一种一体化生物复合乳液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一体化生物复合乳液及其制备方法，主要组分包括：水解度控制单体、AM、高抗盐单体、微电荷单体、改性小分子生物单体、复合乳化剂、刺激响应功能材料、轻质白油、水。主要控制条件为：水解度40～50％，油水比1.2:1～1.3:1，HLB值5～6，反应单体浓度30～35％，搅拌速率400～500r/min，反应温度20～35℃，聚合

【技术实现步骤摘要】
一种一体化生物复合乳液及其制备方法


[0001]本专利技术涉及油气藏增产
，具体涉及一种一体化生物复合乳液及其制备方法。

技术介绍

[0002]本世纪初，滑溜水体积压裂技术在美国逐渐成熟并开始全面应用，在10～20年的时间里，随着中国非常规油气藏的大规模开发，国内各大油田相继使用滑溜水压裂液减阻剂(乳液聚合物)，普遍具有稳定性好、减阻效果显著、使用方便等特点，可在线混配并连续化施工，明显提高了压裂施工的规模和效率。然而，非常规油气开发无法仅仅依靠滑溜水减阻剂来解决相关问题并保证相关技术的顺利实施，不具备可操作性，主要体现在：一、施工压力高，加砂难度大的地层，压裂过程中需要通过调整压裂液粘度来实现裂缝控制，达到最大限度地提高裂缝复杂性及改造体积的目标；二、“控液增砂”的前提下，要求使用即使在低粘度下也具有优良携砂性能的压裂液；三、常规压裂液助剂种类多，严重限制了现场一体化施工的可操作性和施工效率；四、随着压裂开发的不断进行，压裂返排液重复利用将成为常态，对压裂液稠化剂要求越来越高；五、乳液材料储存运输所需的高稳定性与使用所需的快速破乳溶解性之间突出矛盾不容忽视。以上几点也正是非常规油气藏开发实现“高效化”、“一体化”和“清洁化”目标所面临的主要问题和重大挑战。
[0003]近几年发展起来的聚丙烯酰胺聚合物乳液，尤其是生物复合乳液、生物胶等普遍具有粘度可调、在线成胶、降阻性能好、破胶彻底、低残渣、低伤害等特点，但多数在应用过程中也存在水质要求高、稳定性不够、使用成本高、耐温耐盐性能差、溶胀速度不够、携砂性能差等缺点，严重限制了该项技术的推广和规模化应用。
[0004]专利CN108048067A公开了一种压裂用生物胶的制备方法，以生物表面活性剂与丙烯酰胺通过乳液聚合而制得生物胶。然而所制得乳液增黏效果不佳且抗盐性能较差，并且粘弹性差，难以满足压裂施工需求。专利CN103436246A、CN105586026A所公开的生物胶压裂液体系也存在所需添加剂种类多、用量大，并存在耐温能力差、携砂性能差等缺陷。专利CN113549443A公开了一种生物胶压裂液稠化剂及其制备方法，通过反相乳液聚合的方式引入生物单体进行改性，提升稠化剂增黏效果和抗盐性能，体系中需引入反相剂才能保证乳液正常破乳溶解，提高液体成本的同时，乳液稳定性也无法保证。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术存在的问题，提供了一种一体化生物复合乳液及其制备方法，所述一体化生物复合乳液具有稳定性好，溶解速度快，溶胀性能好，耐温耐剪切、耐盐性能优良等特点，在致密气、煤层气、页岩气等非常规油气藏一体化在线压裂施工方面具有巨大优势和应用前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种一体化生物复合乳液，以总重量份数100份计，包括水
解度控制单体10～12.5份、丙烯酰胺(AM)12.5～15份、高抗盐单体3～4份、微电荷单体1.5～2份、改性小分子生物单体0.5～1.2份、复合乳化剂5～6份、刺激响应功能材料0～1.2份、轻质白油30～38份、去离子水25～30份。
[0008]另一方面，本专利技术提供了上述一体化生物复合乳液的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1、聚合水相制备：向去离子水中加入水解度控制单体、AM、高抗盐单体和改性小分子生物单体，制备聚合水相，待用；向去离子水中加入微电荷单体，制得微电荷单体溶液，放置备用；
[0010]S2、连续相制备：将白油、复合乳化剂混合，搅拌均匀，加入刺激响应材料，制得连续相，待用；
[0011]S3、乳化反应液制备：将聚合水相与连续相混合，搅拌、乳化剪切，加入微电荷单体溶液，搅拌、乳化剪切，制得乳化反应液；
[0012]S4、聚合反应：
[0013]S4
‑
1、引发剂制备：用去离子水分别配置浓度为3％的引发剂1号溶液和浓度为5％的引发剂2号溶液，备用；
[0014]S4
‑
2、反应条件控制：控制搅拌速度、通氮气速度和反应釜温度；
[0015]S4
‑
3、聚合过程控制：向乳化反应液中一次性加入引发剂1号溶液，缓慢滴加引发剂2号溶液；
[0016]S4
‑
4、引发剂控制：控制反应升温速度保持在10
‑
15s/0.1℃之间，升温控制最高在35
±
1℃；
[0017]S5、后燃烧：用去离子水制备浓度为10％的引发剂2号溶液，聚合反应一定时间后加入引发剂2号溶液，反应完成后制得一体化生物复合乳液。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019](1)通过大量的实验摸索，对聚合过程和聚合条件进行精准控制，形成了成熟的工业化生产工艺技术路线，制备的一体化生物复合乳液均匀，性能稳定，分子量可达1100万；
[0020](2)聚合物分子中引入小分子生物单体和微电荷交联单体，利用小分子生物胶增粘能力强和粘弹特性，疏水缔合和微电荷交联作用，显著提高聚合物的溶胀性能、耐盐性能以及溶液的耐温耐剪切、粘弹性能和携砂性能；
[0021](3)引入小分子生物单体后，乳液具有较低的临界缔合浓度，可以显著降低产品用量，对压裂液抗盐和增粘性能具有重要作用；
[0022](4)生物复合乳液在存储运输时非常稳定，使用时利用配液水中pH和无机盐等刺激作用，迅速发生转相破乳、快速溶解(乳液在1.7万ppm的盐水中10s内破乳溶解)，解决了储存运输所需的高稳定性和使用时快速破乳溶解性的突出矛盾，避免反相剂的使用；
[0023](5)本专利技术制备的一体化生物复合乳液，能在水中迅速分散溶胀，特别适合在线压裂施工，在低用量下(0.1～0.3％)具有优良的降阻性能，在高用量下(0.8～2.0％)具有优良的耐温耐剪切性能和携砂性能，浓度为1.6％时作为携砂胶液，在150℃下剪切90min，粘度仍保持50mPa
·
s以上；
[0024](6)一体化生物复合乳液集低粘度降阻、高粘弹性携砂、助排、防膨等多种功能于一体；
[0025](7)乳液耐盐性能好，并且对复杂水质兼容性强，采用多个区块返排液配制的压裂
液性能变化小，完全能满足返排液重复利用和一体化在线压裂施工的要求；
[0026](8)一体化生物复合乳液采用无毒化学物质合成，原材料易得，价格适中，生产工艺简单易操作，技术路线成熟，产品性能稳定，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的一体化生物复合乳液的制备流程。
[0028]图2为本专利技术的一体化生物复合乳液与常规聚丙烯酰胺乳液的对比展示。
[0029]图3为本专利技术的一体化生物复合乳液溶解性能。
[0030]图4为本专利技术的一体化生物复合乳液溶胀性能及临界缔合浓度测试。
[0031]图5为本专利技术的一体化生物复合乳液配制的清水压裂液流变性能测试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化生物复合乳液的制备方法，其原料包括水解度控制单体、AM、高抗盐单体、微电荷单体、改性小分子生物单体、复合乳化剂、刺激响应功能材料、轻质白油和去离子水；所述方法包括如下步骤：S1、聚合水相制备：向去离子水中加入水解度控制单体、AM、高抗盐单体和改性小分子生物单体，制备聚合水相，待用；向去离子水中加入微电荷单体，制得微电荷单体溶液，放置备用；S2、连续相制备：将轻质白油、复合乳化剂混合，搅拌均匀，加入刺激响应功能材料，制得连续相，待用；S3、乳化反应液制备：将聚合水相与连续相混合，搅拌、乳化剪切，加入微电荷单体溶液，搅拌、乳化剪切，制得乳化反应液；S4、聚合反应：S4
‑
1、引发剂制备：用去离子水分别配置引发剂1号溶液和引发剂2号溶液，备用；S4
‑
2、反应条件控制：控制搅拌速度、通氮气速度和反应釜温度；S4
‑
3、聚合过程控制：向乳化反应液中一次性加入引发剂1号溶液，缓慢滴加引发剂2号溶液；S4
‑
4、引发剂控制：控制反应升温速度保持在10
‑
15s/0.1℃之间，升温控制最高在35
±
1℃；S5、后燃烧：用去离子水制备引发剂2号溶液，聚合反应一定时间后加入引发剂2号溶液，反应完成后制得一体化生物复合乳液。2.根据权利要求1所述的一体化生物复合乳液的制备方法，其特征在于：所述原料以总重量份数100份计，包括水解度控制单体10～12.5份、AM12.5～15份、高抗盐单体3～4份、微电荷单体1.5～2份、改性小分子生物单体0.5～1.2份、复合乳化剂5～6份、刺激响应功能材料0～1.2份、轻质白油30～38份、去离子水25～30份；优选地，水解度控制单体12.5份、AM 12.5份、高抗盐单体3份、微电荷单体1.5份、改性小分子生物单体1份、复合乳化剂6份、刺激响应功能材料1份、轻质白油34份、去离子水28.5份。3.根据权利要求1所述的一体化生物复合乳液的制备方法，其特征在于：所述水解度控制单体为丙烯酸钠、丙烯酸钾、甲基丙烯酸钠中的一种；优选丙烯酸钠；所述高抗盐单体为AMPS钠盐、对苯乙烯磺酸钠、四苯乙烯基双磺酸钠盐、十二烷基乙烯基双磺酸钠的一种或两种；优选AMPS钠盐；所述微电荷单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、N,N
‑
二甲基
‑
N
‑
苄基
‑
N
‑
丙烯酰胺基氯化铵、二烯丙基甲基十六烷基溴化铵、2
‑
甲基丙烯酰氧乙基
‑
二甲基十二烷基溴化铵中的一种；优选二烯丙基甲基十六烷基溴化铵；所述改性小分子生物单体由微生物发酵产生的水溶性多糖改性而成，改性原料为D
‑
葡萄糖、D
‑
葡萄糖醛酸、D
‑
甘露糖、L
‑
山梨糖和L
‑
鼠李糖中的一种；优选D
‑
葡萄糖；所述复合乳化剂由Span
‑
80与OP
‑
10或Span
‑
80与MOA
‑
3复配而成，复配比例分别为3.5:1～4.5:1和2:1～3:1；优选为4:1和2.5:1；所述刺激响应功能材料为聚(4
‑
乙烯基吡啶)/SiO2纳米颗粒、聚乙烯基咪唑/SiO2纳米颗粒、聚磺基甜菜碱甲基丙烯酰胺嵌段共聚物/SiO2纳米颗粒、脱乙酰壳聚糖纳米颗粒中的
一种；优选聚(4
‑
乙烯基吡啶)/SiO2纳米颗粒；所述轻质白油为符合《NBSHT 0913
‑
2015轻质白油行业标准》中规定的轻质白油(Ⅰ)W1‑
20、W1‑
30、W1‑
40、W1‑
60、W1‑
70中的一种；优选W1‑
30。4.根据权利要求1所述的一体化生物复合乳液的制备方法，其特征在于：所述引发剂1号为过硫酸钾、过硫酸铵中的一种，所述引发剂2号为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠中的一种。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一体化生物复合乳液的制备方法，其特征在于：步骤S1中，制备聚合水相时，所需去离子水为去离子水总量的90％，体系温度控制在20
±
0.5℃左右；制备微电荷单体溶液时，所需去离子水为去离子水总量的5％；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜良军，林波，孟军，贾振福，严向阳，杨立君，王捷，陈恒，陈宗利，葛熠，王愉，屈川，秦鹏，
申请(专利权)人：四川申和新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：