一种多功能压裂用乳液型稠化剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及低渗油气资源压裂增产技术领域，更具体地说，涉及一种多功能压裂用乳液型稠化剂及其制备方法。


背景技术：

2.伴随着常规油气藏的大规模开采和消耗，致密砂岩油气、煤层气、页岩油气等低渗透特低渗、深层高温非常规油气资源亟待开发利用。水力压裂技术是广泛应用于低渗、特低渗油气井增产、注水井增注的重要技术手段之一。压裂液是水力压裂过程中的核心工作液，起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。稠化剂是水基压裂液的主体，用以提高水溶液的粘度、降低液体滤失、悬浮和携带支撑剂。
3.稠化剂按来源可以分为植物胶及衍生物、纤维素衍生物和工业合成聚合物几个种类；而按使用类型，稠化剂又可以分为固体粉末型和乳液型。由于胍胶等天然植物胶稠化剂残渣含量高，且依赖进口、价格波动大，同时固体粉末型稠化剂溶解时间长、增稠速度慢，不适合工厂化大规模体积压裂施工，因此近年来，乳液型聚合物稠化剂应用规模越来越大，而对其开发及应用的研究也愈发深入。专利cn 108659809b公开了一种基于连续压裂的浓缩液配制方法，将分散介质、稳定剂、提切剂、降阻剂、乳化剂按顺序依次加入进行配制，所得浓缩液（一种乳液型稠化剂）具备较好的稳定性、粘度及水化速度，适合连续压裂技术。专利cn 106832111b公开了一种多功能滑溜水压裂液减阻剂的制备方法，其利用反相乳液聚合方法，通过引入特殊的官能团物质和乳化剂，开发了一种具有减阻、助排功能的滑溜水减阻剂，不但降低了滑溜水成本，更重要的是缩短配液时间、简化配液程序，极大提高了施工效率。专利cn 108659809b涉及的浓缩液（一种乳液型稠化剂）与专利cn 106832111b涉及的多功能滑溜水压裂液减阻剂相比较，二者均是乳液型聚合物稠化剂，均能实现连续压裂，提高施工效率。但另一方面，由于制备工艺不一样，前者涉及乳液的固含量高于后者，因此在聚合物分子量相当的情况下，前者涉及乳液的增粘效果优于后者；而后者涉及乳液由于聚合物在制备时引入特殊的官能团物质，并加入特殊的乳化剂，因此同时具备减阻、助排两种功能，在功能多样性方面优于前者涉及乳液。
4.综上，现有乳液型聚合物稠化剂存在浓缩液和合成乳液这两种主要类型，前者固含量高、增粘效果好，但不具备助排等其它功能，需要与其它药剂（如助排剂）配合使用；后者固含量低、增粘效果不及浓缩液，但是可以在制备时引入特殊的官能团物质，并加入特殊的乳化剂，具备减阻、助排两种功能，无需配套使用助排剂。这两种乳液型聚合物稠化剂各具优点和缺陷。。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术难题是克服现有压裂用乳液型聚合物稠化剂的不足，提供一种新型多功能压裂用乳液型稠化剂及其制备方法，即在浓缩液较为简单的制备工艺基础上，通过引入具有特殊官能团的改性聚丙烯酰胺及固体助排剂，并与分散剂产生协同作用，
使得制备的压裂用乳液型稠化剂兼具高固含、高效增粘、破乳、助排多种功能。
6.本发明采用如下技术方案予以实现：一种多功能压裂用乳液型稠化剂，由下列组分按质量百分比配制而成：35～55%的改性聚丙烯酰胺，0.5～1%的固体破乳助排剂，1～2%的悬浮剂，1～2%的分散剂，40～60%的有机溶剂。
7.本发明一种多功能压裂用乳液型稠化剂，其中优选所述改性聚丙烯酰胺是由主链单体a、耐温耐盐单体b以及疏水单体c进行聚合反应得到的共聚物；所述主链单体a是丙烯酰胺、丙烯酸中一种物质构成；所述耐温耐盐单体b是2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸、n
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乙烯基乙酰胺、n
‑
乙烯基吡咯烷酮中一种物质构成；所述疏水单体c是对十二烷基苯乙烯、丙烯基苯基醚、n
‑
对丁基苯基丙烯酰胺中一种物质构成；所述主链单体a、耐温耐盐单体b以及疏水单体c聚合反应的摩尔比为1.2:0.8:0.1；所述改性聚丙烯酰胺是固体颗粒，分子量1000万～2000万，目数100～200。
8.所述固体破乳助排剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中一种或几种物质构成，目数100～200。
9.所述悬浮剂是有机膨润土、有机蒙脱土、有机陶土中一种或几种物质构成。
10.所述分散剂是op
‑
4、op
‑
5、op
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6中一种或几种物质构成。
11.所述的一种多功能压裂用乳液型稠化剂，所述有机溶剂是甲醇、柴油、矿物质油中一种或几种物质构成。
12.本发明还提供了一种上述多功能压裂用乳液型稠化剂的制备方法为：在反应釜转速为100～200r/min、温度为50～60℃条件下，依次将有机溶剂、悬浮剂、分散剂、改性聚丙烯酰胺和固体破乳助排剂按比例加入反应釜中，搅拌1～2h至混合均匀，便得到所要制备的产品。
13.本发明提供的一种多功能压裂用乳液型稠化剂，配合清水、油田采出水、压裂返排液、高矿化度地层水、海水等不同水质进行压裂施工，均能达到均为理想的增粘、破乳、助排效果，无论是在实验室按照行业标准《sy/t 5107
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2016 水基压裂液性能评价方法》、《sy/t 5755
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2016 压裂酸化用助排剂性能评价方法》规定的条件下进行压裂液表观粘度、破乳率及破胶液表界面张力测定时，还是在西北某油田致密砂岩区块应用时，本发明压裂用乳液型稠化剂兼具高效增粘、破乳、助排多种功能，优于国内外同类型产品，技术水平达到国内领先。
14.具体实施方式：下面结合具体实施例对本发明的技术方案及技术效果作进一步描述。
15.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
16.实施例1：多功能压裂用乳液型稠化剂a的制备使用5000l反应釜，在转速为100r/min、温度为50℃条件下，依次将2500kg甲醇、50kg有机膨润土、50kg op
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4、2350kg改性聚丙烯酰胺（主链单体a为丙烯酰胺，耐温耐盐单
体b是2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸，疏水单体c是对十二烷基苯乙烯，单体a:单体b:单体c的摩尔比为1.2:0.8:0.1，聚合物分子量为2000万，目数为120目）和50kg十二烷基硫酸钠（目数120）加入反应釜中，搅拌2h至混合均匀，即制得多功能压裂用乳液型稠化剂a。
17.实施例2：多功能压裂用乳液型稠化剂b的制备使用5000l反应釜，在转速为100r/min、温度为50℃条件下，依次将2500kg柴油、50kg有机蒙脱土、50kg op
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5、2350kg改性聚丙烯酰胺（主链单体a为丙烯酰胺，耐温耐盐单体b是n
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乙烯基乙酰胺，疏水单体c是丙烯基苯基醚，单体a:单体b:单体c的摩尔比为1.2:0.8:0.1，聚合物分子量为2000万，目数为120目）和50kg十二烷基磺酸钠（目数120）加入反应釜中，搅拌2h至混合均匀，即制得多功能压裂用乳液型稠化剂b。
18.实施例3：多功能压裂用乳液型稠化剂c的制备使用5000l反应釜，在转速为100r/min、温度为50℃条件下，依次将2500kg矿物质油、50kg有机陶土、50kg op
‑
6、2350kg改性聚丙烯酰胺（主链单体a为丙烯酸，耐温耐盐单体b是n
‑
乙烯基吡咯烷酮，疏水单体c是n
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对丁基苯基丙烯酰胺，单体a:单体b:单体c的摩尔比为1.2:0.8:0.1，聚合物分子量为2000万，目数为120目）和50kg十二烷基苯磺酸钠（目数120）加入反应釜中，搅拌2h至混合均匀，即制得多功能压裂用乳液型稠化剂c。
19.实施例4：多功能压裂用乳液型稠化剂d的制备使用5000l反应釜，在转速为200r/min、温度为60℃条件下，依次将2500kg矿物质油、50kg有机膨润土、50kg op
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4、2375kg改性聚丙烯酰胺（主链单体a为丙烯酰胺，耐温耐盐单体b是2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸，疏水单体c是对十二烷基苯乙烯，单体a:单体b:单体c的摩尔比为1.2:0.8:0.1，聚合物分子量为1500万，目数为200目）和25kg十二烷基硫酸钠（目数200）加入反应釜中，搅拌1.5h至混合均匀，即制得多功能压裂用乳液型稠化剂d。
20.实施例5：多功能压裂用乳液型稠化剂e的制备使用5000l反应釜，在转速为200r/min、温度为60℃条件下，依次将2500kg甲醇、50kg有机蒙脱土、50kg op
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5、2375kg改性聚丙烯酰胺（主链单体a为丙烯酰胺，耐温耐盐单体b是n
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乙烯基乙酰胺，疏水单体c是丙烯基苯基醚，单体a:单体b:单体c的摩尔比为1.2:0.8:0.1，聚合物分子量为1500万，目数为200目）和25kg十二烷基磺酸钠（目数200）加入反应釜中，搅拌1.5h至混合均匀，即制得多功能压裂用乳液型稠化剂e。
21.实施例6：多功能压裂用乳液型稠化剂f的制备使用5000l反应釜，在转速为200r/min、温度为60℃条件下，依次将2500kg矿物质油、50kg有机陶土、50kg op
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6、2375kg改性聚丙烯酰胺（主链单体a为丙烯酸，耐温耐盐单体b是n
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乙烯基吡咯烷酮，疏水单体c是n
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对丁基苯基丙烯酰胺，单体a:单体b:单体c的摩尔比为1.2:0.8:0.1，聚合物分子量为1500万，目数为200目）和25kg十二烷基苯磺酸钠（目数200）加入反应釜中，搅拌1.5h至混合均匀，即制得多功能压裂用乳液型稠化剂f。
22.实施例7：多功能压裂用乳液型稠化剂g的制备使用5000l反应釜，在转速为150r/min、温度为55℃条件下，依次将2450kg柴油、75kg有机膨润土、75kg op
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4、2350kg改性聚丙烯酰胺（主链单体a为丙烯酰胺，耐温耐盐单体b是2
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丙烯酰胺
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甲基丙磺酸，疏水单体c是对十二烷基苯乙烯，单体a:单体b:单体c的摩尔比为1.2:0.8:0.1，聚合物分子量为2000万，目数为120目）和50kg十二烷基硫酸钠（目数120）加入反应釜中，搅拌2h至混合均匀，即制得多功能压裂用乳液型稠化剂g。
23.实施例8：多功能压裂用乳液型稠化剂h的制备使用5000l反应釜，在转速为150r/min、温度为55℃条件下，依次将2450kg矿物质油、75kg有机蒙脱土、75kg op
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5、2350kg改性聚丙烯酰胺（主链单体a为丙烯酰胺，耐温耐盐单体b是n
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乙烯基乙酰胺，疏水单体c是丙烯基苯基醚，单体a:单体b:单体c的摩尔比为1.2:0.8:0.1，聚合物分子量为2000万，目数为120目）和50kg十二烷基苯磺酸钠（目数120）加入反应釜中，搅拌2h至混合均匀，即制得多功能压裂用乳液型稠化剂h。
24.实施例9：实施例1～8制备的多功能压裂用乳液型稠化剂性能评价：取西北某油田致密砂岩区块现场压裂用水样（水质数据见表1），按照现场0.2%的乳液型稠化剂加量，配制压裂液溶液。结合《sy/t 5107
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2016 水基压裂液性能评价方法》、《sy/t 5755
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2016 压裂酸化用助排剂性能评价方法》，使用六速粘度计、表界面张力仪等，分别对多功能压裂用乳液型稠化剂配制压裂液的表观粘度、破乳性能及破胶液的表界面张力进行评价。其他实验条件：地层温度70℃，破胶时间2h，破胶剂过硫酸铵加量0.1%。实验结果如表2所示。
25.表1 西北某油田致密砂岩区块现场压裂用水样水质数据表2 多功能压裂用乳液型稠化剂配制压裂液性能评价实验结果
结合现场对于0.2%稠化剂加量下，压裂液表观粘度需≥20mpa
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s的实际要求，以及《sy/t 6376
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2008 压裂液通用技术条件》规定的压裂液破乳率需≥95%，破胶液表面张力需≤28mn/m、界面张力≤2mn/m的行业要求，从表2中数据可以看出，本发明多功能压裂用乳液型稠化剂，在相同条件下，其增粘效果与常规乳液型稠化剂相当，而其破乳、助排性能远优于常规乳液型稠化剂。