CN115417944A - 一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液及其制备方法。所述制备方法，包括以下步骤，将三丁胺和碳酸二甲酯作为油相物质溶解于白油当中，再加入复合乳化剂搅匀，以形成油相。将丙烯酰胺以及丙烯酸作为聚合物单体溶解于蒸馏水当中，加入氧化剂搅匀，以形成水相。将水相与油相进行混合，调节pH值，在低温下缓慢加入还原剂进行引发反应，完成后继续反应一定时间，得到目标产物。所述压裂乳液防止施工过程中入井液体引起储层中粘土膨胀、分散、运移造成对储层的污染。且该压裂乳液可在实施现场与其他配方水溶液混合直接使用，无需压裂过程中聚合物溶解步骤。

Description

一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液及其制备方法
技术领域
本发明属于油田压裂增产技术领域，具体涉及一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液及其制备方法。
背景技术
压裂是当前油气田开发最主要的增产措施，压裂液能够直接影响施工的成败和改造效果，其能够实现裂缝的充分延伸以及复杂裂缝连通，达到最大限度地提高裂缝的复杂性及改造体积的目标。压裂液一般是由多种添加剂按一定配比形成非均质不稳定化学体系，而防膨剂和多种添加剂提前配制，需要额外的配液设备，占用一定的液罐，自动化程度低、劳动强度大、时效性低，严重影响压裂施工进度，并且存在一定的安全环保风险。目前的压裂液体系已难以满足高效化、清洁化生产的需求，急需开发一种具有一剂多效、现配现用的压裂乳液。
防膨剂是压裂液的重要处理剂，能够抑制压裂液进入储层引起黏土矿物的水化膨胀和分散运移，防止储层渗透率降低。目前常用的压裂用防膨剂主要有氯化钾、氯化铵等无机盐类、阳离子聚合物和小阳离子化合物，在传统压裂施工时，主要是将防膨剂、聚合物溶液与压裂液混合一起注入至井下作业，其施工过程较为繁琐。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液及其制备方法，所述压裂乳液具有防膨效果，可在实施现场与其他配方水溶液混合直接使用，无需压裂过程中聚合物溶解步骤，所述压裂乳液利用地底高温触发油相中的三丁胺季铵化，水溶性增强，其从油相转移到水相当中，使其具有防膨效果。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提供了一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，包括以下步骤：
S1：将三丁胺与碳酸二甲酯作为油相溶质溶解于白油当中，再加入复合乳化剂搅匀，形成油相；
S2：将丙烯酰胺与丙烯酸作为聚合物单体溶解于蒸馏水当中，再加入氧化剂搅匀，形成水相；
S3：将水相与油相混合均匀并调节pH值，在设定温度下缓慢加入还原剂进行引发反应，引发反应结束后继续搅拌设定时间，得到具有防膨功能的可在线添加聚合物的压裂乳液。
本发明进一步，所述S1中，所述复合乳化剂为Span-80和Tween-80的复配，所述Span-80与Tween-80质量比为(1.5～2.0):1。
本发明进一步，所述S1中，所述白油与复合乳化剂质量比为2:(2.5～3)。
本发明进一步，所述S1中，所述三丁胺与碳酸二甲酯质量比为1:(2～4)，所述油相溶质与白油质量比为1:(4～5)。
本发明进一步，所述S2中，所述丙烯酰胺与丙烯酸摩尔比为(1～2):1，所述聚合物单体与蒸馏水质量比为1:(3～4)。
本发明进一步，所述S2中，所述氧化剂为叔丁基过氧化氢，所述叔丁基过氧化氢的质量为蒸馏水质量的1～2％。
本发明进一步，所述S3中，所述油相与水相质量比为1:(2～3)。
本发明进一步，所述S3中，所述还原剂为偏重亚硫酸钠，所述偏重亚硫酸钠的质量为蒸馏水质量的2～3％。
本发明进一步，所述S3中，所述pH值为6～8，所述设定温度为15～19℃，所述设定时间为8～10h。
一种采用任意一项所述的制备方法制备的防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，所述制备方法简单，材料简单易得，所述压裂乳液借助地层温度触发油相中的三丁胺季铵化，使防膨剂发生季铵化反应，逐步生成阳离子，使其具有防膨效果，正电荷生成后水溶性增加、吸附能力增加，阳离子从油相分离转移到水相，防止施工过程中入井液体引起储层中粘土膨胀、分散、运移造成对储层的污染。另外，制得的压裂乳液可在实施现场与其他配方水溶液混合直接使用，无需压裂过程中聚合物溶解步骤。
附图说明
图1为实施例1制得的压裂乳液的粘度随其质量浓度的变化示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
本发明提供了一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液及其制备方法。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
本发明提供了一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取一定量的三丁胺与碳酸二甲酯作为油相溶质溶于一定量的白油中，再加入一定量的Span-80和Tween-80，将其搅拌均匀以形成油相。
其中，Span-80与Tween-80的质量比为(1.5～2.0):1，白油与复合乳化剂即Span-80与Tween-80的质量比为2:(2.5～3)，三丁胺与碳酸二甲酯的质量比为1:(2～4)。
三丁胺和碳酸二甲酯即油相溶质与白油的质量比为1:(4～5)。
S2：称取一定量的蒸馏水，加入聚合物单体即一定量的丙烯酰胺以及丙烯酸，后加入氧化剂即叔丁基过氧化氢，搅拌均匀，以形成水相。
其中，丙烯酰胺与丙烯酸摩尔比为(1～2):1，丙烯酰胺以及丙烯酸作为聚合物单体，所述聚合物单体与蒸馏水质量比为1:(3～4)。氧化剂的质量为为蒸馏水质量的1～2％。
S3：将油相与水相混合均匀，调节pH至6～8，在15～19℃下缓慢加入偏重亚硫酸钠，完成后反应8～10h得到一种具有防膨功能的可在线添加聚合物的压裂乳液。
其中，油相与水相质量比为1:(2～3)，偏重亚硫酸钠的质量为为蒸馏水质量的2～3％。
本发明所述压裂乳液的使用温度为80～120℃。
本发明所述压裂乳液借助地层温度使防膨剂发生季铵化反应，逐步生成阳离子，正电荷生成后水溶性增加、吸附能力增加，阳离子从油相分离转移到水相，防止施工过程中入井液体引起储层中粘土膨胀、分散、运移造成对储层的污染。且该压裂乳液可在实施现场与其他配方水溶液混合直接使用，无需压裂过程中聚合物溶解步骤。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
称取3.33g三丁胺与6.67g碳酸二甲酯作为油相溶质溶于40.00g的白油中，再加入30.00g Span-80和20.00g Tween-80，将其搅拌均匀以形成油相。称取214.71g的蒸馏水，加入35.54g丙烯酰胺以及36.03g丙烯酸。加入2.15g叔丁基过氧化氢。搅拌均匀，以形成水相。称取50.00g油相与100.0g水相混合均匀，调节pH至7，在15℃下缓慢加入4.29g偏重亚硫酸钠，完成后继续反应10h，得到一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液。
实施例2
称取2.50g三丁胺与7.50g碳酸二甲酯作为油相溶质溶于50.00g的白油中，再加入50.00g Span-80和25.00g Tween-80，将其搅拌均匀以形成油相。称取428.43g的蒸馏水，加入71.08g丙烯酰胺以及36.03g丙烯酸。加入8.57g叔丁基过氧化氢。搅拌均匀，以形成水相。称取50.00g油相与150.00g水相混合均匀，调节pH至8，在17℃下缓慢加入8.57g偏重亚硫酸钠，完成后继续反应8h，得到一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液。
实施例3
称取2.00g三丁胺与8.00g碳酸二甲酯作为油相溶质溶于40.00g的白油中，再加入30.00g Span-80和20.00g Tween-80，将其搅拌均匀以形成油相。称取214.71g的蒸馏水，加入35.54g丙烯酰胺以及36.03g丙烯酸。加入4.29g叔丁基过氧化氢。搅拌均匀，以形成水相。称取50.00g油相与100.00g水相混合均匀，调节pH至7，在19℃下缓慢加入6.44g偏重亚硫酸钠，完成后继续反应9h，得到一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液。
实施例4
称取2.50g三丁胺与7.50g碳酸二甲酯作为油相溶质溶于50.00g的白油中，再加入50.00g Span-80和25.00g Tween-80，将其搅拌均匀以形成油相。称取321.33g的蒸馏水，加入71.08g丙烯酰胺以及36.03g丙烯酸。加入3.21g叔丁基过氧化氢。搅拌均匀，以形成水相。称取50.00g油相与150.00g水相混合均匀，调节pH至6，在17℃下缓慢加入9.64g偏重亚硫酸钠，完成后继续反应10h，得到一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液。
实施例5
称取2.00g三丁胺与8.00g碳酸二甲酯作为油相溶质溶于50.00g的白油中，再加入50.00g Span-80和25.00g Tween-80，将其搅拌均匀以形成油相。称取428.44g的蒸馏水，加入71.08g丙烯酰胺以及36.03g丙烯酸。加入8.57g叔丁基过氧化氢。搅拌均匀，以形成水相。称取50.00g油相与150.00g水相混合均匀，调节pH至7，在19℃下缓慢加入12.85g偏重亚硫酸钠，完成后继续反应10h，得到一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液。
为了表征该压裂乳液的流动性能，对实施例1合成的压裂乳液在常温25℃下进行了不同质量浓度下粘度的测试，结果如图1所示。由图1可以看出，随着压裂乳液质量浓度的增加，其粘度值一直在增大。当压裂乳液质量浓度为1wt.％时，其粘度为345mPa·s，这表明合成的压裂乳液型具有较好的流动性。
为了表征该压裂乳液的防膨效果，在90℃下测试压裂液反排液的防膨性能，结果如表1所示。由表1可以看出，压裂液反排液防膨率可达到86％以上，表面该压裂乳液可有效抑制粘土矿物膨胀。
表1压裂液反排液的防膨性能
Figure BDA0003828028980000071
为了表征该压裂乳液的携砂性能，在90℃下测试其悬砂沉降速率，其中支撑剂为40目的陶粒，实验结果如表2所示。由表2可以看出，支撑剂在该压裂乳液体系中的沉降速率为0.1cm/min左右，表明该压裂乳液具有良好的携砂性能。
表2压裂乳液的悬砂沉降速率
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
沉降速率(cm/min) 0.12 0.10 0.09 0.11 0.11
本发明将三丁胺与碳酸二甲酯溶于油相之中，采用高温触发特性利用井底高温触发油相中的三丁胺季铵化，使其水溶性增强，从油相分离至水相，以达到防膨效果。季铵盐类防膨剂能够通过分子间力和氢键力等作用吸附在粘土表面上，具有明显防止储层中粘土矿物水化膨胀和分散运移的作用，可适用于油田压裂液中，并且本发明所制备的压裂乳液为带有防膨效果且可在线添加聚合物的压裂液乳液，具有一剂多效、施工简单的特性。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将三丁胺与碳酸二甲酯作为油相溶质溶解于白油当中，再加入复合乳化剂搅匀，形成油相；
S2：将丙烯酰胺与丙烯酸作为聚合物单体溶解于蒸馏水当中，再加入氧化剂搅匀，形成水相；
S3：将水相与油相混合均匀并调节pH值，在设定温度下缓慢加入还原剂进行引发反应，引发反应结束后继续搅拌设定时间，得到具有防膨功能的可在线添加聚合物的压裂乳液。
2.根据权利要求1所述的一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述复合乳化剂为Span-80和Tween-80的复配，所述Span-80与Tween-80的质量比为(1.5～2.0):1。
3.根据权利要求1所述的一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述白油与复合乳化剂的质量比为2:(2.5～3)。
4.根据权利要求1所述的一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述三丁胺与碳酸二甲酯的质量比为1:(2～4)，所述油相溶质与白油的质量比为1:(4～5)。
5.根据权利要求1所述的一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，所述S2中，所述丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比为(1～2):1，所述聚合物单体与蒸馏水的质量比为1:(3～4)。
6.根据权利要求1所述的一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，所述S2中，所述氧化剂为叔丁基过氧化氢，所述叔丁基过氧化氢的质量为蒸馏水质量的1～2％。
7.根据权利要求1所述的一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述油相与水相的质量比为1:(2～3)。
8.根据权利要求1所述的一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述还原剂为偏重亚硫酸钠，所述偏重亚硫酸钠的质量为蒸馏水质量的2～3％。
9.根据权利要求1所述的一种防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述pH值为6～8，所述设定温度为15～19℃，所述设定时间为8～10h。
10.一种采用权利要求1至9任意一项所述的制备方法制备的防膨且可在线添加聚合物的压裂乳液。
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