CN103911136B - 一种油基型液态化压裂液增稠剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种油基型液态化压裂液增稠剂，其评价指标为：密度0.9-1.2g/cm³；成胶时间≤20s；1.2%液态化压裂液增稠剂溶解后粘度≥30mPa.s。本发明还公开了制备上述液态化压裂液增稠剂的方法。

Description

一种油基型液态化压裂液增稠剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超快速溶的油基型液态化压裂液增稠剂（以下简称“液态化增稠剂”）。

本发明还涉及一种制备上述液态化增稠剂的方法。

背景技术

水基压裂液是提高油气采收率的重要技术。在水基压裂过程中，普遍使用细小粉末的固体压裂液增稠剂，如天然聚合物、合成聚合物增稠剂干粉等。增稠剂的分散性和水化增粘性决定了压裂施工工艺、压裂质量和压裂成本。

目前压裂施工工艺普遍为：

第一步，配制基液，将增稠剂干粉分散于水中，在一定时间内充分溶胀形成具有一定粘度的基液；

第二步，压裂施工，将基液与交联剂等混合形成压裂液。

两步压裂工艺存在如下问题：

1）配制基液，不仅需要干粉与水混合的特殊设备，而且易产生大小不同的“鱼眼”和局部结块因而影响基液质量；

2）施工弹性小，如果出现特殊原因使压裂液液量不足或需临时增加压裂规模，现场就无法实现；

3）所需外加剂种类繁多，外加步骤繁琐，增加了压裂液质量的控制难度；

4）增稠剂干粉水化溶胀时间长（10min以上），增加了人力物力消耗；

5）压裂后储液罐有大量基液残留（10-30%），增加了储液罐的清洗处理费用。

为解决两步压裂工艺问题，将压裂液增稠剂进行液态化处理，以简化配液流程，解决配液问题，是压裂液增稠剂技术发展的必然趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超快速溶的油基型液态化压裂液增稠剂。

本发明的又一目的在于提供一种制备上述液态化增稠剂的方法。

为实现上述目的，本发明提供的液态化增稠剂，其评价指标为：

密度0.9-1.2g/cm³；

成胶时间≤20s；成胶时间是指完成水化、溶胀和分散过程的时间；

1.2%液态化增稠剂溶解后粘度≥30mPa.s；

通过下述方法得到：

A）油基型有机溶剂的复配

搅拌下，依次加入油基型有机溶剂、密度调节剂和性能调节剂，形成复配的油基型有机溶剂；

复配的油基型有机溶剂中按照油基型有机溶剂、密度调节剂以及性能调节剂总质量100%计，其中油基型有机溶剂占总质量的70-90%，密度调节剂占总质量的5-29%，性能调节剂占总质量的1-5%；

B）加入压裂液增稠剂粉末

搅拌下向复配后的油基型有机溶剂中加入压裂液增稠剂粉末，得到的乳状分散液即为液态化增稠剂；

按照复配后的油基型有机溶剂、压裂液增稠剂粉末总质量100%计，其中油基型有机溶剂40-65%，压裂液增稠剂粉末35-60%。

本发明提供的制备上述液态化增稠剂的方法，包括下述步骤：

A）油基型有机溶剂的复配

搅拌下，依次加入油基型有机溶剂、密度调节剂、性能调节剂，形成复配的油基型有机溶剂；

复配的油基型有机溶剂中按照油基型有机溶剂、密度调节剂以及性能调节剂总质量100%计，其中油基型有机溶剂占总质量的70-90%，密度调节剂占总质量的5-29%，性能调节剂占总质量的1-5%；

B）加入压裂液增稠剂粉末

搅拌下向复配后的油基型有机溶剂中加入压裂液增稠剂粉末，得到的乳状分散液即为液态化增稠剂；

按照油基型有机溶剂、增稠剂粉末总质量100%计，其中油基型有机溶剂40-65%，增稠剂粉末35-60%。

其中，压裂液增稠剂粉末为：

胍胶、黄原胶或香豆胶天然聚合物及其改性物中的一种或几种；或

阳离子聚丙烯酰胺类、阴离子聚丙烯酰胺类、非离子聚丙烯酰胺类、两性离子聚丙烯酰胺类、疏水改性聚丙烯酰胺类压裂液增稠剂中的一种或几种；或

疏水缔合聚合物类、超支化聚合物类、梳型聚合物类压裂液增稠剂中的一种或几种。

其中，压裂液增稠剂粉末为100-600目。

其中，步骤A是在10-40℃进行。

其中，油基型有机溶剂为：燃料油类有机溶剂、矿物油类有机溶剂、硅油类有机溶剂或植物油类有机溶剂；

其中燃料油类有机溶剂为汽油、柴油、煤油的一种或多种；矿物油类有机溶剂为矿油、液体石蜡的一种或两种；硅油类有机溶剂为甲基硅油、乙基硅油、甲基含氢硅油、苯基硅油、甲基羟基硅油的一种或多种；植物油类有机溶剂为菜籽油、玉米油、大豆油、花生油、棉籽油的一种或多种；

密度调节剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、氯化石蜡的一种或多种；

性能调节剂为纳米膨润土、聚酰胺蜡或白炭黑的一种或多种。

本发明的有益效果如下：

1）增产效果明显：使用全过程无残留或低残留，属于低伤害压裂液体系；同时，油基型有机溶剂能与油层原油配伍，不影响井下地层构造和原油产出。

2）压裂液性能稳定优异：抗温抗盐抗剪切（温度适用范围15-180℃、抗KCl盐1-10%、170s^-1剪切2h内性能稳定），悬浮携砂能力好（静态悬砂2h以上，动态砂比最高可达45%），降摩阻性好（降摩阻率最高可达78%），易破胶易返排（使用常规破胶剂即可彻底破胶，无残渣或微残渣，返排率最高可达90%）。

3）超快速溶解，无储罐配液：水化、溶胀和分散一次完成，可以实现静态混合器连续在线配液，配液简便小型化，实现无储罐配液，通过混合器连续操作，出口液体即可通过混砂车实现混砂和泵注，无需现场大量储备。

4）配制方便：体系组分少，性能稳定，配制环节少，效率高，劳动量低，且易于质量控制。

5）成本低：配液设备小型化，易动迁，即配即用、不用即停，避免配液浪费，不会产生剩液，减少人力物力投入，明显降低成本。

具体实施方式

本发明的液态化增稠剂为一种乳状分散液，压裂液增稠剂粉末占液态化增稠剂的质量分数最高可达60%，是一种高浓度的液态化增稠剂。该产品实现包含如下理论依据：

1）压裂液增稠剂的亲水性分子结构

压裂液增稠剂粉末均为水溶性聚合物，无论是天然聚合物、天然聚合物改性物还是合成聚合物，均含有羟基、羧基或磺酸基等大量亲水基团，溶解速度快。

2）超快速溶解的原理

压裂液增稠剂粉末的溶解过程可以分为五步进行：

第一步、水化；

第二步、溶胀；

第三步、分散；

第四步、溶解；

第五步、熟化。

其中最耗费时间且需要充分搅拌的是前三步，即：水化、溶胀和分散。液态化增稠剂中含有的油基型有机溶剂，能够携带压裂液增稠剂超细微粉快速分散于水中，且不形成“鱼眼”，极大缩短了第一步的水化过程和第三步的分散过程；压裂液增稠剂粉末已均匀分散于油基型性有机溶剂中，由于油基型有机溶剂与水不互溶，遇水即快速分离剥落，压裂液增稠剂粉末快速暴露于水中，比表面积大导致其快速溶胀，极大缩短了第二步的溶胀时间。

综上，液态化增稠剂已经预先将压裂液增稠剂溶解过程的最耗时的前三步解决了，在与水混合后的数秒时间内即可成为基本溶解的溶液，迅速增粘，随后即可完成混砂、交联和泵注，使压裂液的配制和使用一气呵成。

具体地说，本发明的油基型液态化增稠剂制备方法，包括如下步骤：

第一步：油基型有机溶剂的复配

保持釜内温度10-40℃，在搅拌混合釜中依次加入燃料油类有机溶剂（包括但不限于为汽油、柴油、煤油的一种或多种）或矿物油类有机溶剂（包括但不限于矿油、液体石蜡的一种或两种）或硅油类有机溶剂（包括但不限于甲基硅油、乙基硅油、甲基含氢硅油、苯基硅油、甲基羟基硅油的一种或多种）或植物油类有机溶剂（包括但不限于菜籽油、玉米油、大豆油、花生油、棉籽油的一种或多种）、密度调节剂（为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、氯化石蜡的一种或多种）、性能调节剂（为纳米膨润土、聚酰胺蜡或白炭黑的一种或多种），形成复配的有机溶剂体系。复配的有机溶剂中按照油基型有机溶剂、密度调节剂以及性能调节剂总质量100%计，其中油基型有机溶剂占总质量的70-90%，密度调节剂占总质量的5-29%，性能调节剂占总质量的1-5%。加入油基型有机溶剂、密度调节剂、性能调节剂后分别搅拌10-30min，使有机溶剂体系混合均匀，形成均匀的液体。

第二步：加入100-600目的压裂液增稠剂粉末

保持搅拌混合釜的搅拌状态，向复配后的有机溶剂中加入压裂液增稠剂粉末。液态化增稠剂体系中按照有机溶剂、压裂液增稠剂粉末总质量100%计，其中有机溶剂40-65%，压裂液增稠剂粉末35-60%。加入压裂液增稠剂粉末后，搅拌10-30min，使压裂液增稠剂粉末在有机溶剂中充分混合、分散。最后得到的乳状分散液即为本发明的最终产品液态化增稠剂。

本发明制备得到的液态化增稠剂具有一定的粘稠性，静置略微分层但略微搅拌后即分散均匀。其评价指标为：

1）密度0.9-1.2g/cm³；

2）成胶时间（基本完成水化、溶胀和分散过程的时间）≤20s；

3）1.2%液态化增稠剂溶解后粘度≥30mPa.s。

通过上述方法制备的液态化增稠剂溶解后的粘度，是采用流变仪（如哈克流变仪或同类仪器）或六速旋转粘度计进行测试其溶液在170s^-1下的粘度值。

以下的实施例是用于对本发明作进一步的说明。

实施例1

液态化增稠剂1的制备及性能测试：

1）称取汽油58g、柴油57.5g于釜中，保持搅拌状态；加入二氯甲烷21g、三氯甲烷21.9g，搅拌15min；加入纳米膨润土6.6g，搅拌20min，得到复配的油基型有机溶剂。

2）保持搅拌状态，加入羟丙基改性胍胶135g，搅拌30min，得到液态化增稠剂1。

本实施例中的产品为乳状分散液，经测试，密度为1.05g/cm³，成胶时间20s，1.2%液态化增稠剂溶解后的粘度45mPa.s。

实施例2

液态化增稠剂2的制备及性能测试：

1）称取液体石蜡41g、甲基硅油40g于釜中，保持搅拌状态；加入四氯化碳7.2g，搅拌10min；加入纳米膨润土0.9g和聚酰胺蜡0.9g，搅拌25min，得到复配的油基型有机溶剂。

2）保持搅拌状态，加入两性离子聚丙烯酰胺60g，搅拌25min，得到液态化增稠剂2。

本实施例中的产品为乳状分散液，经测试，密度为1.10g/cm³，成胶时间20s，1.2%液态化增稠剂溶解后的粘度42mPa.s。

实施例3

液态化增稠剂3的制备及性能测试：

1）称取菜籽油35g、玉米油35g、大豆油34g于釜中，保持搅拌状态；加入二氯甲烷11g、氯化石蜡11.1g，搅拌25min；加入聚酰胺蜡1.9g、白炭黑2g，搅拌30min，得到复配的油基型有机溶剂。

2）保持搅拌状态，加入超支化聚合物压裂液增稠剂粉末70g，搅拌20min，得到液态化增稠剂3。

本实施例中的产品为乳状分散液，经测试，密度为1.08g/cm³，成胶时间20s，1.2%液态化增稠剂溶解后的粘度39mPa.s。

Claims (10)

1.一种油基型液态化压裂液增稠剂，其评价指标为：

密度0.9-1.2g/cm³；

成胶时间≤20s；

1.2％液态化增稠剂溶解后粘度≥30mPa.s；

通过下述方法得到：

A)油基型有机溶剂的复配

搅拌下，依次加入油基型有机溶剂、密度调节剂和性能调节剂，形成复配的油基型有机溶剂；

复配的油基型有机溶剂中按照油基型有机溶剂、密度调节剂以及性能调节剂总质量100％计，其中油基型有机溶剂占总质量的70-90％，密度调节剂占总质量的5-29％，性能调节剂占总质量的1-5％；

所述的密度调节剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化石蜡中的一种或多种；

所述的性能调节剂选自纳米膨润土、聚酰胺蜡和白炭黑中的一种或多种；

B)加入压裂液增稠剂粉末

搅拌下向复配后的油基型有机溶剂中加入压裂液增稠剂粉末，得到的乳状分散液即为液态化增稠剂；

按照复配后的油基型有机溶剂、压裂液增稠剂粉末总质量100％计，其中油基型有机溶剂40-65％，压裂液增稠剂粉末35-60％。

2.根据权利要求1所述的液态化增稠剂，其中，压裂液增稠剂粉末为：

胍胶、黄原胶或香豆胶天然聚合物及其改性物中的一种或几种；或

阳离子聚丙烯酰胺类、阴离子聚丙烯酰胺类、非离子聚丙烯酰胺类、两性离子聚丙烯酰胺类、疏水改性聚丙烯酰胺类压裂液增稠剂中的一种或几种；或

疏水缔合聚合物类、超支化聚合物类、梳型聚合物类压裂液增稠剂中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的液态化增稠剂，其中，压裂液增稠剂粉末为100-600目。

4.根据权利要求1所述的液态化增稠剂，其中，成胶时间是指完成水化、溶胀和分散过程的时间。

5.根据权利要求1所述的液态化液增稠剂，其中，油基型有机溶剂为：燃料油类有机溶剂、矿物油类有机溶剂、硅油类有机溶剂或植物油类有机溶剂；

其中燃料油类有机溶剂为汽油、柴油、煤油的一种或多种；矿物油类有机溶剂为矿油、液体石蜡的一种或两种；硅油类有机溶剂为甲基硅油、乙基硅油、甲基含氢硅油、苯基硅油、甲基羟基硅油的一种或多种；植物油类有机溶剂为菜籽油、玉米油、大豆油、花生油、棉籽油的一种或多种。

6.一种制备权利要求1所述液态化增稠剂的方法，包括下述步骤：

A)油基型有机溶剂的复配

搅拌下，依次加入油基型有机溶剂、密度调节剂、性能调节剂，形成复配的油基型有机溶剂；

复配的油基型有机溶剂中按照油基型有机溶剂、密度调节剂以及性能调节剂总质量100％计，其中油基型有机溶剂占总质量的70-90％，密度调节剂占总质量的5-29％，性能调节剂占总质量的1-5％；

B)加入压裂液增稠剂粉末

搅拌下向复配后的油基型有机溶剂中加入压裂液增稠剂粉末，得到的乳状分散液即为液态化增稠剂；

按照油基型有机溶剂、增稠剂粉末总质量100％计，其中油基型有机溶剂40-65％，增稠剂粉末35-60％。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，压裂液增稠剂粉末为：

胍胶、黄原胶或香豆胶天然聚合物及其改性物中的一种或几种；或

阳离子聚丙烯酰胺类、阴离子聚丙烯酰胺类、非离子聚丙烯酰胺类、两性离子聚丙烯酰胺类、疏水改性聚丙烯酰胺类压裂液增稠剂中的一种或几种；或

疏水缔合聚合物类、超支化聚合物类、梳型聚合物类压裂液增稠剂中的一种或几种。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，压裂液增稠剂粉末为100-600目。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤A是在10-40℃进行。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，油基型有机溶剂为：燃料油类有机溶剂、矿物油类有机溶剂、硅油类有机溶剂或植物油类有机溶剂；

其中燃料油类有机溶剂为汽油、柴油、煤油的一种或多种；矿物油类有机溶剂为矿油、液体石蜡的一种或两种；硅油类有机溶剂为甲基硅油、乙基硅油、甲基含氢硅油、苯基硅油、甲基羟基硅油的一种或多种；植物油类有机溶剂为菜籽油、玉米油、大豆油、花生油、棉籽油的一种或多种；

密度调节剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、氯化石蜡的一种或多种；

性能调节剂为纳米膨润土、聚酰胺蜡或白炭黑的一种或多种。