CN112961665A - 一种单组份型全功能压裂液添加剂及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单组份型全功能压裂液添加剂及其制备工艺，工艺包括以下步骤：将乙二醇、异丙醇、1‑丁醇、1‑己醇、1‑辛醇混合，加热使其分散均匀得到水性分散剂；将高分子聚合物稠化剂、助剂加入水性分散剂中，助剂为黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂和杀菌剂中的一种或多种；并高速搅拌得悬浮液；在低速下缓慢搅拌悬浮液，并降温，当悬浮液温度降至室温时，收集悬浮液样品。该助剂具有较好的耐温耐剪切、抗盐、悬砂等特点。解决了现有压裂液体系对地层污染严重、溶解困难、功能单一、性能差等问题，表现出良好的使用性能、环境保护和节能降耗的特点，可用于清洁环保型单组份型全功能压裂液添加剂。

Description

一种单组份型全功能压裂液添加剂及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，具体涉及一种单组份型全功能压裂液添加剂及其制备工艺。
背景技术
近年来，压裂工艺技术迅猛发展，针对不同地质条件开发、配制不同的压裂体系来达到最佳的压裂和驱油效果。
以水基压裂体系为例，稠化剂胍胶和丙烯酰胺类共聚物因成熟的施工工艺、具有明显的“反聚电解质效应”和pH适用范围广等优点，占据了压裂液稠化剂90％以上的市场。在压裂过程中除稠化剂外还须配有适当的添加助剂，例如：黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂、杀菌剂等，配制出物理化学性能优良的压裂液，从而保证施工顺利、减小油气层损害。施工现场水基压裂液的配液工艺多为连续混配，在使用干粉类稠化剂时存在劳动强度大、易形成粉尘、稠化剂混合不均匀、溶解时间较长、助剂添加困难等缺陷。近年来，开发出乳液型压裂液和油分散型压裂液，但乳液型压裂液在盐水中的粘度保持率低，含量低，成本高；油分散型压裂液因其含有大量的有害有机溶剂，对地层污染严重，不满足安全环保的性能要求。如何制备一种满足油气田安全环保要求、性能良好的多功能压裂液助剂成为我们亟需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种单组份型全功能压裂液添加剂及其制备工艺，为了改变现有干粉类助剂易形成粉尘、混合不均、溶解时间长、配液困难，乳液型压裂液以及油分散型压裂液对地层污染严重、功能性差、返排液处理复杂等缺点。制备了一种安全环保、耐温耐剪切、性能良好的全功能压裂液添加剂体系。
为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，包括以下步骤：
将乙二醇、异丙醇、1-丁醇、1-己醇、1-辛醇混合，加热使其分散均匀得到水性分散剂；
将高分子聚合物稠化剂、助剂加入水性分散剂中，助剂为黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂和杀菌剂中的一种或多种；并在高速搅拌得悬浮液；
低速下缓慢搅拌悬浮液，并降温，当悬浮液温度降至室温时，收集悬浮液样品。
作为本发明的进一步改进，所述乙二醇、异丙醇、1-丁醇、1-己醇和1-辛醇的加入量为悬浮液总量的20～40％wt、20～40％wt、1～10％wt、0.1～5％wt、0.1～5％ wt。
作为本发明的进一步改进，所述高分子聚合物稠化剂加入量为悬浮液总量的20～50％wt。
作为本发明的进一步改进，所述助剂中黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂、杀菌剂的加入量为悬浮液总量的0～10％wt，0～10％wt， 0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt。
作为本发明的进一步改进，所述高分子聚合物稠化剂是将高分子聚合物固体采用粉碎机粉碎后使用80～140目筛子过筛后得到。
作为本发明的进一步改进，所述黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂、杀菌剂中是分别进行研磨后，使用80～140目筛子过筛得到。
作为本发明的进一步改进，所述高分子聚合物稠化剂选自疏水性丙烯酰胺类共聚物。
作为本发明的进一步改进，所述黏土稳定剂选自KCl，助排剂选自非离子含氟表面活性剂，减阻剂选自PVA，防乳化剂选自聚醚类DY202，降滤失剂选自改性淀粉，缓蚀剂选自喹啉类，杀菌剂选自CuSO4。
作为本发明的进一步改进，所述高速为并在5000～9000r/min；所述低速为 1000～4000r/min。
一种单组份型全功能压裂液添加剂，由以下重量百分比的原料组成：
乙二醇20～40％wt；
异丙醇20～40％wt；
1-丁醇1～10％wt；
1-己醇0.1～5％wt；
1-辛醇0.1～5％wt；
高分子聚合物稠化剂20～50％wt；
黏土稳定剂0～10％wt；
助排剂0～10％wt；
减阻剂0～10％wt；
防乳化剂0～10％wt；
降滤失剂0～10％wt；
缓蚀剂0～10％wt；
杀菌剂0～10％wt。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明提供单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，本发明的单组份型全功能压裂液添加剂以乙二醇/异丙醇/1-丁醇/1-己醇/1-辛醇作为分散剂，高分子聚合物稠化剂/黏土稳定剂/助排剂/减阻剂/防乳化剂/降滤失剂/缓蚀剂/杀菌剂其中的一种或多种作为分散质，加热的分散剂与分散质混合后进行高速搅拌、低速降温搅拌制成单组份型全功能压裂液添加剂悬浮液。悬浮液制备原理是1-丁醇/1-己醇/1-辛醇中的高分子分散剂围绕包裹在固体颗粒表面，后被同系低分子分散剂围绕，之后再分散于同系更低分子量的乙二醇/异丙醇水性分散剂中，由于相似相容原理，被围绕的固体颗粒和水性分散剂两相分散的更加均匀稳定，从而制备出一种新型环保型多功能水分散油田化学品助剂。
通过观察单组份型全功能压裂液添加剂的稳定性和流动状态，对单组份型全功能压裂液添加剂的分散剂用量进行优化。对单组份型全功能压裂液添加剂性能进行测试，结果表明，该助剂具有较好的耐温耐剪切、抗盐、悬砂等特点。解决了现有压裂液体系对地层污染严重、溶解困难、功能单一、性能差等问题，表现出良好的使用性能、环境保护和节能降耗的特点，可用于清洁环保型单组份型全功能压裂液添加剂的研发。
附图说明：
图1:悬浮液样品图；
图2:为1％水溶液样品图；
图3:为1％水溶液悬砂0min、5min、10min的照片；
图4 :1％水溶液的流变图。
具体实施方式
本发明提供一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，本发明从现场的实际需求出发，采用乙二醇、异丙醇、1-丁醇、1-己醇、1-辛醇作为分散剂，高分子聚合物稠化剂(疏水性丙烯酰胺类共聚物)、黏土稳定剂(KCl)、助排剂(非离子含氟表面活性剂)、减阻剂(PVA)、防乳化剂(聚醚类DY202)、降滤失剂(改性淀粉)、缓蚀剂(喹啉类)、杀菌剂(CuSO4)其中的一种或多种作为分散质。
具体制备过程如下：
1)使用多功能电动粉碎机粉碎高分子聚合物稠化剂，取出。使用80～140 目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；
2)将黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂、杀菌剂中的固体样品进行研磨，使用80～140目筛子“过筛”，收集筛出物，密封保存；
3)将水性分散剂乙二醇、异丙醇、1-丁醇、1-己醇、1-辛醇加入烧杯中，放在恒温磁力搅拌器上加热到60～90℃持续搅拌2～6min，使分散剂分散均匀；
4)将高分子聚合物稠化剂、黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂、杀菌剂中的一种或多种加到水性分散剂中，用搅拌棒搅拌均匀，装入数显高速搅拌机样品桶中，在5000～9000r/min的转速下高速搅拌 3～6min；
5)将数显高速搅拌机转速调至1000～4000r/min缓慢搅拌悬浮液，外加 20～25℃水温的水浴锅降温，当悬浮液温度降至室温时，收集悬浮液样品，密封保存；
其中，所述的单组份型全功能压裂液添加剂的分散剂为乙二醇、异丙醇、 1-丁醇、1-己醇、1-辛醇，加量为悬浮液的20～40％wt、20～40％wt、1～10％wt、 0.1～5％wt、0.1～5％wt；其中所述分散质为高分子聚合物稠化剂、黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂、杀菌剂其中的一种或多种，加量为悬浮液的20～50％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt， 0～10％wt，0～10％wt；
其中，所述的单组份型全功能压裂液添加剂，它是一种水性添加剂，配方简单，一剂多效，通过调节分散质的种类和加量实现不同功能的转换，可实时泵注，连续混配，满足大排量施工要求，回收简单，重复利用率高，返排液配液不影响体系的减阻、携砂等性能，添加剂配方中无烃类成分，地层污染低，成本低。
实施例1：
单组份型全功能压裂液添加剂的制备
(1)使用多功能电动粉碎机粉碎高分子聚合物稠化剂(疏水性丙烯酰胺类共聚物)，使用140目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；
(2)将黏土稳定剂(KCl)、降滤失剂(改性淀粉)、杀菌剂(CuSO4) 进行研磨，使用140目筛子“过筛”，收集筛出物，密封保存；
(3)取42g乙二醇、55g异丙醇、2g 1-丁醇、0.8g1-己醇、0.4g1-辛醇加入烧杯中，放在恒温磁力搅拌器上加热到70℃持续搅拌3min，使分散剂分散均匀；
(4)取72g疏水性丙烯酰胺类共聚物、1g氯化钾、0.5g非离子含氟表面活性剂、1g改性淀粉、2g硫酸铜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8000r/min的转速下高速搅拌4min；
(5)将高速搅拌机转速调至4000r/min缓慢搅拌悬浮液，外加20～25℃水温的水浴锅降温，当悬浮液温度降至室温时，收集悬浮液样品，即得到单组份型全功能压裂液添加剂，如图1。
取2mL悬浮液在恒温磁力搅拌器搅拌的条件下加入到200mL蒸馏水中，配制成1％的水溶液，如图2所示。样品清澈透明，无溶剂油，符合油田环保要求；
实施例2：
单组份型全功能压裂液添加剂的制备
(1)使用多功能电动粉碎机粉碎高分子聚合物稠化剂(疏水性丙烯酰胺类共聚物)，使用140目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；
(2)取42g乙二醇、55g异丙醇、2g 1-丁醇、0.8g1-己醇、0.4g1-辛醇加入烧杯中，放在恒温磁力搅拌器上加热到70℃持续搅拌3min，使分散剂分散均匀；
(3)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8000r/min的转速下高速搅拌 4min；
(4)将高速搅拌机转速调至4000r/min缓慢搅拌悬浮液，外加20～25℃水温的水浴锅降温，当悬浮液温度降至室温时，收集悬浮液样品，即得到单组份型全功能压裂液添加剂，如图3。
单组份型全功能压裂液添加剂的悬砂性能测试
将2mL悬浮液在恒温磁力搅拌器搅拌的条件下加入200mL蒸馏水中，配制成1％的水溶液，取100mL水溶液，加入30g的20～40目石英砂，搅拌均匀，倒入量筒中，开始计时，如图3。
从图中可以看出，水溶液静置5min和10min后石英砂并未掉落，悬砂性能良好。
实施例3：
单组份型全功能压裂液添加剂的制备
(1)使用多功能电动粉碎机粉碎高分子聚合物稠化剂(疏水性丙烯酰胺类共聚物)，使用140目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；
(2)将黏土稳定剂(KCl)进行研磨，使用140目筛子“过筛”，收集筛出物，密封保存；
(3)取43g乙二醇、56g异丙醇、2g 1-丁醇、0.8g1-己醇、0.4g1-辛醇加入烧杯中，放在恒温磁力搅拌器上加热到70℃持续搅拌3min，使分散剂分散均匀；
(4)取71g疏水性丙烯酰胺类共聚物、4g氯化钾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8000r/min的转速下高速搅拌4min；
(5)将高速搅拌机转速调至4000r/min缓慢搅拌悬浮液，外加20～25℃水温的水浴锅降温，当悬浮液温度降至室温时，收集悬浮液样品，即得到单组份型全功能压裂液添加剂。
单组份型全功能压裂液添加剂的耐盐性能测试
将58.5gNaCl、5.5gCaCl2、4.5gMgCl2、20gKCl于500mL蒸馏水中溶解后，加入到1L容量瓶中定容，配制成8万标准矿化水，稀释0、10％、30％、50％的标准矿化水各200mL，取案例1中的悬浮液，配制0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、 1.0％水溶液，测各样品粘度，具体数据如表1所示。
表1不同矿化度下样品的粘度
Figure BDA0002951116340000081
从表1中可以得出，单组份型全功能压裂液添加剂的耐盐性能良好，在盐水中的粘度保持率较高，在50％标盐的水溶液中，粘度保持率达到60％以上。
单组份型全功能压裂液添加剂的防膨测试
将1.0％的10％标盐水溶液使用0.08％的过硫酸铵在90℃水浴锅中放置2h 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。
实施例4：
单组份型全功能压裂液添加剂的制备
(1)使用多功能电动粉碎机粉碎高分子聚合物稠化剂(疏水性丙烯酰胺类共聚物)，使用120目筛子“过筛”，收集筛出的高分子聚合物，密封保存；
(2)将减阻剂(PVA)进行研磨，使用120目筛子“过筛”，收集筛出物，密封保存；
(3)取44g乙二醇、56g异丙醇、3g 1-丁醇、0.8g1-己醇、0.4g1-辛醇加入烧杯中，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71g疏水性丙烯酰胺类共聚物、3g减阻剂(PVA)过筛后的样品加入到水性分散剂中，再加入4g助排剂(氟碳表面活性剂)和5g缓蚀剂(喹啉类HC-HS2)用搅拌棒搅拌均匀，装入高速搅拌机样品桶中，在8000r/min的转速下高速搅拌4min；
(5)将高速搅拌机转速调至5000r/min缓慢搅拌悬浮液，外加20～25℃水温的水浴锅降温，当悬浮液温度降至室温时，收集悬浮液样品，即得到单组份型全功能压裂液添加剂。
单组份型全功能压裂液添加剂的耐温耐剪切性能测试
将2mL悬浮液在恒温磁力搅拌器搅拌的条件下加入200mL蒸馏水中，配制成1％的水溶液，取50mL 1％水溶液，使用HAAKE MARS型流变仪在170s–1剪切速率及120℃温度下进行耐温耐剪切性能测试，如图4所示。
从图4中可以看出，单组份型全功能压裂液添加剂的耐温耐剪切性能较好， 1％的水溶液在120℃下剪切1h，粘度保持在50mPa·s左右。
单组份型全功能压裂液添加剂的减阻性能测试
使用所配制的单组份型全功能压裂液添加剂配制500g0.04％的滑溜水，使用中国海安石油科研仪器有限公司的摩阻仪测试减阻率为73.4％，减阻性能良好。
尽管上文对本发明的具体实例做了详细的描述和说明，但应该指明的是我们可以对以上实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明所附的权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将乙二醇、异丙醇、1-丁醇、1-己醇、1-辛醇混合，加热使其分散均匀得到水性分散剂；
将高分子聚合物稠化剂、助剂加入水性分散剂中，助剂为黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂和杀菌剂中的一种或多种；并在高速搅拌得悬浮液；
低速下缓慢搅拌悬浮液，并降温，当悬浮液温度降至室温时，收集悬浮液样品。
2.根据权利要求1所述的一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，所述乙二醇、异丙醇、1-丁醇、1-己醇和1-辛醇的加入量为悬浮液总量的20～40％wt、20～40％wt、1～10％wt、0.1～5％wt、0.1～5％wt。
3.根据权利要求1所述的一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，所述高分子聚合物稠化剂加入量为悬浮液总量的20～50％wt。
4.根据权利要求1所述的一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，所述助剂中黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂、杀菌剂的加入量为悬浮液总量的0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt，0～10％wt。
5.根据权利要求1所述的一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，所述高分子聚合物稠化剂是将高分子聚合物固体采用粉碎机粉碎后使用80～140目筛子过筛后得到。
6.根据权利要求1所述的一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，所述黏土稳定剂、助排剂、减阻剂、防乳化剂、降滤失剂、缓蚀剂、杀菌剂中是分别进行研磨后，使用80～140目筛子过筛得到。
7.根据权利要求1所述的一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，所述高分子聚合物稠化剂选自疏水性丙烯酰胺类共聚物。
8.根据权利要求1所述的一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，所述黏土稳定剂选自KCl，助排剂选自非离子含氟表面活性剂，减阻剂选自PVA，防乳化剂选自聚醚类DY202，降滤失剂选自改性淀粉，缓蚀剂选自喹啉类，杀菌剂选自CuSO4。
9.根据权利要求1所述的一种单组份型全功能压裂液添加剂的制备工艺，其特征在于，所述高速为并在5000～9000r/min；所述低速为1000～4000r/min。
10.一种单组份型全功能压裂液添加剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：
乙二醇20～40％wt；
异丙醇20～40％wt；
1-丁醇1～10％wt；
1-己醇0.1～5％wt；
1-辛醇0.1～5％wt；
高分子聚合物稠化剂20～50％wt；
黏土稳定剂0～10％wt；
助排剂0～10％wt；
减阻剂0～10％wt；
防乳化剂0～10％wt；
降滤失剂0～10％wt；
缓蚀剂0～10％wt；
杀菌剂0～10％wt。
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