一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂及其制备工艺

技术领域

本发明属于稠化剂技术领域，具体涉及一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂及其制备工艺。

背景技术

压裂是我国油气田开采最主要的增产措施之一，压裂液的性能直接关系到施工效果。稠化剂，又称增稠剂，加入压裂液中可使其稠度大为增加的物质。目前压裂用稠化剂主要采用丙烯酰胺与其他的一些单体物质如含磺酸阴离子单体或季铵盐阳离子单体进行聚合制备而成。稠化剂粉体配置不易，导致现有压裂液的施工作业条件复杂。因此乳液型稠化剂成为研究的热点。CN 113621106 B公开了一剂多效乳液型稠化剂，所述稠化剂由以下组分制备而成， 聚合单体20-40份，溶剂油20-40份，去离子水20-40份，乳化剂3-6份， 氧化还原型引发剂2-4份，络合剂1-2份，转相剂1-3份，氢氧化钠溶液。但该稠化剂的抗盐性能不佳。而稠化剂的耐温、抗盐性质是稠化剂的主要性能指标，因此急需一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂及其制备工艺，制备的稠化剂耐温性、抗盐性能好，制备工艺简单，使用方便。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂，所述稠化剂通过以下重量百分比的组分制备得到：丙烯酰胺25~30%、N-乙烯基吡咯烷酮2~5%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5~8%、复合单体1~3%、白油25% ~ 30%、乳化剂1~3%、引发剂0.1~0.5%和余量的水；其中，所述复合单体包括甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、N-烷基取代丙烯酰胺中的一种或多种。

进一步地所述复合单体包括重量比为（1~5）:1：（0.3~0.7）的甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、N-烷基取代丙烯酰胺。

更进一步地所述复合单体包括重量比为3:1：0.5的甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、N-烷基取代丙烯酰胺。

本发明通过添加复合单体提高了稠化剂的耐温性能和抗盐性，可能是因为复合单体中的疏水基团能促进分子内和分子间缔合，使聚合物的网状结构更牢固，增加了稠化剂中分子的稳定性。但在实际应用过程中申请人发现在超高温储层（比如井温均在160～180℃之间），稠化剂在该储层温度下无法保持稳定的表观粘度。发明人发现复合单体包括重量比为3:1：0.5的甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、N-烷基取代丙烯酰胺，在超高温储层应用，稠化剂具有耐高抗盐性，并且表观粘度稳定。猜测是在比例下复合单体的大侧链，互相缠绕，增强了分子的刚性，増大了构象转变的难度，使稠化剂的高温下表面粘度稳定性增强。

为了提高稠化剂的耐剪切性能，进一步地所述甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、N-烷基取代丙烯酰胺中烷基的碳原子数均为15~30。

更进一步地所述复合单体包括重量比为3:1：0.5的甲基丙烯酸二十烷基酯、丙烯酸十八酯、N-十六烷基丙烯酰胺。

甲基丙烯酸二十烷基酯：CAS号45294-18-6；丙烯酸十八酯：CAS号4813-57-4；N-十六烷基丙烯酰胺：CAS号21216-80-8。均购自阿拉丁。

进一步地所述白油包括白油3号、白油5号、白油7号、白油15号中的一种或多种。

更进一步地所述白油包括重量比为2:2：1的白油3号、白油5号、白油7号。均购自济南晟达化工有限公司。

本发明通过白油3号、白油5号、白油7号的搭配使用，所得的稠化剂的在超低渗、致密油气藏中使用的效果好，耐温性和抗盐性高，猜测是通过三种白油的复配，提高了添加有该稠化剂的压裂液在超低渗、致密油气藏储层的流动性，分布均匀，利于压裂液发挥耐高温和抗盐效果。进一步的通过重量比为2:2：1的白油3号、白油5号、白油7号复配使用，提高了稠化剂的稳定性，猜测是在该比例下油水乳液乳化分散能力，更易形成粒径细小的球状乳滴，减少乳液液滴的聚并，有利于乳液型稠化剂的稳定性。

进一步地所述乳化剂选自司班80、司班85、吐温60、吐温80中的一种或多种。

为了提高稠化剂的稳定性，更进一步地所述乳化剂为重量比为1:1的司班80和吐温80。

进一步地所述引发剂选自过硫酸钾、亚硫酸钠、过硫酸铵、亚硫酸氢钠中的一种或多种。

更进一步地所述引发剂选自重量比为1:2的过硫酸钾和亚硫酸氢钠。

进一步地所述稠化剂还包括重量百分比为0.5%~1%的水溶性聚乙烯醇纤维。

进一步地所述水溶性聚乙烯醇纤维的纤维直径为15μm，断裂强度≥1200MPa，弹性模量≥35GPa，断裂伸长率6~11%，长度6mm。购自泰安浩松纤维有限公司。

本发明通过添加水溶性聚乙烯醇纤维增加了稠化剂在180℃以上的超高温储层中的抗盐性，猜测是水溶性聚乙烯醇纤维增加了聚合物网状结构的复杂性，能够更好地保持分子链结构状态，使高温下抗盐性增强。同时申请人意外发现所述水溶性聚乙烯醇纤维的纤维直径为15μm，断裂强度≥1200MPa，弹性模量≥35GPa，断裂伸长率6~11%，长度6mm，制得稠化剂的前期具有良好的流动性，易于注入，能够顺利到达深井处再发挥作用，更好的实现稠化剂的作用，猜测是水溶性聚乙烯醇纤维的物理参数影响是微观结构的体现，其纵向形态表面光滑越光滑，越有利提高稠化剂的流动性。

为了提高稠化剂的高温抗剪切性，进一步地所述水溶性聚乙烯醇纤维重量占丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的总重量的百分比大于2%。

更进一步地所述稠化剂通过以下重量百分比的组分制备得到：丙烯酰胺26%、N-乙烯基吡咯烷酮3%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸6%、复合单体2%、白油26%、乳化剂2%、引发剂0.4%、水溶性聚乙烯醇纤维0.8%和余量的水。

本发明第二方面提供了所述的一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：

（1）将丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、水溶性聚乙烯醇纤维和水混合，搅拌至完全溶解，得到水相混合物；

（2）将复合单体、白油和乳化剂搅拌、混合得到油相混合物；

（3）将水相混合物、油相混合物混合，并加入引发剂，通氮条件下，升温至40~50℃，反应2~3h，冷却后得到稠化剂。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：

1. 本发明提供了一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂，所述稠化剂耐温性、抗盐性能好，使用方便。

2. 本发明通过添加复合单体提高了稠化剂的耐温性能和抗盐性，复合单体为重量比为3:1：0.5的甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、N-烷基取代丙烯酰胺时，在超高温储层应用，稠化剂具有耐高抗盐性，并且表观粘度稳定。

3. 本发明通过白油3号、白油5号、白油7号的搭配使用，制得的稠化剂的耐温性和抗盐性好，并通过重量比为2:2：1的白油3号、白油5号、白油7号复配使用，提高了稠化剂的稳定性。

4. 本发明通过添加水溶性聚乙烯醇纤维增加了稠化剂的耐温性和抗盐性，同时制得稠化剂的前期具有良好的流动性，易于注入，能够顺利到达深井处再发挥作用，更好的实现稠化剂的作用。

5.本发明提供了一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂的制备工艺，操作简单，产品的批次均一性高，便于大范围推广和使用。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂，所述稠化剂通过以下重量百分比的组分制备得到：丙烯酰胺26%、N-乙烯基吡咯烷酮3%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸6%、复合单体2%、白油26%、乳化剂2%、引发剂0.4%、水溶性聚乙烯醇纤维0.8%和余量的水。

所述复合单体包括重量比为3:1：0.5的甲基丙烯酸二十烷基酯、丙烯酸十八酯、N-十六烷基丙烯酰胺。

所述白油包括重量比为2:2：1的白油3号、白油5号、白油7号。

所述乳化剂为重量比为1:1的司班80和吐温80。

所述引发剂为重量比为1:2的过硫酸钾和亚硫酸氢钠。

所述水溶性聚乙烯醇纤维的纤维直径为15μm，断裂强度≥1200MPa，弹性模量≥35GPa,断裂伸长率6~11%，长度6mm。购自泰安浩松纤维有限公司。

本实施例提供了所述的抗盐性的乳液型压裂液稠化剂的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：

（1）将丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、水溶性聚乙烯醇纤维和水混合，搅拌至完全溶解，得到水相混合物；

（2）将复合单体、白油和乳化剂搅拌、混合得到油相混合物；

（3）将水相混合物、油相混合物混合，并加入引发剂，通氮条件下，升温至46℃，反应2.2h，冷却后得到稠化剂。

实施例2

本实施例与实施例1的区别为：所述稠化剂通过以下重量百分比的组分制备得到：丙烯酰胺30%、N-乙烯基吡咯烷酮5%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8%、复合单体1%、白油25%、乳化剂3%、引发剂0.1%和余量的水。

实施例3

本实施例与实施例1的区别为：所述白油为重量比为1:1:1的白油3号、白油5号、白油7号。均购自济南晟达化工有限公司。

实施例4

本实施例与实施例1的区别为：所述乳化剂为重量比为2:1的吐温60和司班85；所述引发剂选自重量比为1:1的过硫酸钾和亚硫酸钠。

实施例5

本实施例与实施例1的区别为：所述稠化剂通过以下重量百分比的组分制备得到：丙烯酰胺20%、N-乙烯基吡咯烷酮6%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸4%、复合单体5%、白油25%、乳化剂2%、引发剂0.1%和余量的水。

实施例6

本实施例与实施例1的区别为：所述复合单体包括重量比为1:2：0.6的N-辛基-2-丙酰胺、丙烯酸十六酯、N-十六烷基丙烯酰胺。均购自阿拉丁。

实施例7

本实施例与实施例1的区别为：所述稠化剂通过以下重量百分比的组分制备得到：丙烯酰胺26%、N-乙烯基吡咯烷酮3%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸6%、复合单体2%、白油26%、乳化剂2%、引发剂0.4%和余量的水。

实施例8

本实施例与实施例1的区别为：所述水溶性聚乙烯醇纤维的纤维直径为10μm，断裂强度500~1000MPa，弹性模量20~30GPa，断裂伸长率4~10%，购自常州市天怡工程纤维有限公司。

性能测试

1、测定实施例稠化剂的常温表观粘度；

2、经流变仪耐温耐剪切测试实施例的稠化剂180℃的表观粘度，剪切速率为170s

3、将实施例的稠化剂同时静置4个月，观察是否出现分层现象；

4、常温下，在浓度200g/L的NaCl溶液中加入1wt%实施例的稠化剂，测试溶液的表观粘度。结果见表1。

表1性能测试结果

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。