一种自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂及其制备方法，具体涉及一种油气田强化压裂采油的助剂体系。


背景技术：

2.在油气田开发过程中，随着能源需求的日益增长和致密砂岩气藏勘探开发的不断深入，钻井深度越来越大,储层温度也越来越高,对压裂液体系的耐温耐剪切性能提出了更高的要求。现有的深层高温压裂液有胍胶压裂液、纤维素压裂液、合成聚合物压裂液等，它们只加入了单纯的疏水耐高温单体，当地层水矿化度增加时，溶液的黏度不但迅速下降，而且不耐携砂、不易返排，甚至对油气藏渗透率造成了很大的危害，并不适应高矿化度的地层环境。


技术实现要素：

3.从施工现场实际出发，基于以上的问题，本发明研制了一种自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂，因耐高温的疏水单体和表面活性剂的同时引入，当聚合物达到一定浓度时，会产生疏水缔合作用，这种作用能够提高压裂液稠化剂的耐温耐剪切性能，使其耐温耐剪切能力可满足140℃~180℃的地层压裂施工要求。
4.具体而言，本发明提供以下技术方案。
5.一种自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂的制备方法，具体的制备过程如下：步骤一、制备耐高温高分子聚合物的单体溶液100份，包括以下原料，以质量份计：丙烯酰胺am20~30份丙烯酸aa5~8份2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸amps1~10份十八烷基二甲基烯丙基氯化铵odaac2~5份耐高温单体0.5~5.0份螯合剂0.1~1份水60~80份步骤二、调节步骤一制得的单体溶液ph为5.0~7.0，控制温度≤15℃；步骤三、冷藏保存，当温度降至
‑
7~0℃之间，将单体溶液加入保温瓶中；步骤四、通氮气30~50min，待反应温度达到0~2℃后，加入单体总质量0.045~0.09%的引发剂，引发剂包括0.025~0.1份过硫酸铵、0.015~0.1份亚硫酸氢钠、0.005~0.1份维生素c、0.005~0.1份v
‑
50引发剂；步骤五、当溶液增稠时停止通氮气，静置5~8h后，得到胶块；步骤六、将步骤五得到的胶块剪碎，然后在60~70℃下干燥，粉碎过筛，得到耐高温高分子聚合物；步骤七、将水性分散剂10~30份乙二醇、20~40份异丙醇、1~10份1
‑
丁醇
和0.1 ~ 5份1
‑
辛醇，分散稳定剂0.1 ~ 2 份聚乙烯甲基醚、0.1 ~ 2 份异丙醇酯化的聚（乙烯甲基醚/马来酸酐）和0.1 ~ 2 份黄原胶加入烧杯中，磁力搅拌器持续搅拌10~ 30 min，使水性分散剂和分散稳定剂分散均匀；步骤八、将30 ~ 50 份步骤六制得的耐温高分子聚合物、0 ~ 1 份黏土稳定剂、0 ~ 1份助排剂、5 ~ 20 份表面活性剂和步骤七制得的混合物加到高速搅拌机中，在6000 ~ 9000 r/min的转速下高速搅拌4 ~ 6 min，收集并密封保存，制成一种自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂。
6.步骤一中，所述的耐高温单体为2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸钠na
‑
amps、n
‑
乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮nvp、n
‑
乙烯酰胺n
‑
vam）中的一种或多种。
7.所述的引发剂各组分质量比为m((nh4)2s2o8):m(nahso3):m(vc):m(v
50
)= 5~ 7:3~ 4:1~ 3:1~ 2。
8.所述的表面活性剂为n
‑
月桂酰肌氨酸钠、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、油酸甜菜碱、四烷基氯化铵中的一种或多种。
9.所述的黏土稳定剂为季铵盐型小分子黏土稳定剂、吡啶盐型黏土稳定剂和无机盐类黏土稳定剂中的一种或多种。
10.所述的助排剂为氟碳表面活性剂。
11.上述任一制备方法制得的一种自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过观察悬浮液的稳定性和流动状态，以及各组分用量进行优化，并通过对制得的自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂进行性能测试，结果表明，该助剂不仅具有优异的耐温耐剪切性能，还具有高抗盐、速溶、可变粘、清洁环保、成本低等特点，并解决了现有压裂用稠化剂溶解性差，在高温剪切和高矿化度盐水中，分子链发生卷曲，增稠作用大幅度下降等问题，可用于清洁环保型压裂液体系的研发。所述的自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂，速溶、可变粘、成本低，且分子量可达2000 ~ 3000万，制备工艺操作简单，应用广泛，可通过调节分散质的加量和种类实现不同功能的转换，不但可实时泵注，在线混配，满足大排量施工要求，而且回收方便，返排液不影响体系携砂性能，以及稠化剂当中并没有烃类成分，对地层无危害。
附图说明
13.图1是实施例1制得的自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂外观示意图。
14.图2是实施例2制得的耐高温稠化剂在不同矿化度盐水中的粘度曲线。
15.图3本发明所述稠化剂缔合机理图。
16.图4是实施例3制得的自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂170 s
–1及120 ℃下加表面活性剂前后的黏度随热剪切的变化。
17.图5 是实施例4制得的1 %（w）耐高温稠化剂170 s
–1下的黏度随热剪切的变化。
具体实施方式
18.实施例1（1）耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物）的制备：
步骤一、制备耐高温高分子聚合物的单体溶液100份，包括以下原料，以质量份计：丙烯酰胺am20份丙烯酸aa5份2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸amps1份十八烷基二甲基烯丙基氯化铵odaac2份耐高温单体n
‑
乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮（nvp）1份螯合剂0.15份水70.8份步骤二、调节步骤一制得的单体溶液ph为5.5，控制温度≤15℃；步骤三、冷藏保存，当温度降至
‑
5℃，将单体溶液加入保温瓶中；步骤四、通氮气30min，待反应温度达到0℃后，加入引发剂，引发剂包括过硫酸铵(nh4)2s2o8)0.025份，亚硫酸氢钠(nahso3)0.015份，维生素c（vc）0.005份，v
‑
50引发剂0.005份；组成的质量比为m((nh4)2s2o8):m(nahso3):m(vc):m(v
50
)=5:3:1:1；步骤五、当溶液增稠时停止通氮气，静置5h后，得到胶块；步骤六、将步骤五得到的胶块剪碎，然后在60℃下干燥，粉碎过筛，得到耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物）；（2）将上述所制备的耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物）用多功能粉碎机粉碎，并用120目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；（3）取乙二醇（48g）、异丙醇（50g）、1
‑
丁醇（5g）、1
‑
辛醇（1g）加入烧杯中，放在恒温磁力搅拌器上加热到70℃持续搅拌3~5min，使分散剂分散均匀；（4）取75g疏水性丙烯酰胺类共聚物过筛后的样品加入到水性分散剂中，用搅拌棒搅拌均匀，装入高速搅拌机样品桶中，在6000r/min的转速下高速搅拌6min；之后收集悬浮液样品，即得到自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂。图1是实施例1制得的自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂外观。
19.实施例2（1）耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物）的制备：步骤一、制备耐高温高分子聚合物的单体溶液100份，包括以下原料，以质量份计：丙烯酰胺am24份丙烯酸aa6份2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸amps2份十八烷基二甲基烯丙基氯化铵odaac2份耐高温单体n
‑
乙烯酰胺（n
‑
vam）4.7份螯合剂1份水60份步骤二、调节步骤一制得的单体溶液ph为5.0~7.0，控制温度≤15℃；步骤三、冷藏保存，当温度降至
‑
7~0℃之间，将单体溶液加入保温瓶中；步骤四、通氮气30 ~ 50 min，待反应温度达到0 ~ 2 ℃后，加入引发剂，引发剂包括过硫酸铵(nh4)2s2o8) 0.12份，亚硫酸氢钠(nahso3) 0.08份，维生素c（vc）0.06份，v
‑
50引发剂0.04份；组成的质量比为m((nh4)2s2o8):m(nahso3):m(vc):m(v
50
)= 6: 4: 3: 2；
步骤五、当溶液增稠时停止通氮气，静置7 h后，得到胶块；步骤六、将步骤五得到的胶块剪碎，然后在70 ℃下干燥，粉碎过筛，得到耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物）；（2）将上述所制备的耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物）用多功能粉碎机粉碎，并用140目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；（3）取乙二醇（40 g）、异丙醇（55 g）、1
‑
丁醇（3 g）、1
‑
辛醇（0.5 g）加入烧杯中，放在恒温磁力搅拌器上加热到70 ℃持续搅拌4min，使分散剂分散均匀；（4）取76 g疏水性丙烯酰胺类共聚物过筛后的样品加入到水性分散剂中，用搅拌棒搅拌均匀，装入高速搅拌机样品桶中，在7000 r/min的转速下高速搅拌5min之后收集悬浮液样品，即得到自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂。
20.自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂耐盐性测试在不同盐含量下，将质量分数分别为0.3 %、0.5 %、0.8 %的稠化剂水溶液，采用六速粘度计，测定不同氯化钠含量下的表观粘度变化。从图2不同矿化度盐水中耐高温稠化剂的粘度曲线可知，随着稠化剂用量的增加，粘度保持率有了明显的提高，表现出优异的耐盐性能。
21.自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂的防膨测试将0.5 %的10 %标盐水溶液使用0.06 %的过硫酸铵在90 ℃水浴锅中放置2 h破胶，使用np
‑
01智能页岩膨胀量测定仪测试，破胶液防膨率大于85 %，在应用过程中可有效的防止黏土矿物质膨胀和运移。
22.实施例3：自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂的制备（1）使用实施例2中所制备的耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物），用多功能粉碎机粉碎，并用130目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；（2）取乙二醇（42 g）、异丙醇（56 g）、1
‑
丁醇（5 g）、1
‑
辛醇（1 g）加入烧杯中，放在恒温磁力搅拌器上加热到70 ℃持续搅拌3 ~ 5 min，使分散剂分散均匀；（3）取75 g疏水性丙烯酰胺类共聚物过筛后的样品加入到水性分散剂中，用搅拌棒搅拌均匀，装入高速搅拌机样品桶中，在7500 r/min的转速下高速搅拌5 min；之后收集悬浮液样品，即可得到自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂，稠化剂的缔合机理图如图3所示。
23.从图3稠化剂缔合机理可知， 当加入表面活性剂后，疏水基团数目越多，疏水链之间相互作用能力越强，形成类似超分子结构，分子链之间的缠绕能力同样增强。
24.取 50 ml 0 %标准矿化度水配制好的压裂液倒入高温流变仪的旋转圆筒测试系统，加入表面活性剂后，在 170 s
–1剪切速率及120 ℃温度下，对压裂液进行耐温耐剪切性能测试。
25.由图4 170 s
–1及120 ℃下加表面活性剂前后黏度随热剪切变化曲线可知，当加入表面活性剂后，在170 s
–1的剪切速率下，黏度保持率有了明显的提升。原因是加入表面活性剂后增加了压裂液稠化剂的溶解能力，使疏水基团从分子内相互作用向分子间相互作用转变。同时，表面活性剂形成的胶束在盐离子的作用下，更容易形成棒状胶束，增加了疏水单体与表面活性剂的作用几率，当疏水侧链进入胶束后，会形成致密的空间网络结构，使分子
间的作用增强，从而使稠化剂黏度增加。
26.实施例4：自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂的制备（1）使用实施例1中所制备的耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物），将所制备的耐高温高分子聚合物（疏水性丙烯酰胺类共聚物）用多功能粉碎机粉碎，并用120目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；（2）取乙二醇（45 g）、异丙醇（55 g）、1
‑
丁醇（3.5 g）、1
‑
辛醇（0.4 g）加入烧杯中，放在恒温磁力搅拌器上加热到70 ℃持续搅拌7 min，使分散剂分散均匀；（3）取75 g耐高温疏水性丙烯酰胺类共聚物过筛后的样品加入到水性分散剂中，再加入5 g助排剂（氟碳表面活性剂）用搅拌棒搅拌均匀，装入高速搅拌机样品桶中，在8000 r/min的转速下高速搅拌4 min；之后收集悬浮液样品，即可得到自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂。
27.自缔合增强一体化水性耐高温稠化剂耐温耐剪切性能测试取 50 ml 0 %标准矿化度水配制好的压裂液倒入高温流变仪的旋转圆筒测试系统，在 170 s
–1剪切速率及90 ℃、120 ℃、140 ℃、180 ℃温度下，对压裂液进行耐温耐剪切性能测试。
28.从图5中可以得出，该稠化剂有良好的耐温耐剪切性能，1 %的水溶液在140 ℃下剪切1 h，粘度仍然大于50 mpa
·
s，在180 ℃下剪切1 h，粘度才降至39.51 mpa
·
s。