CN106336477A - 囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂，包括下述重量份的组分：16～17份过硫酸铵或过硫酸钾，19～24份聚合单体和0.06～0.07份引发剂；其中，所述聚合单体包括按照一定比例投料的甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯；该囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂以过硫酸铵或过硫酸钾为囊芯，甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯四种聚合单体通过原位聚合法聚合形成具有不同厚度的囊衣，有效控制过硫酸铵或过硫酸钾扩散进入溶液的时间，使破胶时间有效延迟至130～200min的时间范围内，同时其添加入羟丙基胍胶压裂液后，常压90℃条件下，在170s‑1，剪切50min后粘度仍然大于200mPa·s，能够满足悬砂要求。

Description

囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂及其制备方法。
背景技术
水平井多级分段压裂技术在全国各油气田的应用越来越广泛。该技术要求所有各段中的压裂液在施工结束后统一破胶返排出地面。前期压裂段中的压裂液停留时间较长，在破胶剂的作用下化水向地层中扩散，对地层的二次污染随着时间的延长而增大。这就需要通过添加胶囊破胶剂的方法来调控压裂液的破胶时间。
目前矿场施工使用的主要是以过硫酸铵为囊芯、石蜡为囊衣的胶囊破胶剂。该类型破胶剂的释放机理主要是膜破裂，即在地层压力和温度的共同作用下囊衣破裂，释放出过硫酸铵产生破胶效果。从该类型胶囊破胶剂的制备方法以及实验室破胶效果来看，囊衣可选种类较少、囊衣厚度的调节不可控，因而在破胶时间上不能够达到人为控制的效果。
近年来对胶囊破胶剂的研究扩展到采用聚合物作为囊衣，通过选取适应性单体聚合得到不同的囊衣，从而控制水进入胶微胶囊破胶剂实现破胶；其具体破胶机理是水分子通过溶胀后的高分子膜进入囊芯溶解破胶剂，溶解后的破胶剂通过浓度差扩散流出胶囊外，从而起到破胶作用。这一类破胶剂的特点在于能够通过改变囊衣结构和囊衣厚度来控制囊衣溶胀的时间，进而控制过硫酸铵类氧化剂扩散进入溶液的时间，达到破胶时间可控的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够通过调节聚合单体间比例实现控制水进入胶囊内部时间的囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂。
本发明的另一目的是提供一种采用原位聚合法制备上述囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂的制备方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂，包括下述重量份的组分：
过硫酸铵或过硫酸钾 16～17重量份，
聚合单体 19～24重量份，
引发剂 0.06～0.07重量份，
其中，所述聚合单体包括甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯；优选，四种聚合单体甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯的物质的量之比为(0.9～1.3):(0.45～0.55):(0.2～0.35):(0.25～0.35)。
优选，所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。
一种囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂的制备方法，具体步骤为：将过硫酸铵或过硫酸钾溶解在水中配制成过硫酸铵或过硫酸钾的饱和溶液，调节溶液的pH值至1～3，加入聚合单体的醇溶液并搅拌至完全溶解后水浴加热至68～72℃；将加热后的所述混合溶液缓慢滴入三氯甲烷中，同时滴入溶解有引发剂的醇溶液，恒温68～72℃搅拌4.5～5.5h；将获得的产物过滤并用无水乙醇洗涤多次，干燥，即可得到微胶囊破胶剂。
优选，所述pH调节剂为盐酸。
优选，一种囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂的制备方法，具体步骤为：
(1)将16～17重量份的过硫酸铵或过硫酸钾常温条件下溶解在一定量的水中配制成过硫酸铵饱和溶液，调节溶液的pH值至1～3；
(2)向步骤(1)制得的溶液中依次加入19～24重量份的经乙醇溶解的四种聚合单体混合物的醇溶液，四种聚合物单体甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯的物质的量之比为(0.9～1.3):(0.45～0.55):(0.2～0.35):(0.25～0.35)，搅拌至完全溶解后，水浴加热至68～72℃；
(3)将步骤(2)制得的混合溶液趁热缓慢滴入盛有14～25重量份三氯甲烷的三口瓶内，同时滴入溶解有0.06～0.07重量份引发剂的溶液，恒温68～72℃搅拌4.5～5.5h，得到固液混合物；
(4)将经步骤(3)获得的产物过滤并用无水乙醇洗涤多次，干燥，即可得到微胶囊破胶剂。
压裂作业时，该微胶囊破胶剂在压裂液中的加入量为0.01～0.05wt％。
与现有技术相比，该囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂以过硫酸铵或过硫酸钾为囊芯，甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯四种聚合单体通过原位聚合法聚合形成具有不同厚度的囊衣，有效控制过硫酸铵或过硫酸钾扩散进入溶液的时间，实现延迟定时破胶的效果；采用上述方法制备的微胶囊破胶剂使破胶时间有效延迟至130～200min的时间范围内，同时其添加入羟丙基胍胶压裂液后，常压90℃条件下，在170s-1，剪切50min后粘度仍然大于200mPa·s，能够满足悬砂要求。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂在常压90℃条件下剪切粘度随时间的变化图；
图2本发明实施例2制备的囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂在常压90℃条件下剪切粘度随时间的变化图；
图3本发明实施例3制备的囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂在常压90℃条件下剪切粘度随时间的变化图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
将16.1g过硫酸铵溶解在20.64g水中配制成过硫酸铵饱和溶液，并用盐酸调节溶液的pH值至2，然后向溶液中依次加入8.23g甲基丙烯酸、4.85g甲基丙烯酸甲酯、2.67g甲基丙烯酸乙酯和3.6g苯乙烯溶解在无水乙醇中形成的醇溶液并搅拌至完全溶解后水浴加热至70℃；将加热后的混合溶液趁热缓慢滴入24.49g三氯甲烷中,同时滴入溶解有0.07g偶氮二异丁酸二甲酯的乙醇溶液，恒温70℃搅拌5h；将获得的产物过滤并用无水乙醇洗涤多次，干燥，即可得到微胶囊破胶剂I。
如图1所示为按质量百分比浓度0.03％将微胶囊破胶剂I添加入羟丙基胍胶压裂液后悬砂随时间变化压裂液的粘度变化曲线。
从图1中可以看出，在常压90℃条件下，170s-1、剪切50min后粘度大于200mPa·s，满足悬砂要求；170min后压裂液的粘度降低至50mPa·s，200min后粘度＜10mPa·s，达到破胶返排液的标准。
可见，实施例1制备的微胶囊破胶剂I的破胶时间为200min。
实施例2
将16.34g过硫酸铵溶解在20.92g水中配制成过硫酸铵饱和溶液，并用盐酸调节溶液的pH值至2，然后向溶液中依次加入11.62g甲基丙烯酸、5.17g甲基丙烯酸甲酯、3.83g甲基丙烯酸乙酯和3.28g苯乙烯溶解在无水乙醇中形成的醇溶液并搅拌至完全溶解后水浴加热至70℃；将加热后的混合溶液趁热缓慢滴入14.88g三氯甲烷中,同时滴入溶解有0.06g偶氮二异丁酸二甲酯的乙醇溶液，恒温70℃搅拌5h；将获得的产物过滤并用无水乙醇洗涤多次，干燥，即可得到微胶囊破胶剂II。
如图2所示为按质量百分比浓度0.03％将微胶囊破胶剂II添加入羟丙基胍胶压裂液后悬砂随时间变化压裂液的粘度变化曲线。
从图2中可以看出，在常压90℃条件下，170s-1、剪切50min后粘度大于200mPa·s，满足悬砂要求；140min后压裂液的粘度降低至50mPa·s，170min后粘度＜10mPa·s，达到破胶返排液的标准。
可见，实施例2制备的微胶囊破胶剂II的破胶时间为170min。
实施例3
将16.18g过硫酸铵溶解在20.53g水中配制成过硫酸铵饱和溶液，并用盐酸调节溶液的pH值至2，然后向溶液中依次加入10.83g甲基丙烯酸、4.63g甲基丙烯酸甲酯、3.18g甲基丙烯酸乙酯和2.99g苯乙烯溶解在无水乙醇中形成的醇溶液并搅拌至完全溶解后水浴加热至70℃；将加热后的混合溶液趁热缓慢滴入19.96g三氯甲烷中,同时滴入溶解有0.06g偶氮二异丁酸二甲酯的乙醇溶液，恒温70℃搅拌5h；将获得的产物过滤并用无水乙醇洗涤多次，干燥，即可得到微胶囊破胶剂III。
如图3所示为按质量百分比浓度0.03％将微胶囊破胶剂III添加入羟丙基胍胶压裂液后悬砂随时间变化压裂液的粘度变化曲线。
从图3中可以看出，在常压90℃条件下，170s-1、剪切50min后粘度大于200mPa·s，满足悬砂要求；110min后压裂液的粘度降低至50mPa·s，130min后粘度＜10mPa·s，达到破胶返排液的标准。
可见，实施例3制备的微胶囊破胶剂III的破胶时间为130min。
综上所述，以过过硫酸铵或过硫酸钾为囊芯，配合甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯四种聚合单体原位聚合为厚度不同囊衣形成的微胶囊破胶剂能够有效延迟定时破胶的效果。

Claims (5)

1.一种囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂，其特征在于，包括下述重量份的组分：16～17份过硫酸铵或过硫酸钾，19～24份聚合单体和0.06～0.07份引发剂；其中，所述聚合单体包括甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯。
2.根据权利要求1所述的囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂，其特征在于，四种聚合单体中甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和苯乙烯的物质的量之比为(0.9～1.3):(0.45～0.55):(0.2～0.35):(0.25～0.35)。
3.根据权利要求1所述的囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。
4.一种囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将过硫酸铵或过硫酸钾溶解在水中配制成过硫酸铵或过硫酸钾的饱和溶液，调节溶液的pH值至1～3，加入聚合单体的醇溶液并搅拌至完全溶解后水浴加热至68～72℃；将加热后的所述混合溶液缓慢滴入三氯甲烷中，同时滴入溶解有引发剂的醇溶液，恒温68～72℃搅拌4.5～5.5h；将获得的产物过滤并用无水乙醇洗涤多次，干燥，即可得到微胶囊破胶剂。
5.根据权利要求4所述的囊衣厚度可调型微胶囊破胶剂的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为盐酸。
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