CN113024745A - 一种油气藏压裂用的聚合物乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油气藏压裂用的聚合物乳液及其制备方法，该聚合物乳液包括丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、2‑甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂、水、白油、Tween80、Span60和螯合剂。本发明将二氧化硅纳米粒子采用接枝共聚方式引入到聚合物中，达到稳定流体的作用，提高粘弹性流体的黏度保持率，直接效果体现为聚合物使用浓度更低，带正电荷的二氧化硅纳米粒子可以使溶液的零剪切黏度，最长弛豫时间和储能模量在不同程度上得到改善，直接效果体现为聚合物的抗盐性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及压裂液技术领域，更具体地说，涉及一种油气藏压裂用的聚合物乳液及其制备方法。
背景技术
压裂改造是有效的储层增产措施，通过地面高压泵注设备将压裂液挤入地层，压破地层形成裂缝，压裂液携带支撑剂进入地层，在裂缝闭合时支撑裂缝，形成高导流通道，从而达到增大储层渗透率、泄油(气)通道，最终达到增产的目的。压裂液是指由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定的化学体系，是对油气层进行压裂改造时使用的工作液，它的主要作用是将地面设备形成的高压传递到地层中，使地层破裂形成裂缝并沿裂缝输送支撑剂。但现有技术的压裂液的性能仍然存在诸多不足，如聚合物使用浓度高、粘弹性差、油水界面张力大、耐盐性能差等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气藏压裂用的聚合物乳液及其制备方法，解决了现有技术中压裂液所存在的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种油气藏压裂用的聚合物乳液，包括丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂、水、白油、Tween 80、Span 60和螯合剂。
在本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液中，所述丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的质量比为(9-12.3)：(1-5)：(9-11.8)：(9-10.8)：(9-10.8)。
在本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液中，所述白油、Tween 80、Span 60和螯合剂的质量比为(21-30)：(1.6-2.4)：(1.6-2.4)：(0.08-0.13)。
在本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液中，所述丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共占总质量的30％-60％。
在本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液中，每一所述引发剂占聚合物乳液总质量的0.08％-0.12％。
在本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液中，所述丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂和水组合成水相，所述白油、Tween 80、Span 60和螯合剂组合成油相，所述油相与所述水相的质量比为(25-32)：(68-75)。
在本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液中，所述引发剂包括过硫酸铵、偶氮二异丁腈和/或亚硫酸氢钠。
在本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液中，所述聚合物乳液的粒子粒径≤200nm。
本发明还提供了上述的聚合物乳液的制备方法，包括：将白油、Tween 80、Span 60和螯合剂搅拌混合均匀得到油相，将丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂和水在惰性气体环境中搅拌进行聚合反应并得到水相，将油相和水相在惰性气体环境中搅拌形成乳液。
在本发明的制备方法中，聚合反应的温度控制在30-60℃，pH值控制在8-10，聚合时间为4-8小时。
实施本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液将二氧化硅纳米粒子采用接枝共聚方式引入到聚合物中，达到稳定流体的作用，提高粘弹性流体的黏度保持率，直接效果体现为聚合物使用浓度更低；有助于形成假性滤饼，降低液体的滤失，增加压裂作业的液体效率；带正电荷的二氧化硅纳米粒子可以使溶液的零剪切黏度，最长弛豫时间和储能模量在不同程度上得到改善，直接效果体现为聚合物的抗盐性能更好；二氧化硅纳米粒子的引入，增加了聚合物体系的疏水性能，压裂液用于油井压裂时，更有利于压裂后的返排。
附图说明
图1是本发明的实施例1的聚合物乳液配置为0.7％浓度压裂液的流变曲线图；其中，0.7％浓度的压裂液是指将实施例1的聚合物乳液与水按体积比0.7：100混合得到的压裂液；
图2是本发明的实施例2的聚合物乳液配置为1.0％浓度压裂液的流变曲线图；其中，1.0％浓度的压裂液是指将实施例2的聚合物乳液与水按体积比1.0：100混合得到的压裂液。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液及其制备方法作进一步说明：
本发明是一种用于压裂增产措施的新型二氧化硅纳米油包聚合物型乳液压裂液，其主剂为反相乳液聚合而成的共聚物，创新型地通过接枝共聚的方式将聚合物接枝到纳米二氧化硅表面，制备得到平均粒径≤200nm的纳米乳液组合物，润滑性更好，可有效提高乳液的快速分散和溶胀性能，提高乳液粒子的疏水性，并改善界面亲和性，使改体系具有常规压裂液体系性能外，更具有驱油和改变储层油水界面张力的作用。
本发明的油气藏压裂用的聚合物乳液可在线连续混配，低伤害，低残渣，耐温耐盐，快速增粘。使用时，无需提前配液，与水混合5-10秒即可增粘，30-50秒可达到携带支撑剂的粘度，现场使用非常简便。其提高了压裂液耐温耐盐的性能，更重要的是有效提高乳液的快速分散和溶胀性能，提高乳液粒子的疏水性，并改善界面亲和性，使改体系具有常规压裂液体系性能外，更具有驱油和改变储层油水界面张力的作用。聚合物合成的引发剂组成的氧化还原体系，聚合方法选用水溶液聚合法，聚合过程稳定，分子链和分子量控制稳定，聚合度高。采用反向乳液聚合，最终形成油包聚合物的乳液状，且粒子粒径为纳米级，大大提高了聚合物增粘的效果和有效性，在实际使用时，5-10秒左右即可破乳增粘。
实施例1：
总质量按100份质量计，将白油28份、Tween 801.6份、Span 601.6份、螯合剂0.12份搅拌混合均匀得到油相，将丙烯酰胺9.7份、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物1份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸9.7份、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵9.7份、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵9.7份、过硫酸铵0.1份、亚硫酸氢钠0.1份以及余量的水，在40度搅拌条件下，通氮气，聚合反应7小时。然后将油相和水相搅拌形成乳液。
参见图1，在170℃，剪切速率100S-1条件下，剪切90min后，浓度0.7％的压裂液的粘度保持在40mpa.s。由此可见，本实施例聚合物乳液所配置的压裂液，具有非常好的耐温耐剪切性能。
工程应用：
鄂尔多斯盆地XX井，水平井，开发气井，施工井段3163.3m～3737.5m，使用该实施例的压裂液，泵注液量5360m3，支撑剂量475.7m3，施工排量4.7-6.5m3/min，施工压力39.37MPa～46.84MPa，压裂后日产量无阻流量716500m3/day。
实施例2：
总质量按100份质量计，将白油30份、Tween 801.8份、Span 601.8份、螯合剂0.13份搅拌混合均匀得到油相，将丙烯酰胺9.1份、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物1.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸9.1份、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵9.1份、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵9.1份、过硫酸铵0.1份、亚硫酸氢钠0.1份以及余量的水，在40度搅拌条件下，通氮气，聚合反应6小时。然后将油相和水相搅拌形成乳液。
参见图2，在170℃，剪切速率100S-1条件下，剪切90min后，浓度1.0％的压裂液的粘度保持在43mpa.s。由此可见，本实施例的乳液聚合物所配置的压裂液，具有非常好的耐温耐剪切性能。
工程应用：
鄂尔多斯盆地XX井，水平井，开发气井，施工井段3377.7m～3949.6m，使用该实施例的压裂液，泵注液量5970m3，支撑剂量497.7m3，施工排量4.5-6.5m3/min，施工压力41.77MPa～48.76MPa，压裂后日产量无阻流量817000m3/day。
实施例3：
总质量按100份质量计，将白油21份、Tween 801.6份、Span 602.4份、螯合剂0.08份搅拌混合均匀得到油相，将丙烯酰胺9份、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物1份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸9份、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵9份、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵9份、过硫酸铵0.08份、亚硫酸氢钠0.08份以及余量的水，在40度搅拌条件下，通氮气，聚合反应4小时。然后将油相和水相搅拌形成乳液。
本实施例的聚合物乳液配制成浓度1.0％的压裂液(未附图)，在170℃，剪切速率100S-1条件下，剪切90min后，浓度1.0％的压裂液的粘度保持在42mpa.s。由此可见，本实施例的乳液聚合物所配置的压裂液，具有非常好的耐温耐剪切性能。
工程应用：
鄂尔多斯盆地XX井，水平井，开发气井，施工井段3377.7m～3949.6m，使用该实施例的压裂液，泵注液量5970m3，支撑剂量497.7m3，施工排量4.8-6.6m3/min，施工压力41.77MPa～48.76MPa，压裂后日产量无阻流量736000m3/day。
实施例4
总质量按100份质量计，将白油27份、Tween 802.4份、Span 602.4份、螯合剂0.12份搅拌混合均匀得到油相，将丙烯酰胺12.3份、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物5份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸11.8份、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵10.8份、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵10.8份、过硫酸铵0.12份、亚硫酸氢钠0.12份以及余量的水，在40度搅拌条件下，通氮气，聚合反应4小时。然后将油相和水相搅拌形成乳液。
本实施例的聚合物乳液配制成浓度1.0％的压裂液(未附图)，在170℃，剪切速率100S-1条件下，剪切90min后，浓度1.0％的压裂液的粘度保持在44mpa.s。由此可见，本实施例的乳液聚合物所配置的压裂液，具有非常好的耐温耐剪切性能。
工程应用：
鄂尔多斯盆地XX井，水平井，开发气井，施工井段3163.3m～3737.5m，使用该实施例的压裂液，泵注液量5360m3，支撑剂量475.7m3，施工排量4.4-6.4m3/min，施工压力39.37MPa～46.84MPa，压裂后日产量无阻流量853200m3/day。
对比实验例：(备注：对比例1-4与实施例1-4的配方一一对应且基本相同，配备方法也相同，区别仅仅是丙烯酸酯未接枝二氧化硅)
1.聚合物使用浓度更低，粘弹性更好
2.油水界面张力更低
3.耐盐性能
应当理解的是，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，但这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油气藏压裂用的聚合物乳液，其特征在于，包括丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂、水、白油、Tween80、Span 60和螯合剂。
2.根据权利要求1所述的油气藏压裂用的聚合物乳液，其特征在于，所述丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的质量比为(9-12.3)：(1-5)：(9-11.8)：(9-10.8)：(9-10.8)。
3.根据权利要求2所述的油气藏压裂用的聚合物乳液，其特征在于，所述白油、Tween80、Span 60和螯合剂的质量比为(21-30)：(1.6-2.4)：(1.6-2.4)：(0.08-0.13)。
4.根据权利要求2所述的油气藏压裂用的聚合物乳液，其特征在于，所述丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共占总质量的30％-60％。
5.根据权利要求3所述的油气藏压裂用的聚合物乳液，其特征在于，每一所述引发剂占聚合物乳液总质量的0.08％-0.12％。
6.根据权利要求5所述的油气藏压裂用的聚合物乳液，其特征在于，所述丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂和水组合成水相，所述白油、Tween 80、Span 60和螯合剂组合成油相，所述油相与所述水相的质量比为(25-32)：(68-75)。
7.根据权利要求5所述的油气藏压裂用的聚合物乳液，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵、偶氮二异丁腈和/或亚硫酸氢钠。
8.根据权利要求1所述的油气藏压裂用的聚合物乳液，其特征在于，所述聚合物乳液的粒子粒径≤200nm。
9.一种权利要求1-8任一所述的聚合物乳液的制备方法，其特征在于，包括：将白油、Tween 80、Span 60和螯合剂搅拌混合均匀得到油相，将丙烯酰胺、丙烯酸酯与二氧化硅的接枝共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂和水在惰性气体环境中搅拌进行聚合反应并得到水相，将油相和水相在惰性气体环境中搅拌形成乳液。
10.根据权利要求9所述的聚合物乳液的制备方法，其特征在于，聚合反应的温度控制在30-60℃，pH值控制在8-10，聚合时间为4-8小时。
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