一种改性纳米蒙脱土及其制备方法和聚合物压裂液增效剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种改性纳米蒙脱土及其制备方法和聚合物压裂液增效剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着油气藏开采的不断深入，低渗透储层的改造越来越成为主要的开发领域，因此压裂改造技术已经成为油气田开发的一项重要增产措施。而作为压裂改造的工作液，低伤害高效能压裂液已经成为压裂液研究的热门及发展趋势。自上世纪90年代逐步开发应用的粘弹性表面活性剂(ves)压裂液具有较好的粘弹性、无残渣及低伤害等特点，因此已作为理想的压裂改造用液体成为国内外学者的主要研究对象。但是，粘弹性表面活性剂压裂液在应用过程中也存在滤失量高，表面活性剂用量大等方面局限而限制了它的应用。
3.为了克服上述问题，研究者们通过探索新型清洁压裂液，或在原有的研究基础上对压裂液进行强化，以得到强度更高稳定性更好的压裂液体系。cn104694114a公开了一种新型超分子清洁压裂液，该压裂液在较低浓度下能够得到较高的稠度和粘弹性，具备较好的流变性和携砂性能。cn103555312a公开了一种纳米复合纤维清洁压裂液以及其制备方法，其包含纳米纤维复合物、纤维分散剂、防膨剂、调理剂和防垢剂，该压裂液中存在一种纤维网络，能够提高压裂液的强度和携砂性能，减缓支撑剂的沉降速率，降低滤失率。cn102093874a公开了一种阴离子型纳米复合压裂液，其产品质量组分包括：阴离子粘弹性表面活性剂3～7份，助表面活性剂：0.05～0.5份，反离子盐：3～10份，纳米颗粒：0.05～0.5份，水100份。该产品具有良好的粘弹性和携砂性能，可以用于50-100℃的地层。cn103387827a公开了一种纳米材料缔合清洁压裂液体系及其在油气田中的应用，该体系包含纳米材料、清洁压裂液和分散助剂液态三元醇。该产品能够在高达130℃的温度下仍可保持一定的体系粘度，有利于其在高温深井油田中的应用。
4.尽管目前针对压裂液所进行的研究能够对其现状和缺点进行改善，但却依然存在适用范围较低，相应的成本较高，无法大规模应用等缺点。
5.目前部分药剂由于具有良好的耐温性能而得到了迅速的发展及应用，但其不同程度的存在残渣含量高、耐剪切性能差、交联效率较低等问题。近年来，部分学者通过表面修饰技术在反应性纳米二氧化硅表面负载硼酸，研发了具有体型结构的系列纳米交联剂，其交联的胍胶表现较好的延迟交联性能、耐温耐剪切性能、粘弹性能、破胶性能等优点，但其存在水分散不好、且在温度较高(如75℃)的条件下存在交联体系粘度下降较快，表现耐温性不佳等问题，这在一定程度会限制其在中高温深井中的应用。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种压裂液用改性纳米材料复合增效剂制备方法与应用。本发明的压裂液用纳米复合增效剂具有药剂用量低、制备方法简单、
耐温、耐剪切性好等优点。
7.根据本技术的一个方面，提供一种一种改性纳米蒙脱土，所述改性纳米蒙脱土由纳米蒙脱土和长链基团经过离子交换反应获得；
8.所述纳米蒙脱土为钠基蒙脱土；
9.所述长链基团选自c
12
～c
18
脂肪链季铵盐。
10.所述c
12
～c
18
脂肪链季铵盐选自十二烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基氯化铵。
11.所述纳米蒙脱土和长链基团的质量比为1：2～1：5；
12.其中长链基团的质量以c
12
～c
18
脂肪链季铵盐总质量计算；
13.优选的，所述改性纳米蒙脱土粒径为7～40nm。
14.根据本技术的另一个方面，提供一种上述的改性纳米蒙脱土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.将含有纳米蒙脱土的水溶液与含有c
12
～c
18
脂肪链季铵盐的水溶液混合，加热，调节ph为6～8，得到所述纳米材料。
16.所述含有纳米蒙脱土的水溶液中，纳米蒙脱土与水的质量比为1:50～1:100；
17.所述含有c
12
～c
18
脂肪链季铵盐的水溶液中，c
12
～c
18
脂肪链季铵盐的总质量与水的质量比为12:100～15:100；
18.所述含有蒙脱土的水溶液与含有表面活性剂的水溶液的体积比为1:1；
19.反应温度为70～80℃；
20.反应时间为6～8小时。
21.所述反应结束后还要经过抽滤、干燥、研磨；
22.所述干燥温度为80℃，干燥时间为24小时；
23.所述反应气氛为非活性气体气氛；所述非活性气体选自氮气或惰性气体。
24.根据本技术的另一个方面，提供一种聚合物压裂液增效剂，包括聚合物，纳米材料、分散剂、和水；
25.所述纳米材料含有上述的改性纳米蒙脱土或上述的制备方法制备的改性纳米蒙脱土。
26.所述聚合物选自聚丙烯酰胺聚合物；所述聚丙烯酰胺聚合物具有如下的结构；
[0027][0028]
其中，r为疏水单体；a为30000～40000；b为40～200；
[0029]
所述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、十二烷基硫酸钠的至少一种；
[0030]
所述疏水单体选自amps。
[0031]
纳米材料的含量为0.05～0.5wt％；分散剂的含量为0.01～0.3％wt％；聚合物的
含量为0.2wt％；其余为水。
[0032]
根据本技术的另一个方面，提供一种上述的聚合物压裂液增效剂的制备方法，包括以下步骤：
[0033]
将含有纳米材料、分散剂和与水混合，搅拌，反应得到所述聚合物压裂液增效剂。
[0034]
根据本技术的另一个方面，提供一种压裂方法，采用上述的聚合物压裂液增效剂或上述的制备方法制备的聚合物压裂液增效剂。
[0035]
本技术的有益效果：
[0036]
本技术上述的聚合物压裂液增效剂能在现有压裂液的基础下，进一步提高压裂液的稠度和粘弹性能，从而达到减少表面活性剂用量，降低成本的目的。同时尺寸为7-40nm的改性纳米蒙脱土由于其具有较高的比表面积，能够吸附溶液中的表面活性剂胶束分子，形成一种胶束-纳米颗粒交联结构。此外，纳米颗粒强烈的吸附作用能够屏蔽胶束之间的静电排斥作用，促使胶束之间相互缠绕，达到提高压裂液稠度和粘弹性能的目的。
[0037]
制备方法简单，在常温下短时间内即可制备完成，解决了现有压裂液制备工艺繁杂、反应条件苛刻等问题。
[0038]
耐温耐剪切性良好。在90℃、剪切速率为170s-1
、剪切90min依然高于90mpa.s。
[0039]
引入改性纳米蒙脱土，提高了压裂液中聚合物的性质，增强了弹性模量，使得整体性能更佳。
具体实施方式
[0040]
下面结合实施例详述本技术，但本技术并不局限于这些实施例。
[0041]
如无特别说明，本技术的实施例中的原料均通过商业途径购买。
[0042]
性能测试方法：
[0043]
使用模拟地层水(矿化度8000mg/l)配制样品溶液进行下列性能测试。
[0044]
1、基液表观黏度
[0045]
按上述方法制备压裂液基液，取350ml放入温度为30℃的恒温水浴中，恒温4h，用哈克流变仪测定转速为100r/min(剪切速率为170s-1
)时的基液表观粘度。
[0046]
2、压裂液耐温能力测定
[0047]
在粘度计样品杯中加满压裂液后，对样品加热。控制升温速度为3℃/min
±
0.2℃/min，从30℃开始试验，同时转子以剪切速率170s-1
转动，压裂液在加热条件下受到连续剪切，以表观粘度降为50mpa
·
s时对应的温度表征为试样的耐温能力。
[0048]
改性纳米蒙脱土制备例1
[0049]
1)在三口烧瓶中将10g钠基蒙脱土(na-mmt)以1:20的质量比添加到装有去离子水的烧杯中，在70℃下，充分搅拌蒙脱土水溶液，使其均匀溶解于去离子水中，得到钠基蒙脱土水溶液；
[0050]
2)量取6g十二烷基三甲基氯化铵且溶于100ml去离子水，得到改性剂水溶液；
[0051]
3)将改性剂水溶液100ml缓慢匀速添加到钠基蒙脱土水溶液100ml中，然后置于水浴锅中，并加热至80℃，调节ph值至7，在氮气气氛下，离子交换反应8h。然后，将制得的反应产物进行抽滤，洗涤，在真空干燥箱中80℃下烘干24h，待其完全干燥后研磨，过筛制得改性纳米蒙脱土。
[0052]
实施例1
[0053]
本实施例提供一种聚合物压裂液增效剂，以所述聚合物压裂液增效剂的总重量为基准，其原料组成包括：制备例1得到的改性纳米蒙脱土0.1％、分散剂十二烷基苯磺酸钠sdbs 0.02％、疏水聚丙烯酰胺聚合物(hmpam)0.2％以及水余量。
[0054]
量取按配方需要配制压裂液量的试验用水，倒入搅拌器中。按配方称取所需添加剂的量，备用。调节搅拌器转速至液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端为止。按顺序依次加人已称好的改性纳米蒙脱土、分散剂十二烷基苯磺酸钠、疏水聚丙烯酰胺聚合物(hmpam)缓慢加入，避免形成鱼眼，并时刻调整转速以保证达到的漩涡状态。在加完全部添加剂后持续搅拌5min，形成均匀的溶液，停止搅拌。将已配好的基液倒入烧杯中加盖，放入恒温30℃水浴锅中静置恒温4h，使基液粘度趋于稳定，得到所述的聚合物压裂液增效剂。
[0055]
实施例2
[0056]
本实施例提供一种聚合物压裂液增效剂，以所述聚合物压裂液增效剂的总重量为基准，其原料组成包括：制备例1得到的改性纳米蒙脱土0.2％、分散剂十二烷基苯磺酸钠sdbs 0.02％、疏水聚丙烯酰胺聚合物(hmpam)0.2％以及水余量。
[0057]
量取按配方需要配制压裂液量的试验用水，倒入搅拌器中。按配方称取所需添加剂的量，备用。调节搅拌器转速至液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端为止。按顺序依次加人已称好的改性纳米蒙脱土、分散剂十二烷基苯磺酸钠、疏水(十二烷基)聚丙烯酰胺聚合物(hmpam)缓慢加入，避免形成鱼眼，并时刻调整转速以保证达到的漩涡状态。在加完全部添加剂后持续搅拌5min，形成均匀的溶液，停止搅拌。将已配好的基液倒入烧杯中加盖，放入恒温30℃水浴锅中静置恒温4h，使基液粘度趋于稳定，得到所述的聚合物压裂液增效剂。
[0058]
实施例3
[0059]
本实施例提供一种聚合物压裂液增效剂，以所述聚合物压裂液增效剂的总重量为基准，其原料组成包括：制备例1得到的改性纳米蒙脱土0.3％、分散剂十二烷基苯磺酸钠sdbs 0.02％、疏水聚丙烯酰胺聚合物(hmpam)0.2％以及水余量。
[0060]
量取按配方需要配制压裂液量的试验用水，倒入搅拌器中。按配方称取所需添加剂的量，备用。调节搅拌器转速至液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端为止。按顺序依次加人已称好的改性纳米蒙脱土、分散剂十二烷基苯磺酸钠、疏水(十二烷基)聚丙烯酰胺聚合物(hmpam)缓慢加入，避免形成鱼眼，并时刻调整转速以保证达到的漩涡状态。在加完全部添加剂后持续搅拌5min，形成均匀的溶液，停止搅拌。将已配好的基液倒入烧杯中加盖，放入恒温30℃水浴锅中静置恒温4h，使基液粘度趋于稳定，得到所述的聚合物压裂液增效剂。
[0061]
实施例4
[0062]
采用上述实施例1、2、3中的聚合物压裂液增效剂进行耐温能力测定。
[0063]
采用haake mars60流变仪测试样品杯中加满压裂液后，对样品加热。控制升温速度为3℃/min
±
0.2℃/min，从30℃开始试验，同时转子以剪切速率170s-1转动，压裂液在加热条件下受到连续剪切，以表观粘度降为50mpa
·
s时对应的温度表征为试样的耐温能力。
[0064]
具体结果如下：
[0065][0066]
由实验结果可以看出，改性纳米材料的加入明显可以增强压裂液体系的耐温性且改性纳米材料使用浓度越高耐温性越好。
[0067]
实施例5
[0068]
采用上述实施例3中的聚合物压裂液增效剂进行压裂液粘度测试。
[0069]
采用haake mars60流变仪测定剪切速率为170s-1
，70℃，剪切90min后的基液表观粘度。
[0070]
实施例6
[0071]
采用上述实施例3中的聚合物压裂液增效剂粘度测试。
[0072]
采用haake mars60流变仪测定剪切速率为170s-1
，80℃，剪切90min后的基液表观粘度。
[0073]
实施例7
[0074]
采用上述实施例3中的聚合物压裂液增效剂进行压裂液粘度测试。
[0075]
采用haake mars60流变仪测定剪切速率为170s-1
，90℃，剪切90min后的基液表观粘度。
[0076]
对比例1
[0077]
本实施例为对比例，以所述压裂液的总重量为基准，其原料组成包括：分散剂十二烷基苯磺酸钠sdbs 0.02％、疏水(十二烷基)聚丙烯酰胺聚合物(hmpam)0.2％以及水余量。
[0078]
本实施例的聚合物压裂液是按照以下方法制备的：量取按配方需要配制压裂液量的试验用水，倒入搅拌器中。按配方称取所需添加剂的量，备用。调节搅拌器转速至液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端为止。按顺序依次加人已称好的分散剂十二烷基苯磺酸钠、疏水(十二烷基)聚丙烯酰胺聚合物(hmpam)缓慢加入，避免形成鱼眼，并时刻调整转速以保证达到的漩涡状态。在加完全部添加剂后持续搅拌5min，形成均匀的溶液，停止搅拌。将已配好的基液倒入烧杯中加盖，放入恒温30℃水浴锅中静置恒温4h，使基液粘度趋于稳定，得到所述的聚合物压裂液。
[0079]
采用haake mars60流变仪测定剪切速率为170s-1，70℃，剪切90min后的基液表观粘度。
[0080][0081]
由实验结果可以看出，加入改性纳米材料后压裂液体系粘度大幅度增加。与未加入纳米材料对比，能够快速起粘且在高温、高剪切条件下，粘度值可以达到标准中的要求≥50mpa
·
s。
[0082]
以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。