized water. The preparation method is to prepare supramolecular fracturing fluid by adding each component in turn to the reactor for multicomponent copolymerization of aqueous solution. The application supramolecular fracturing fluid has good self-repairing performance: after shear damage, the viscosity repairing rate of supramolecular fracturing fluid reaches more than 81%, the viscoelastic repairing rate reaches more than 95%, and maintains good sand-carrying performance to meet the requirements of hydraulic fracturing operation.

【技术实现步骤摘要】
一种具有自修复性能的超分子压裂液及其制备方法
本申请涉及油田化学品及精细化学
，具体地说，涉及一种具有自修复性能的超分子压裂液及其制备方法。
技术介绍
伴随着非常规油气资源的勘探发现和开采技术的快速进步，水力压裂逐渐成为引领全球非常规油气大规模开发的重要技术，压裂液性能的好坏将直接影响水力压裂作业的效果。在水力压裂过程中，泵注设备以很高的泵注速率将压裂液由储液罐经地面管线、井筒、射孔孔眼注入人工裂缝中，压裂液起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用，黏度、黏弹性、携砂性能是压裂液重要性能指标。在井筒和射孔孔眼处，压裂液经受高速剪切作用，随着压裂液流入人工裂缝，其受到的剪切作用减弱。常规压裂液以植物胶或聚合物为稠化剂，在高速剪切作用下压裂液内部的网状结构受到不可逆破坏，黏度、黏弹性大幅降低，压裂液携砂性能随之减弱，导致支撑剂不能输送到预定位置，甚至在近井地带发生砂堵，严重影响水力压裂施工效果。因此，研发具有良好自修复性能的压裂液是当务之急，保证经受高速剪切的压裂液进入人工裂缝后能快速恢复其黏度、黏弹性、携砂性能，避免支撑剂快速沉降在近井地带，并将支撑剂输送到裂缝远端，保障水力压裂施工顺利进行。压裂施工常用的有机硼交联压裂液体系具有一定的剪切恢复性，但存在耐温低(＜120℃)、仅适用于碱性环境(pH＞8)、残渣含量高、对储层伤害大的缺点。近年来，基于超分子化学理念，“动态可逆”自修复体系受到广泛关注。通过非共价键(静电作用、氢键、疏水作用等)相互作用形成链断间的聚集结构，这种结构随剪切扰动而变化，当剪切扰动消除后，又可以重新恢复至初始结构，这样的自修复性能可以弥补压裂液体系在输送过程中黏度的损失，使得体系保持高黏度状态。目前，针对聚合物与表面活性剂形成的超分子压裂液开展了大量研究，但表面活性剂成本高、耐温低的缺点限制了此类超分子压裂液的广泛使用，且少有对压裂液破坏后自修复性能的研究，不清楚其是否具备自修复性能。
技术实现思路
有鉴于此，本申请针对现有超分子压裂液自修复性能差的问题，提供了一种具有自修复性能的超分子压裂液及其制备方法。为了解决上述技术问题，本申请公开了一种具有自修复性能的超分子压裂液，按质量百分比由以下组分组成：非离子单体：2％～5％；功能性单体：0.1％～0.6％；其它组分再按非离子单体的质量百分比计算：交联剂：0.05％～0.08％；引发剂：1％～5％；余量为去离子水。进一步地，非离子单体为丙烯酰胺或改性丙烯酰胺。进一步地，功能性单体为羟丙基胍胶或羧甲基羟丙基胍胶。进一步地，交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。进一步地，引发剂为过硫酸铵。本申请还公开了一种具有自修复性能的超分子压裂液的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，按质量百分比分别称取：非离子单体：2％～5％；功能性单体：0.1％～0.6％；其它组分再按非离子单体的质量百分比计算：交联剂：0.05％～0.08％；引发剂：1％～5％；余量为去离子水；步骤2，向反应釜中加入去离子水与功能性单体，搅拌18～22min；步骤3，在搅拌条件下加入非离子单体，搅拌8～15min后加入交联剂，搅拌10～12min后加入引发剂，继续搅拌20～25min使混合溶液达到均匀状态；步骤4，将反应釜温度提高至35～45℃，反应11.5～12.5h即得到超分子压裂液。进一步地，步骤1中非离子单体为丙烯酰胺或改性丙烯酰胺。进一步地，步骤1中功能性单体为羟丙基胍胶或羧甲基羟丙基胍胶。进一步地，步骤1中交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。进一步地，步骤1中引发剂为过硫酸铵。与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：1)本申请引入超分子化学理念，采用双网络可逆结构进行压裂液设计，使得该超分子压裂液在受到高速剪切破坏后结构能够恢复，其性能在一定程度上可恢复到破坏前的水平，黏度修复率达到81％以上，黏弹性能修复率达到95％以上，并保持较好的携砂性能，具有良好的自修复性能。2)本申请超分子压裂液在未添加温度稳定剂的情况下，超分子压裂液耐温耐剪切性能良好，90℃下剪切90分钟后黏度保持在70mPa·s以上，满足行业标准要求。3)由于超分子压裂液在受到高速剪切破坏后仍能保持较高的黏度和良好的黏弹性，因此其在从管线通过射孔孔眼进入地层的全过程中可保持优良的携砂性能，保证支撑剂能够运送到预定位置，形成具有高导流能力的裂缝，提高压裂作业效果。当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本申请实施例1中超分子压裂液与聚丙烯酰胺在破坏前后的黏度变化情况；图2是本申请实施例2中超分子压裂液在剪切破坏前后的黏弹性变化情况；图3是本申请实施例2中聚丙烯酰胺在剪切破坏前后的黏弹性变化情况；图4是本申请实施例3中支撑剂在超分子压裂液和聚丙烯酰胺中的沉降速率对比；图5是本申请实施例4中超分子压裂液在90℃条件下黏度随剪切时间的变化。具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。实施例1一种具有自修复性能的超分子压裂液及其制备方法，由以下质量百分比的原料制成：丙烯酰胺：3％；羧甲基羟丙基胍胶：0.5％；其他组分再按丙烯酰胺的质量百分比计算：N,N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.06％；过硫酸铵：5％；余量为去离子水。制备方法：向反应釜中加入去离子水与羧甲基羟丙基胍胶，搅拌20min；在搅拌条件下加入丙烯酰胺，搅拌10min后加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌10min后加入过硫酸铵，继续搅拌20min使混合物溶液达到均匀状态；搅拌完成后将反应釜温度提高至40℃，反应12h即可得到超分子压裂液。利用HAAKEMARSIII流变仪，对超分子压裂液与等浓度的聚丙烯酰胺(PAM)进行黏度测试；然后，模拟压裂液在注入过程中受到的剪切破坏，测试两种液体受到剪切破坏后的黏度变化，结果如图1所示。在常温条件下剪切1h后，超分子压裂液黏度稳定在465mPa·s，而聚丙烯酰胺的黏度保持在306mPa·s左右。与聚丙烯酰胺相比，超分子压裂液具有更高的初始黏度，表明其具有更好的增稠性能。剪切破坏后，聚丙烯酰胺的黏度为168mPa·s，为初始黏度的55％；超分子压裂液的黏度为377mPa·s，黏度恢复至初始值的81％，表明其具有更加优良的自修复性能。实施例2一种具有自修复性能的超分子压裂液及其制备方法，由以下质量百分比的原料制成：丙烯酰胺：2.5％；羧甲基羟丙基胍胶：0.5％；其他组分再按丙烯酰胺的质量百分比计算：N,N’-亚甲基双丙烯酰胺：0.07％；过硫酸铵：4％；余量为去离子水。制备方法如实施例1。模拟压裂液在注入过程中受到的剪切破坏，用HAAKEMARSIII流变仪测试超分子压裂液与等浓度的聚丙烯酰胺剪切破坏前后的储能模量和耗能模量随时间的变化关系，结果如图2和图3所示。受到剪切破坏后，聚丙烯酰胺的储能模量和耗能模量相较破坏前均出现了大幅度下降，屈服应力从10Pa降低到2Pa；而超分子压裂液的耗能模量可恢复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自修复性能的超分子压裂液，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：非离子单体：2％～5％；功能性单体：0.1％～0.6％；其它组分再按非离子单体的质量百分比计算：交联剂：0.05％～0.08％；引发剂：1％～5％；余量为去离子水。

【技术特征摘要】
1.一种具有自修复性能的超分子压裂液，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：非离子单体：2％～5％；功能性单体：0.1％～0.6％；其它组分再按非离子单体的质量百分比计算：交联剂：0.05％～0.08％；引发剂：1％～5％；余量为去离子水。2.如权利要求1所述的具有自修复性能的超分子压裂液，其特征在于，所述非离子单体为丙烯酰胺或改性丙烯酰胺。3.如权利要求1或2所述的具有自修复性能的超分子压裂液，其特征在于，所述功能性单体为羟丙基胍胶或羧甲基羟丙基胍胶。4.如权利要求3所述的具有自修复性能的超分子压裂液，其特征在于，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。5.如权利要求1、2或4任一项所述的具有自修复性能的超分子压裂液，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵。6.一种具有自修复性能的超分子压裂液的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，按质量百分比分别称取：非离子单体：2％～5％；功能性单体：0.1％～0.6％；其它组分再按非离子单体的质量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：马应娴，熊雨佳，郭建春，赖杰，任冀川，朱智，马乐瑶，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51