一体化自交联乳液型压裂液增稠剂、其制备方法及应用技术

一种一体化自交联乳液型压裂液增稠剂、其制备方法及应用，所述一体化自交联乳液型压裂液增稠剂按质量百分比计，包括如下各原料组合物：油溶性溶剂35～50％；去离子水26～30％；增粘单体12～15％；改性单体5～8％；阴离子乳化活性单体2～3％；阳离子季铵盐型单体2～3％；阴离子乳化剂0.5～1％；非离子乳化剂2.5～4％。本发明专利技术的产品环保低耗，使用方便，具有超快速溶性、优异的耐盐和耐温能力、溶解后自交联性、自交联后具有优异的耐剪切性和高温高砂比悬砂性、有利于环境保护和储层保护、满足降阻携砂一体化应用的特点。

Integrated self crosslinking emulsion type fracturing fluid thickener, preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一体化自交联乳液型压裂液增稠剂、其制备方法及应用
本专利技术涉及油田化学品中的压裂液增稠剂，属于压裂增产
，更具体地涉及一体化自交联乳液型压裂液增稠剂、原料组合物、其制备方法及应用。
技术介绍
压裂的目的是在地层中形成具有导流能力的裂缝，采用的压裂液在很大程度上决定了压裂效果。同时对压裂液的粘度有一定的要求，使其在压裂后能成为低粘度的流体而容易返排，以避免对地层中的油气层造成损坏。目前采用的压裂液包括水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、增能压裂液和干法压裂液等，其中水基压裂液具有成本低、安全性较高等优点，目前使用最为广泛。国内水基压裂液占整个压裂液体系的90％以上。压裂液增稠剂是水基压裂液中最主要的添加剂，其发展经历了半个世纪，但是性能更好的压裂液增稠剂一直是国内外学者的发展方向。随着石油开采技术的不断发展和开采难度的增加，如在高温深井、高矿化度水等环境中，对压裂液增稠剂提出了更新更高的要求。目前使用的增稠剂原料有植物胶及其衍生物、粘弹性表面活性剂、合成聚合物等。与天然聚合物相比，合成聚合物具有增稠能力强、破胶性能好、残渣少等特点。传统的合成聚合物增稠剂缺点是耐温耐盐性差、剪切稳定性差，为了使聚合物类压裂液性能提高，主要方法是引入疏水缔合单体，增加聚合物增稠剂分子内主链的分子刚性，同时使分子间产生一定强度的缔合作用以增强网状结构，故可提高耐温耐盐和耐剪切性能。合成聚合物增稠剂成为近年来国内外科研人员的科研新课题和热门研究方向。传统的合成聚合物类压裂液增稠剂以固体粉末状为主，由于粉末状聚合物在使用时配制溶液溶解速度慢，即使速溶产品也需要一定的溶解时间，在配制基液时不仅增加工作量导致使用不方便和成本增加，而且会使产品剪切降解，影响产品的使用效果。同时，施工过程中还需使用交联剂进行交联以携砂，交联效果不稳定可控性差，导致砂比偏低携砂量不足，造成增产效果不理想甚至变差。同时，粉末状聚合物由于其速溶性慢和交联要求等自身性能限制，无法较好地满足低浓度降阻和高浓度携砂的一体化操作。另外，常规聚丙烯酰胺乳液等乳液型压裂液增稠剂，通常配制低浓度滑溜水使用，砂比低砂量少，交联条件苛刻难以配制携砂液。因此，研发既满足降阻携砂一体化，又无需交联剂交联的新型反相乳液聚合方法合成的乳液型压裂液增稠剂作为一种创新性研究格外受到重视。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一体化自交联乳液型压裂液增稠剂及其制备方法，以期至少部分地解决上述现有技术中存在的相关技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种一体化自交联乳液型压裂液增稠剂原料组合物，其特征在于，所述一体化自交联乳液型压裂液增稠剂原料组合物按质量百分比计，包括如下各原料组分：油溶性溶剂35～50％；去离子水26～30％；增粘单体12～15％；改性单体5～8％；阴离子乳化活性单体2～3％；阳离子季铵盐型单体2～3％；阴离子乳化剂0.5～1％；非离子乳化剂2.5～4％。作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种一体化自交联乳液型压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于，所述一体化自交联乳液型压裂液增稠剂通过如上所述的一体化自交联乳液型压裂液增稠剂原料组合物来制备；所述制备方法包括如下步骤：(1)保持反应容器内温度30～40℃，在反应容器中加入配方量的去离子水，再依次加入配方量的增粘单体、改性单体、阴离子乳化活性单体和阳离子季铵盐型单体，充分分散，使单体完全溶解；(2)向反应容器内依次加入配方量的油溶性溶剂、阴离子乳化剂和非离子乳化剂，充分溶解后，使其乳化1～2h；(3)在保护气体氛围下，加入引发剂进行引发，将反应体系升温至80～90℃，控制在此温度下反应12～16h，全程控制反应容器内压力≤0.4MPa；(4)反应结束后，冷却降温至20～30℃，得到所述一体化自交联乳液型压裂液增稠剂。作为本专利技术的再一个方面，还提供了一种根据如上所述的一体化自交联乳液型压裂液增稠剂的制备方法制备得到的一体化自交联乳液型压裂液增稠剂。作为本专利技术的还一个方面，还提供了一种如上所述的一体化自交联乳液型压裂液增稠剂在油田低浓度降阻和高浓度携砂方面的应用。此外，在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意变化和/或组合，即得本专利技术各较佳的实施例。基于上述技术方案可知，本专利技术的技术方案相对于现有技术能够取得下述积极进步效果：本专利技术的产品环保低耗，使用方便，具有超快速溶性、优异的耐盐和耐温能力、溶解后自交联性、自交联后具有优异的耐剪切性和高温高砂比悬砂性、有利于环境保护和储层保护、满足降阻携砂一体化应用的特点。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的研发人员在研发过程中逐渐认识到：①传统的合成聚合物增稠剂缺点是耐温耐盐性差、剪切稳定性差，为了使聚合物类压裂液性能提高，需要引入各类改性单体如疏水缔合单体和成环单体等，增加聚合物增稠剂分子内主链的分子刚性，同时使分子间产生一定强度的缔合作用以增强网状结构，故可提高耐温耐剪切性能；②由于粉末状合成聚合物需要专用的配液设备以搅拌和循环溶解，故在配制基液时不仅增加工作量导致使用不方便和成本增加，而且会使产品剪切降解影响产品性能，相比之下，乳液型压裂液增稠剂使用方便，可以在线连续混配，不需要使用配液设备；③粉末状合成聚合物和常规乳液型压裂液增稠剂由于配制携砂液时均需要使用配套交联剂进行交联，同时交联时还可能需要调节酸碱性，交联要求条件比较苛刻，导致无法较好地满足低浓度降阻和高浓度携砂的一体化操作。有鉴于此，亟需设计一种自交联压裂液增稠剂，创造性的解决这个难题，满足一体化现场应用的需求。为此，本专利技术的研发人员经过系统的理论论证、大量的实验探究和深入的现场应用设备和工艺调研，最终认为应设计一种合成压裂液增稠剂，满足：自身为改性聚合物，以具有优异的压裂液性能；乳液化形态，以满足在线连续混配；自交联方式，以满足减阻携砂一体化应用。由此才能满足现阶段压裂现场技术发展过程中对压裂液增稠剂的进一步要求。本专利技术的申请人北京爱普聚合科技有限公司长期专注油田专用聚合物的分子结构设计、室内合成、中试研究和规模化生产，经过多年的创新研发，积累了丰富经验。针对乳液型压裂液增稠剂速溶性、耐盐性、耐温耐剪切性和自交联性进行自主研究和创新，公司研发团队对乳液型压裂液增稠剂的合成机理和产品性能进行深入研究，同时创造性地运用多种功能性单体和多种特色乳化剂，不断创造性地尝试和改进，最终成功制备了满足现场应用所需的一体化自交联乳液型压裂液增稠剂产品。具体地，在制备方法上，向一体化自交联乳液型压裂液增稠剂中引入了白油、硅油和石油醚中的任意一种或两种以上的组合作为油溶性溶剂；引入了丙烯酰胺、丙烯酸钠、丙烯酸钾中的任意一种或两种以上和2-丙酰胺基-2-甲基丙磺酸钠按(6～8)∶1比例的组合作为增粘单体；引入了N-乙烯基吡咯烷酮和N-十六烷基丙烯酰胺按(0.5～2)∶1比例的组合作为改性单体参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一体化自交联乳液型压裂液增稠剂原料组合物，其特征在于，所述一体化自交联乳液型压裂液增稠剂原料组合物按质量百分比计，包括如下各原料组分：/n油溶性溶剂35～50％；/n去离子水26～30％；/n增粘单体12～15％；/n改性单体5～8％；/n阴离子乳化活性单体2～3％；/n阳离子季铵盐型单体2～3％；/n阴离子乳化剂0.5～1％；/n非离子乳化剂2.5～4％。/n

【技术特征摘要】
1.一体化自交联乳液型压裂液增稠剂原料组合物，其特征在于，所述一体化自交联乳液型压裂液增稠剂原料组合物按质量百分比计，包括如下各原料组分：
油溶性溶剂35～50％；
去离子水26～30％；
增粘单体12～15％；
改性单体5～8％；
阴离子乳化活性单体2～3％；
阳离子季铵盐型单体2～3％；
阴离子乳化剂0.5～1％；
非离子乳化剂2.5～4％。


2.根据权利要求1所述的一体化自交联乳液型压裂液增稠剂组合物，其特征在于，所述油溶性溶剂包括白油、硅油和石油醚中的任意一种或两种以上的组合；
作为优选，所述增粘单体包括丙烯酰胺、丙烯酸钠、丙烯酸钾中的任意一种或两种以上与2-丙酰胺基-2-甲基丙磺酸钠按(6～8)∶1比例的组合；
作为优选，所述改性单体包括N-乙烯基吡咯烷酮与N-十六烷基丙烯酰胺按(0.5～2)∶1比例的组合；
作为优选，所述阴离子乳化活性单体包括对苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠、乙烯基磺酸钠和甲基丙烯磺酸钠中的任意一种或两种以上的组合；
作为优选，所述阳离子季铵盐型单体包括丙烯酸二甲氨基乙酯季铵盐和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵盐中的任意一种或两种的组合；
作为优选，所述阴离子乳化剂包括十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或两种的组合；
作为优选，所述非离子乳化剂包括司盘类乳化剂、吐温类乳化剂与异构长碳链醇聚氧乙烯醚按(6～10)∶1∶1比例的组合；
作为优选，所述司盘类乳化剂选自司盘60、司盘80和司盘85中的任意一种或两种以上的组合；
作为优选，所述吐温类乳化剂选自吐温20、吐温40、吐温60和吐温80中的任意一种或两种以上的组合；
作为优选，所述异构长碳链醇聚氧乙烯醚选自异构十醇聚氧乙烯醚和异构十三醇聚氧乙烯醚中的任意一种或两种的组合。


3.一体化自交联乳液型压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于，所述一体化自交联乳液型压裂液增稠剂通过如权利要求1或2所述的一体化自交联乳液型压裂液增稠剂原料组合物来制备；所述制备方法包括如下步骤：
(1)保持反应容器内温度30～40℃，在反应容器中加入配方量的去离子水，再依次加入配方量的增粘单体、改性单体、阴离子乳化活性单体和阳离子季铵盐型单体，充分分散，使单体完全溶解；
(2)向反应容器内依次加入配方量的油溶性溶剂、阴离子乳化剂和非离子乳化剂，充分溶解后，使其乳化1～2h；
(3)在保护气体氛围下，加入引发剂进行引发，将反应体系升温至80～90℃，控制在此温度下反应12～16h，全程控制反应容器内压力≤0.4MPa；
(4)反应结束后，冷却降温至20～30℃，得到所述一体化自交联乳液型压裂液增稠剂。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑焰，白小丹，罗于建，
申请(专利权)人：北京爱普聚合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11