CN116355606B - 一种压裂助剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压裂助剂及其制备方法。该压裂助剂由以下原料组成:新型交联剂、微胶囊破胶剂、水、防黏土膨胀剂、破乳剂、pH调节剂、功能助剂。本发明引入一种功能助剂,功能助剂采用点击化学的方式制备了一种功能助剂,具有较低的临界胶束浓度,具有更强的降低表面张力和增加粘度的能力,将本发明制备的功能助剂应用于压裂液中可相互缠绕形成胶束蠕虫状,具有良好的悬砂和增稠能力。
Description
技术领域
本发明涉及石油压裂液领域,尤其涉及一种压裂助剂。
背景技术
压裂技术是油气井增产的重要手段,压裂液的作用是携带支撑剂、传递压力、压裂造缝,压裂液的好坏直接影响到压裂作业的成败。
水力压裂是油气藏的主要增产、增注措施,自大规模进行压裂以来,已得到迅速发展和广泛应用。
现如今,压裂助剂多为单一功能型,工人根据地质情况现配现用,操作麻烦由于各厂家的产品不同,导致体系中不同产品之间配伍性差,协同效应不理想,甚至会产生拮抗作用,导致各单剂均无法发挥各自的最佳效果,从而降低了压裂液整体体系的综合性能,严重伤害了地层,同时也增加了油气开发的生产成本。具备多功能、能够有效应用于大部分地质的压裂助剂是一个新的研发思路,其减少了个人配置带来的缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷,本发明提供了一种压裂助剂及其制备方法。
一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:将通过上述方法制得的新型交联剂、微胶囊破胶剂混合,得到所述压裂助剂。
进一步的,一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:
按质量份计,将50-75份水加热至40-50℃,并以80-120r/min转速搅拌,向其中加入10-20份防黏土膨胀剂,反应0.5-1h;然后加入8-10份破乳剂,继续搅拌0.5-1h;再加入0.5-1份pH调节剂,继续搅拌20-30min;最后,以1-10℃/min速率升温至50-60℃,加入10-15份新型交联剂、5-10份微胶囊破胶剂,以80-120r/min转速搅拌0.5-1h,得到所述压裂助剂。
优选的,所述破乳剂为AP型破乳剂、AR型破乳剂、AE型破乳剂中的一种;进一步优选的,所述破乳剂为AP型破乳剂。AP型破乳剂更适合于含水率较高的液体,并能在低温条件下达到快速破乳的效果。其分子链长且支链多,亲水能力高于分子结构单一的SP型破乳剂。多支链的特点决定了AP型破乳剂具有较高的润湿性能和渗透性能,当原油乳状液破乳时,AP型破乳剂的分子能迅速的渗透到油水界面膜上。
优选的,所述pH调节剂为柠檬酸、碳酸、乙酸中的一种;进一步优选的,所述pH调节剂为柠檬酸。由于有钼酸根离子在碱性条件下不易脱水,生成三氧化钼;钼酸根在盐酸、硝酸存在下,易直接脱水,生成三氧化钼;在硫酸存在下,钼酸根易和硫酸反应,生成硫酸钼,因此,提供一个合适的pH环境,对本发明制得的压裂助剂是十分必要的。因此,本发明优选了三种弱酸,其中,柠檬酸由于其高的挥发点,较强的酸性,更适合用于调节本发明所制得的压裂助剂的pH。
优选的,所述防黏土膨胀剂为十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种;进一步优选的,所述防黏土膨胀剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵。黏土与水接触时,由于其片状结构表面带负电,在静电斥力作用下而分开,即产生膨胀。注水地层发生黏土膨胀,将降低注水速度;采油地层发生钻土膨胀,将降低油井产量。本发明优选十四烷基二甲基苄基氯化铵,由于苄基的存在,苯环大π键的影响,其容纳电子的能力更强,导致其消解黏土表面负电荷的能力更强。
进一步优选的,一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将50-75份水加热至40-50℃,并以80-120r/min转速搅拌,向其中加入10-20份防黏土膨胀剂,反应0.5-1h;然后加入8-10份破乳剂,继续搅拌0.5-1h;再加入0.5-1份pH调节剂,继续搅拌20-30min;最后,以1-10℃/min速率升温至50-60℃,加入10-15份新型交联剂、5-10份微胶囊破胶剂、5-8份功能助剂,以80-120r/min转速搅拌0.5-1h,得到所述压裂助剂。
所述功能助剂的制备方法,包括以下步骤:所述功能助剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将25-30份油酸加入容器中,然后再加入0.16-0.3份对甲苯磺酸,加热至40-60℃时加入7-10份N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,然后加热至140-160℃在氮气条件下反应6-8h,反应结束后减压蒸馏除去N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷、水,得到中间产物;将上述中间产物加入120-150份异丙醇中,然后再加入5-7份1-氯-4-乙炔基苯,加热至60-80℃反应10-12h,反应结束减压蒸馏,然后采用丙酮洗涤、干燥,得到炔基修饰的氯化铵;将5-7份单-6-叠氮基-β-环糊精加入50-100份甲苯中超声分散3-10min,其中超声功率为100-500W、超声频率为20-30kHz,再加入4-5份炔基修饰的氯化铵、0.1-0.2份五水合硫酸铜、0.4-0.5份抗坏血酸钠混合均匀,加热至70-90℃反应5-6h,离心取沉淀、洗涤、干燥,得到功能助剂。
本发明采用点击化学的方式制备了一种功能助剂,具有较低的临界胶束浓度,具有更强的降低表面张力和增加粘度的能力,将本发明制备的功能助剂应用于压裂液中可相互缠绕形成胶束蠕虫状,具有良好的悬砂和增稠能力,同时本发明制备的功能助剂含有荷电基团多,极性强,则分子间的聚集结构则越强,且功能助剂中碳数的增加导致其粘度增加,进一步改善携砂能力。
所述新型交联剂的制备方法,包括以下步骤:
S1按质量份计,将8-12份配体、85-100份水混合,以80-120r/min转速搅拌5-10min,得到配体水溶液;
S2按质量份计,将2-5份离子源、1-2份20-30wt%的氢氧化钠水溶液混合,以80-120r/min转速搅拌3-5min,得到混合离子溶液;
S3将步骤S1制得的配体水溶液以1-10℃/min速率升温至70-85℃,并向其中滴入混合离子溶液,滴加速率为2-5mL/min,滴加完毕后,再用20-30wt%的盐酸水溶液调节pH至7.0,恒温反应1-3h,然后冷却至室温,经过滤、洗涤、室温下干燥,得到所述新型交联剂。
优选的,所述配体为三乙醇胺、丙三醇、柠檬酸中的一种;进一步优选的,所述配体为三乙醇胺。
优选的,所述离子源由三氧化钼、硼砂中的一种或两种混合而成;进一步优选的,所述离子源由三氧化钼、硼砂按质量比(1-2):(1-2)混合而成。
本发明选用三氧化钼和硼砂作为离子源,以氢氧化钠水溶液溶解,得到钼酸根和硼酸根,以三乙醇胺作为配体,通过氨基螯合钼酸根、羟基螯合硼酸根,合成出了新型交联剂。形成的新的交联剂具有硼和钼两个离子中心,能够交联更多的含有羟基、氨基等活性基团的增稠剂,比单一离子中心的交联剂交联能力更强,螯合分子团更紧密,提升裂压液浓度。所述新型交联剂在含有羟基或氨基的胶体中,均能实现良好的交联作用。此外,在80℃及以上高温条件下,钼酸根会脱水形成三氧化钼,失去交联作用,达到降低裂解液黏度的作用。国外进行的压裂液对支撑裂缝导流能力伤害研究认为,在泵注和闭合时由于液体滤失,压裂液可被浓缩5-7倍,使支撑裂缝受到很大伤害;裂解液浓缩,黏稠度大幅提升,这对后期裂解液返排造成了极大的困扰。而钼酸根随着裂解液的深入,脱水形成三氧化钼,逐渐失去交联能力,这有利于抑制裂解液黏稠度的上升,减少其对支撑裂缝的伤害,同时也缩短了破胶所用的时间。同时,钼酸根脱水形成的三氧化钼还具有优异的热催化性能的半导体材料,其能够在热激发下,电子从价带跃迁至导带,生成热电子和空穴,能够进一步生成超氧自由基,破坏凝胶结构,起到破胶剂的作用。
由于材料本身的限制,三氧化钼热催化破胶的能力不足,因此,需要补充传统破胶剂进行补充。传统破胶剂有三种,氧化剂破胶剂、酶破胶剂和胶囊破胶剂。本发明优先考虑的是氧化剂破胶剂,因为其中常用的的过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢为过氧化物,能够在氧化的同时生成氧气,而氧气是三氧化钼热催化生成的电子和空穴的载体,氧气含量越高,三氧化钼热催化生成的超氧自由基和双氧水越多,其破坏凝胶结构的速度越快。
但是,若直接把氧化剂和交联剂混合,在氧化剂的作用下,钼酸根会直接脱水生成三氧化钼,从而失去交联作用,这是本发明需要避免的。因此,本发明进一步选用微胶囊破胶剂,采用囊壁将过氧化物包裹,避免其和钼酸根接触,在深入地层后,以高温高压将过氧化物释放,和钼酸根脱水形成的三氧化钼协同,实现快速破胶,裂解液返排。
所述的微胶囊破胶剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将70-75份氯仿、10-14份液体石蜡、0.1-1份聚乙烯吡咯烷酮混合,加入6-8份过硫酸铵、0.1-1份无水乙醇、0.1-0.5份正戊醇、0.01-0.2份聚乙二醇4000、4-6份乙二胺四乙酸、0.1-1份甲基丙烯酸乙酯混合,搅拌20-40min,经过滤、洗涤、晾干,即得微胶囊破胶剂。
本发明所选用的微胶囊破胶剂能够随温度、压力变化而缓慢降解,其囊衣材料缓慢降解后囊芯物质就集中的释放出来,从而保证,囊芯的过硫酸铵能够集中释放,快速和钼酸根反应,实现协同破胶。进一步的,本发明以多种醇类调控囊壁的表面性质,从而得到粒径在5μm以下的微囊破胶剂。其极微小的粒径,有利于在压裂液中的分散,破裂时,其中的破胶剂过硫酸铵和胶体接触全面,反应迅速。
本发明有益效果:
1.本发明选用微胶囊破胶剂,采用囊壁将过氧化物包裹,避免其和钼酸根接触,在深入地层后,以高温高压将过氧化物释放;并且利用钼酸根高温脱水形成的三氧化钼的性质,使得三氧化钼和氧化剂协同,氧化剂在氧化的同时生成氧气,而氧气是三氧化钼热催化生成的电子和空穴的载体,氧气含量越高,三氧化钼热催化生成的超氧自由基和双氧水越多,其破坏凝胶结构的速度越快,从而实现快速破胶,裂解液返排。
2.本发明采用点击化学的方式制备了一种功能助剂,具有较低的临界胶束浓度,具有更强的降低表面张力和增加粘度的能力,将本发明制备的功能助剂应用于压裂液中可相互缠绕形成胶束蠕虫状,具有良好的悬砂和增稠能力,同时本发明制备的功能助剂含有荷电基团多,极性强,则分子间的聚集结构则越强,且功能助剂中碳数的增加导致其粘度增加,进一步改善携砂能力。
具体实施方式
液体石蜡,CAS号:32384-98-8,货号:KL816415,上海康朗生物科技有限公司。
聚乙烯吡咯烷酮,货号:S30268,上海源叶生物科技有限公司。
AP型破乳剂,货号:F-6,南通润丰石油化工有限公司。
聚乙二醇4000,货号:180-9187-4298,西安晋湘药用辅料有限公司。
实施例中所述的单-6-叠氮基-β-环糊精的制备方法参考(《基于三种烷氨基环糊精功能性载体材料的构建及性质研究》,韩笑,西北农林科技大学,博士论文,2020年)中第2.3.1.2节采用的制备方法制备而成。
N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,CAS:109-55-7。
1-氯-4-乙炔基苯,CAS:873-73-4。
实施例1
一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:
按质量份计,将60份水加热至45℃,并以100r/min转速搅拌,向其中加入15份防黏土膨胀剂,反应1h;然后加入9份破乳剂,继续搅拌0.5h;再加入0.7份pH调节剂,继续搅拌25min;最后,以5℃/min速率升温至55℃,加入15份新型交联剂,以100r/min转速搅拌0.5h,得到所述压裂助剂。
所述破乳剂为AP型破乳剂。
所述pH调节剂为柠檬酸。
所述防黏土膨胀剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
所述新型交联剂的制备方法,包括以下步骤:
S1按质量份计,将10份配体、90份水混合,以100r/min转速搅拌8min,得到配体水溶液;
S2按质量份计,将3份离子源、1.5份24wt%的氢氧化钠水溶液混合,以100r/min转速搅拌4min,得到混合离子溶液;
S3将步骤S1制得的配体水溶液以5℃/min速率升温至80℃,并向其中滴入混合离子溶液,滴加速率为3mL/min,滴加完毕后,再用24wt%的盐酸水溶液调节pH至7.0,恒温反应2h,然后冷却至室温,经过滤、洗涤、室温下干燥,得到所述新型交联剂。
所述配体为三乙醇胺。
所述离子源由三氧化钼、硼砂按质量比1:2混合而成。
实施例2
一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:
按质量份计,将60份水加热至45℃,并以100r/min转速搅拌,向其中加入15份防黏土膨胀剂,反应1h;然后加入9份破乳剂,继续搅拌0.5h;再加入0.7份pH调节剂,继续搅拌25min;最后,以5℃/min速率升温至55℃,加入15份新型交联剂、8份氧化剂破胶剂,以100r/min转速搅拌0.5h,得到所述压裂助剂。
所述氧化剂破胶剂为过硫酸铵。
所述破乳剂为AP型破乳剂。
所述pH调节剂为柠檬酸。
所述防黏土膨胀剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
所述新型交联剂的制备方法,包括以下步骤:
S1按质量份计,将10份配体、90份水混合,以100r/min转速搅拌8min,得到配体水溶液;
S2按质量份计,将3份离子源、1.5份24wt%的氢氧化钠水溶液混合,以100r/min转速搅拌4min,得到混合离子溶液;
S3将步骤S1制得的配体水溶液以5℃/min速率升温至80℃,并向其中滴入混合离子溶液,滴加速率为3mL/min,滴加完毕后,再用24wt%的盐酸水溶液调节pH至7.0,恒温反应2h,然后冷却至室温,经过滤、洗涤、室温下干燥,得到所述新型交联剂。
所述配体为三乙醇胺。
所述离子源由三氧化钼、硼砂按质量比1:2混合而成。
实施例3
一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:
按质量份计,将60份水加热至45℃,并以100r/min转速搅拌,然后向其中加入15份防黏土膨胀剂,反应1h;然后加入9份破乳剂,继续搅拌0.5h;再加入0.7份pH调节剂,继续搅拌25min;最后,以5℃/min速率升温至55℃,加入15份新型交联剂、8份微胶囊破胶剂,以100r/min转速搅拌0.5h,得到所述压裂助剂。
所述破乳剂为AP型破乳剂。
所述pH调节剂为柠檬酸。
所述防黏土膨胀剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
所述微胶囊破胶剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将73.09份氯仿、11.73份液体石蜡、0.59份聚乙烯吡咯烷酮混合,然后加入7.73份过硫酸铵、0.59份无水乙醇、0.2份正戊醇、0.1份聚乙二醇4000、5.28份乙二胺四乙酸、0.59份甲基丙烯酸乙酯混合,搅拌30min,经过滤、洗涤、晾干,即得微胶囊破胶剂。
所述新型交联剂的制备方法,包括以下步骤:
S1按质量份计,将10份配体、90份水混合,以100r/min转速搅拌8min,得到配体水溶液;
S2按质量份计,将3份离子源、1.5份24wt%的氢氧化钠水溶液混合,以100r/min转速搅拌4min,得到混合离子溶液;
S3将步骤S1制得的配体水溶液以5℃/min速率升温至80℃,并向其中滴入混合离子溶液,滴加速率为3mL/min,滴加完毕后,再用24wt%的盐酸水溶液调节pH至7.0,恒温反应2h,然后冷却至室温,经过滤、洗涤、室温下干燥,得到所述新型交联剂。
所述配体为三乙醇胺。
所述离子源由三氧化钼、硼砂按质量比1:2混合而成。
实施例4
一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:
按质量份计,将60份水加热至45℃,并以100r/min转速搅拌,然后向其中加入15份防黏土膨胀剂,反应1h;然后加入9份破乳剂,继续搅拌0.5h;再加入0.7份pH调节剂,继续搅拌25min;最后,以5℃/min速率升温至55℃,加入15份新型交联剂、8份微胶囊破胶剂,以100r/min转速搅拌0.5h,得到所述压裂助剂。
所述破乳剂为AP型破乳剂。
所述pH调节剂为柠檬酸。
所述防黏土膨胀剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
所述微胶囊破胶剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将73.09份氯仿、11.73份液体石蜡、0.59份聚乙烯吡咯烷酮混合,然后加入7.73份过硫酸铵、0.59份无水乙醇、0.2份正戊醇、0.1份聚乙二醇4000、5.28份乙二胺四乙酸、0.59份甲基丙烯酸乙酯混合,经搅拌、洗涤、晾干,即得微胶囊破胶剂。
所述新型交联剂的制备方法,包括以下步骤:
S1按质量份计,将10份配体、90份水混合,以100r/min转速搅拌8min,得到配体水溶液;
S2按质量份计,将3份离子源、1.5份24wt%的氢氧化钠水溶液混合,以100r/min转速搅拌4min,得到混合离子溶液;
S3将步骤S1制得的配体水溶液以5℃/min速率升温至80℃,并向其中滴入混合离子溶液,滴加速率为3mL/min,滴加完毕后,再用24wt%的盐酸水溶液调节pH至7.0,恒温反应2h,然后冷却至室温,经过滤、洗涤、室温下干燥,得到所述新型交联剂。
所述配体为三乙醇胺。
所述离子源为硼砂。
实施例5
一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:
按质量份计,将60份水加热至45℃,并以100r/min转速搅拌,然后向其中加入15份防黏土膨胀剂,反应1h;然后加入9份破乳剂,继续搅拌0.5h;再加入0.7份pH调节剂,继续搅拌25min;最后,以5℃/min速率升温至55℃,加入15份新型交联剂、8份微胶囊破胶剂,以100r/min转速搅拌0.5h,得到所述压裂助剂。
所述破乳剂为AP型破乳剂。
所述pH调节剂为柠檬酸。
所述防黏土膨胀剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
所述微胶囊破胶剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将73.09份氯仿、11.73份液体石蜡、0.59份聚乙烯吡咯烷酮混合,然后加入7.73份过硫酸铵、0.59份无水乙醇、0.2份正戊醇、0.1份聚乙二醇4000、5.28份乙二胺四乙酸、0.59份甲基丙烯酸乙酯混合,经搅拌、洗涤、晾干,即得微胶囊破胶剂。
所述新型交联剂的制备方法,包括以下步骤:
S1按质量份计,将10份配体、90份水混合,以100r/min转速搅拌8min,得到配体水溶液;
S2按质量份计,将3份离子源、1.5份24wt%的氢氧化钠水溶液混合,以100r/min转速搅拌4min,得到混合离子溶液;
S3将步骤S1制得的配体水溶液以5℃/min速率升温至80℃,并向其中滴入混合离子溶液,滴加速率为3mL/min,滴加完毕后,再用24wt%的盐酸水溶液调节pH至7.0,恒温反应2h,然后趁热过滤除去不溶物,滤液用95wt%的乙醇水溶液处理,经结晶、过滤、洗涤、干燥得到所述新型交联剂。
所述配体为三乙醇胺。
所述离子源为三氧化钼。
对比例1
一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:
按质量份计,将60份水加热至45℃,并以100r/min转速搅拌,向其中加入15份防黏土膨胀剂,反应1h;然后加入9份破乳剂,继续搅拌0.5h;再加入0.7份pH调节剂,继续搅拌25min;最后,以5℃/min速率升温至55℃,加入15份交联剂、8份氧化剂破胶剂,以100r/min转速搅拌0.5h,得到所述压裂助剂。
所述破乳剂为AP型破乳剂。
所述pH调节剂为柠檬酸。
所述防黏土膨胀剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
所述交联剂为硼砂。
所述氧化剂破胶剂为过硫酸铵。
测试例1
表观黏度测试
参照SY/T 5107-2016《水基压裂液性能评价方法》中第7.4.1.3高温高压同轴圆筒黏度计进行表观黏度测试。在压裂液配置完成之后,立即将压裂液加人到黏度计中至2cm高度,用压力为3MPa的氮气为体系加压,加压完成后开始100s-1剪切,稳定转速40s后,记录25℃下压裂液的黏度。试验结果见表1。
黏度计算公式:μ=kγ(n-1)
μ为黏度,单位为毫帕秒(mPa.s);
k为与仪器几何参数无关的稠度系数,单位为毫帕秒的n次方(mPa.sn);
γ为剪切速率,单位为秒的负次方(s-1);
n为流动行为指数。
测试用压裂液的制备方法,包括以下步骤:将15份聚乙烯醇(PVA)、14份羧甲基羟丙基胍胶,1000份去离子水混合,以800r/min转速搅拌15min,得到基液;将实施例及对比例制得的压裂助剂和基液按质量比1.5:100混合,以600r/min转速搅拌15min,得到测试用压裂液。
表1:表观黏度测试结果
25℃下表观黏度/mPa.s | |
实施例1 | 562 |
实施例2 | 482 |
实施例3 | 564 |
实施例4 | 546 |
实施例5 | 536 |
对比例1 | 461 |
由表1可以看出,25℃下,实施例3的表观黏度最高,这是由于,以三乙醇胺作为配体,其螯合方式为三乙醇胺中的氨基螯合钼酸根、羟基螯合硼酸根,以三乙醇胺链接钼酸根和硼酸根,形成的新的交联剂,其具有硼和钼两个离子中心,能够交联更多的含有羟基、氨基等活性基团的增稠剂,比单一离子中心的交联剂交联能力更强,螯合分子团更紧密,导致黏度升高。实施例4和实施例5显示出其表观黏度略低于实施例3,也进一步证明了以三乙醇胺链接钼酸根和硼酸根,形成的新的螯合剂具有更强的交联能力。实施例2所对应的压裂液黏度极低,这是由于其直接添加了过硫酸铵破胶剂,过硫酸铵和钼酸根反应,使得钼酸根脱水形成三氧化钼,同时,过硫酸铵还在破坏增稠剂的分子链结构,其和交联剂形成拮抗作用,降低了压裂液的黏度。
测试例2
破胶性能测试
参照SY/T 5107-2016《水基压裂液性能评价方法》中第7.9测试测试用压裂液的破胶性能。
测试方法:破胶速度和彻底破胶时间是压裂液破胶性能的两项重要参数。将配制好的压裂液放置于密闭容器中以5℃/min速率从25℃以5℃/min速率升温至90℃,并在此温度下对压裂液进行破胶实验,测定上层清液的黏度。上层清液的黏度可通过NDJ28S型旋转黏度仪测定,测定上层清液黏度达到10mPa·s所需时间,包括以5℃/min速率升温时间。
测试用压裂液的制备方法,包括以下步骤:将15份聚乙烯醇(PVA)、14份羧甲基羟丙基胍胶,1000份去离子水混合,以800r/min转速搅拌15min,得到基液;将实施例及对比例制得的压裂助剂和基液按质量比1.5:100混合,以600r/min转速搅拌15min,得到测试用压裂液。
表2:破胶性能
破胶时间/min | |
实施例1 | 60 |
实施例2 | 15 |
实施例3 | 18 |
实施例4 | 80 |
实施例5 | 25 |
对比例1 | 40 |
由表2可以看出实施例3所需破胶时间较短,除去以5℃/min速率升温过程的13min,其在到达90℃后,仅5min,便将胶液黏度降到了10mPa·s,这是由于在85℃时,微胶囊破胶剂的囊壳开始熔化,释放出过硫酸铵,三乙醇胺螯合的钼酸根离子在氧化剂过硫酸铵的作用下脱水,生成三氧化钼,降低了三乙醇胺螯合钼的交联作用,进一步的,随着温度的上升,三氧化钼受热激发生成热电子和空穴,和过硫酸铵协同,能够进一步生成大量超氧自由基,快速破坏凝胶结构。相较于实施例3,实施例2所显示出的破胶时间更短,破胶性能更好,但是,由于实施例2中的过硫酸铵是直接添加,过早的和起交联作用的钼酸根反应生成了三氧化钼,减弱了交联剂的交联能力,降低了压裂液的黏度,同时,三氧化钼和过硫酸铵协同作用,过早的破胶,使得初始压裂液的黏度达不到压裂工作要求,不利于压裂工作的进行,因此,不适宜用于压裂工作。实施例1和实施例3的对比表明,单独依靠钼酸根受热分解生成三氧化钼,再利用三氧化钼热催化的能力破坏黏胶结构,进行破胶,过于缓慢。首先,钼酸根热分解生成三氧化钼过于缓慢,短时间生成的三氧化钼数量过少,不足以实现快速破胶;其次,单独的三氧化钼热催化生成的热电子和空穴移动距离过短,催化降解范围过小,这导致其单独破胶速度慢。而过硫酸铵能够氧化钼酸根,使其快速生成三氧化钼,同时,其氧化破坏黏胶结构时生成的氧分子能够成为三氧化钼热电子的转移载体,生成具有更长寿命的超氧自由基,扩大其催化降解范围,实现快速破胶。由对比例可以看出,单独使用过硫酸铵,其破胶能力也较弱,这是其本身性质决定的,其通过氧化破坏黏胶结构速度慢,还受到浓度、温度等的影响较为严重。因此,本发明合成的新型交联剂和包含过硫酸铵的微胶囊破胶剂协同,能够实现特定温度下的快速破胶,而且,能够适应高温油层的压裂工作,性能优异。
实施例6
一种压裂助剂的制备方法,包括以下步骤:
按质量份计,将60份水加热至45℃,并以100r/min转速搅拌,然后向其中加入15份防黏土膨胀剂,反应1h;然后加入9份破乳剂,继续搅拌0.5h;再加入0.7份pH调节剂,继续搅拌25min;最后,以5℃/min速率升温至55℃,加入15份新型交联剂、8份微胶囊破胶剂、5份功能助剂,以100r/min转速搅拌0.5h,得到所述压裂助剂。
所述破乳剂为AP型破乳剂。
所述pH调节剂为柠檬酸。
所述防黏土膨胀剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵。
所述微胶囊破胶剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将73.09份氯仿、11.73份液体石蜡、0.59份聚乙烯吡咯烷酮混合,然后加入7.73份过硫酸铵、0.59份无水乙醇、0.2份正戊醇、0.1份聚乙二醇4000、5.28份乙二胺四乙酸、0.59份甲基丙烯酸乙酯混合,搅拌30min,经过滤、洗涤、晾干,即得微胶囊破胶剂。
所述新型交联剂的制备方法,包括以下步骤:
S1按质量份计,将10份配体、90份水混合,以100r/min转速搅拌8min,得到配体水溶液;
S2按质量份计,将3份离子源、1.5份24wt%的氢氧化钠水溶液混合,以100r/min转速搅拌4min,得到混合离子溶液;
S3将步骤S1制得的配体水溶液以5℃/min速率升温至80℃,并向其中滴入混合离子溶液,滴加速率为3mL/min,滴加完毕后,再用24wt%的盐酸水溶液调节pH至7.0,恒温反应2h,然后冷却至室温,经过滤、洗涤、室温下干燥,得到所述新型交联剂。
所述配体为三乙醇胺。
所述离子源由三氧化钼、硼砂按质量比1:2混合而成。
所述功能助剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将25份油酸加入容器中,然后再加入0.16份对甲苯磺酸,加热至50℃时加入7份N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,然后加热至160℃在氮气条件下反应8h,反应结束后减压蒸馏除去N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷、水,得到中间产物;将上述中间产物加入150份异丙醇中,然后再加入5份1-氯-4-乙炔基苯,加热至80℃反应12h,反应结束减压蒸馏,然后采用丙酮洗涤、干燥,得到炔基修饰的氯化铵;将5份单-6-叠氮基-β-环糊精加入60份甲苯中超声分散5min,其中超声功率为200W、超声频率为20kHz,再加入4份炔基修饰的氯化铵、0.1份五水合硫酸铜、0.4份抗坏血酸钠混合均匀,加热至70-90℃反应5-6h,离心取沉淀、洗涤、干燥,得到功能助剂。
测试例3
携砂能力测试:
测试用压裂液的制备方法,包括以下步骤:将15份聚乙烯醇(PVA)、14份羧甲基羟丙基胍胶,1000份去离子水混合,以800r/min转速搅拌15min,得到基液;分别将实施例3、实施例6制得的压裂助剂和基液按质量比1.5:100混合,以600r/min转速搅拌15min,得到测试用压裂液。
取500mL烧杯上述得到的压裂液250mL,其中每一个实施例中的压裂液均取三份,然后分别向每一个实施例中的三份压裂液中分别加入20/40目石英砂,三份压裂液中石英砂的加入量分别为占压裂液体积的30wt%,搅拌均匀,观察石英砂的下降速度。
表3携砂能力
沉降速度/cm·h-1 | |
实施例3 | 0.36 |
实施例6 | 0.15 |
由上表可知,本发明制备的压裂助剂在压裂液中具有优异的携砂能力。本发明采用点击化学的方式制备了一种功能助剂,具有较低的临界胶束浓度,具有更强的降低表面张力和增加粘度的能力,将本发明制备的功能助剂应用于压裂液中可相互缠绕形成胶束蠕虫状,具有良好的悬砂和增稠能力,同时本发明制备的功能助剂含有荷电基团多,极性强,则分子间的聚集结构则越强,且功能助剂中碳数的增加导致其粘度增加,进一步改善携砂能力。
Claims (3)
1.一种压裂助剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
按质量份计,将50-75份水加热至40-50℃,并以80-120r/min转速搅拌,向其中加入10-20份防黏土膨胀剂,反应0.5-1h;然后加入8-10份AP型破乳剂,继续搅拌0.5-1h;再加入0.5-1份pH调节剂,继续搅拌20-30min;最后,以1-10℃/min速率升温至50-60℃,加入10-15份交联剂、5-10份微胶囊破胶剂、5-8份功能助剂,以80-120r/min转速搅拌0.5-1h,得到所述压裂助剂;
所述功能助剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将25-30份油酸加入容器中,然后再加入0.16-0.3份对甲苯磺酸,加热至40-60℃时加入7-10份N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,然后加热至140-160℃在氮气条件下反应6-8h,反应结束后减压蒸馏除去N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷、水,得到中间产物;将上述中间产物加入120-150份异丙醇中,然后再加入5-7份1-氯-4-乙炔基苯,加热至60-80℃反应10-12h,反应结束减压蒸馏,然后采用丙酮洗涤、干燥,得到炔基修饰的氯化铵;将5-7份单-6-叠氮基-β-环糊精加入50-100份甲苯中超声分散3-10min,其中超声功率为100-500W、超声频率为20-30kHz,再加入4-5份炔基修饰的氯化铵、0.1-0.2份五水合硫酸铜、0.4-0.5份抗坏血酸钠混合均匀,加热至70-90℃反应5-6h,离心取沉淀、洗涤、干燥,得到功能助剂;
所述防黏土膨胀剂为十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种;
所述交联剂的制备方法,包括以下步骤:
S1 将配体、水混合,得到配体水溶液;
S2 将离子源、氢氧化钠水溶液混合,得到混合离子溶液;
S3 将混合离子溶液滴入配体水溶液,再加入盐酸水溶液,经过滤、洗涤、干燥,得到所述交联剂;所述配体为三乙醇胺、丙三醇、柠檬酸中的一种;所述离子源由三氧化钼、硼砂中的一种或两种混合而成;
所述微胶囊破胶剂的制备方法,包括以下步骤:按质量份计,将70-75份氯仿、10-14份液体石蜡、0.1-1份聚乙烯吡咯烷酮混合,加入6-8份过硫酸铵、0.1-1份无水乙醇、0.1-0.5份正戊醇、0.01-0.2份聚乙二醇4000、4-6份乙二胺四乙酸、0.1-1份甲基丙烯酸乙酯混合,搅拌20-40min,经过滤、洗涤、晾干,即得微胶囊破胶剂。
2.如权利要求1所述压裂助剂的制备方法,其特征在于,所述pH调节剂为柠檬酸、碳酸、乙酸中的一种。
3.一种压裂助剂,其特征在于,由权利要求1-2任一项所述压裂助剂的制备方法制备而成。
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