压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物的制备以及配液方法
技术领域
本发明涉及油气田改造压裂液领域，具体涉及一种压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物的制备以及配液方法。
背景技术
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。
在地面采用高压大排量的泵，利用液体传压的原理，将压裂液以大于油层的吸收能力的压力向油层注入，并使井筒内压力逐渐升高，从而在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石的抗张强度时，便在井底附近地层产生裂缝：继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注的目的。
一种多功能乳液型耐盐压裂液及其制备方法(CN110437817A)，该专利中所述的多功能压裂液所用添加剂多，包括助排剂、粘土稳定剂、交联剂、聚合物破坏剂、聚合物破坏助剂等添加剂，施工时复杂，程序繁多，无形中增加其成本。
一种抗盐多功能压裂液及制备方法(CN110467911A)，该专利中为了增加其悬砂性能，需要使用添加剂交联剂提高其性能，增加了施工难度和人力成本，并且增加了破乳剂，导致其添加剂种类繁多，施工复杂。
上述两篇专利其施工简易性较差成本高，需要用添加剂和交联剂才能够悬砂。
发明人发现，上述两篇专利以及市场上的其它现有压裂液均很难满足一剂多用，即配制不同的滑溜水和携砂液需要使用不同的压裂液乳液原液；现有的滑溜水和携砂液属于两种不同类型的体系，均需要提前配液，目前无法做到在线连续配液；将其用于油田上还需添加破乳剂才能实现。
发明内容
为了解决或改善现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种压裂液乳液原液、滑溜水和悬砂压裂液及其制法，解决现有压裂液无法实现一剂多用的问题，采用该压裂液乳液原液制成的滑溜水和悬砂压裂液，使用时无须添加剂，即可实现自交联，且无须提前配液，能够实现连续配液。
为了解决现有压裂液无法实现一剂多用的技术问题，本发明实施例所采用的技术方案为：
一种压裂液乳液原液，它主要由油相和水相通过聚合反应制成；
所述水相由如下重量百分比的组分组成：丙烯酰胺15-20％、丙烯酸的水溶盐7-10％、AMPS的水溶性盐5-10％、N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺2.5-5％、余量为水；所述水相为弱酸性；
所述油相由如下组分组成：白油、乳化剂和水。
进一步的，所述油相由如下重量百分比的组分组成：10号白油85％、span80乳化剂10％和吐温60乳化剂5％。
进一步的，所述水相由如下重量百分比的组分组成：丙烯酰胺17.5％、丙烯酸的水溶盐7.76％、AMPS的水溶性盐5.8％、N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺2.9％、余量为水。
进一步的，所述油相与水相的重量比为3:7。
进一步的，所述原液的粘度为1000-1200mPa.s。
进一步的，它还包括分子量调节剂甲酸钠、尿素混合物和除金属离子剂二乙烯三胺五乙酸五钠；所述聚合反应的引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物；其中，分子量调节剂甲酸钠和尿素混合物质量比为1:3。
进一步的，水相的pH值为6.3-6.5。
本发明的另一个目的在于，提供压裂液乳液原液的制法。
压裂液乳液原液的制法，包括步骤：
向水相中加入分子量调节剂甲酸钠、尿素混合物(质量比甲酸钠：尿素＝1：3)和除金属离子剂二乙烯三胺五乙酸五钠，并调节水相的pH值为弱酸性；将其与油相混合搅拌，至混合相的粘度为1000-1200mPa.s，氮气保护，降温至10℃以下，加入引发剂，控制反应温度不超过40℃，反应结束，冷却至室温，得到压裂液乳液原液。
本发明的另一个目的在于，提供一种滑溜水。
一种滑溜水，包括乳液；所述乳液为压裂液乳液原液，压裂液乳液原液的质量分数为0.06-0.12％。
本发明的另一个目的在于，提供一种悬砂压裂液。
一种悬砂压裂液，包括乳液；所述乳液为压裂液乳液原液，压裂液乳液原液的质量分数为1-2％。
本发明的有益效果主要为：
1、本发明提供一种压裂液乳液原液及制法、滑溜水和悬砂压裂液，其中，主要采用由水相和油相制成的压裂液乳液原液，解决了现有技术不能一剂多用，配制不同的滑溜水或悬砂压裂液需要不同的压裂液乳液的技术问题，解决了现有技术无法在线连续配液，需要提前配液，用于油田上还需要添加破乳剂才能使用的技术问题。
2、本发明的压裂液乳液原液仅仅需要根据情况改变用量即可配制出滑溜水和悬砂压裂液，具有一剂多用的作用。
3、本发明的压裂液乳液原液可实现自交联，在合成中加入自交联单体N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺，利用N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺上的酮羰基，以酮羰基扩链剂为可以使聚合物发生交联接枝等反应，并且能够连续配液，无须提前配液。
4、采用本发明的压裂液乳液原液制备的滑溜水或悬砂压裂液在不加破乳剂的情况下具有较好的破乳性能，溶解时间快的优势。
5、本发明的压裂液乳液原液的制法简单，便于使用。
附图说明
图1左图是实施例7的低比例滑溜水降阻测定图，右图是不含N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体的乳液降阻测定图。
图2左图是实施例7的低比例滑溜水在2％氯化钾水中降阻测定图，右图是不含N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体的乳液降阻测定图。
图3是实施例7的高比例悬砂液悬砂实验图。
图4是质量分数为2％的氯化钾溶液中加入占该氯化钾溶液质量分数为1.5％压裂液乳液原液的流变测定图。(左边为本发明自交联一体化乳液流变；右图为未引入N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体的乳液)。
图5是实施例7的高比例悬砂压裂液破胶效果图(左边为破胶液：柴油＝1:3(质量比)；
右边为破胶液：柴油＝1:1(质量比))。
图6为实施例7的压裂液乳液原液的外观图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
本发明中的弱酸性指pH值为5.5-6.5。AMPS为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
实施例1、压裂液乳液原液的制备
压裂液乳液原液的水相原料组成如下表1。
表1
压裂液乳液原液的油相原料组成如下表2。
表2
分别按表1和表2的原料称取油相和水相的原料，制备油相和水相；按照油相和水相的质量比为3：7的比例混合搅拌至粘度1000-1200mPa.s，通入纯度为99.99％的氮气至少30min后，将体系温度降至10℃，开始加入复合引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制反应温度不超过40℃，直到反应结束冷却至室温，即得到固含量约为20％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物在线混配的压裂液乳液原液。
将上述得到的乳液原液按比例溶解在不同水质中进行运动粘度测定，并采用在管径14mm,流速11m/s常温下按照能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率，如表3所示；
表3、乳液粘度与降阻率测定值
实施例2、压裂液乳液原液的制备
压裂液乳液原液的水相原料组成如下表4。
表4
压裂液乳液原液的油相原料组成如下表5。
表5
分别按表4和表5的原料称取油相和水相的原料，制备油相和水相；按照油相和水相的质量比为3：7的比例混合搅拌至粘度1000-1200mPa.s，通入纯度为99.99％的氮气至少30min后，将体系温度降至10℃，开始加入复合引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制反应温度不超过40℃，直到反应结束冷却至室温，即得到固含量约为31％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物在线混配的压裂液乳液原液。
将上述得到的乳液原液按比例溶解在不同水质中进行运动粘度测定，并采用在管径14mm,流速11m/s常温下按照能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率，如表6所示；
表6、乳液粘度与降阻率测定值
实施例3、压裂液乳液原液的制备
压裂液乳液原液的水相原料组成如下表7。
表7
压裂液乳液原液的油相原料组成如下表8。
表8
分别按表7和表8的原料称取油相和水相的原料，制备油相和水相；按照油相和水相的质量比为3：7的比例混合搅拌至粘度1000-1200mPa.s，通入纯度为99.99％的氮气至少30min后，将体系温度降至10℃，开始加入复合引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制反应温度不超过40℃，直到反应结束冷却至室温，即得到固含量约为26％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物在线混配的压裂液乳液原液。
将上述得到的乳液原液按比例溶解在不同水质中进行运动粘度测定，并采用在管径14mm,流速11m/s常温下按照能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率，如表9所示；
表9、乳液粘度与降阻率测定值
施例4、压裂液乳液原液的制备
压裂液乳液原液的水相原料组成如下表10。
表10
压裂液乳液原液的油相原料组成如下表11。
表11
分别按表10和表11的原料称取油相和水相的原料，制备油相和水相；按照油相和水相的质量比为3：7的比例混合搅拌至粘度1000-1200mPa.s，通入纯度为99.99％的氮气至少30min后，将体系温度降至10℃，开始加入复合引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制反应温度不超过40℃，直到反应结束冷却至室温，即得到固含量约为28％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物在线混配的压裂液乳液原液。
将上述得到的乳液原液按比例溶解在不同水质中进行运动粘度测定，并采用在管径14mm,流速11m/s常温下按照能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率，如表12所示；
表12、乳液粘度与降阻率测定值
实施例5、压裂液乳液原液的制备
压裂液乳液原液的水相原料组成如下表13。
表13
压裂液乳液原液的油相原料组成如下表14。
表14
分别按表13和表14的原料称取油相和水相的原料，制备油相和水相；按照油相和水相的质量比为3：7的比例混合搅拌至粘度1000-1200mPa.s，通入纯度为99.99％的氮气至少30min后，将体系温度降至10℃，开始加入复合引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制反应温度不超过40℃，直到反应结束冷却至室温，即得到固含量约为23％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物在线混配的压裂液乳液原液。
将上述得到的乳液原液按比例溶解在不同水质中进行运动粘度测定，并采用在管径14mm,流速11m/s常温下按照能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率，如表15所示；
表15、乳液粘度与降阻率测定值
实施例6、压裂液乳液原液的制备
压裂液乳液原液的水相原料组成如下表16
表16
压裂液乳液原液的油相原料组成如下表17
表17
分别按表16和17原料称取油相和水相的原料，制备油相和水相；按照油相和水相的质量比为3：7的比例混合搅拌至粘度1000-1200mPa.s，通入纯度为99.99％的氮气至少30min后，将体系温度降至10℃，开始加入复合引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制反应温度不超过40℃，直到反应结束冷却至室温，即得到固含量约为22％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物在线混配的压裂液乳液原液。
将上述得到的乳液原液按比例溶解在不同水质中进行运动粘度测定，并采用在管径14mm,流速11m/s常温下按照能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率，如表18；
表18、乳液粘度与降阻率测定值
实施例7、滑溜水和悬砂压裂液制备例
压裂液乳液原液的水相原料组成如下表19
表19
压裂液乳液原液的油相原料组成如下表19
表19
分别按表18和19称取油相和水相的原料，制备油相和水相；按照油相和水相的质量比为3：7的比例混合搅拌至粘度1000-1200mPa.s，通入纯度为99.99％的氮气至少30min后，将体系温度降至10℃，开始加入复合引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制反应温度不超过40℃，直到反应结束冷却至室温，即得到固含量约25％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物在线混配的压裂液乳液原液。
本发明实施例7提供一种滑溜水和一种悬砂压裂液的制备方法。
制备例一、可以根据性能需要，固定油水比的情况下，增加水相有效成分，在一定范围内提高固含量(不超过33％)，其相应性能会有一定提升。
其中所述的一种滑溜水，包括乳液；乳液为压裂液乳液原液，压裂液乳液原液的质量分数为0.06-0.12％。
其中所述的一种悬砂压裂液，包括乳液；乳液为压裂液乳液原液，压裂液乳液原液的质量分数为1-2％。
将本实施例1-6制备的压裂液乳液原液制备相应滑溜水和携砂液如下：
低比例滑溜水1：在清水中按比例加入占滑溜水质量分数为0.08％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物乳液原液，搅拌待溶解完全即得到滑溜水。
低比例滑溜水2：在2％的氯化钾溶液中按比例加入占滑溜水质量分数为0.1％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物乳液原液，搅拌待溶解完全即得到滑溜水。
高比例悬砂液：在清水中按比例加入占悬砂液质量分数为1％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物乳液原液，搅拌均匀即得到悬砂液。
制备例二、可以采取上述方式将滑溜水中的压裂液乳液原液的质量分数调整为0.06％或0.12％等进行配制。
制备例三、可以采取上述方式将悬砂压裂液中的压裂液乳液原液的质量分数调整为1.5％或2％等进行配制。
实施例8、产品性能检测
通过实际试验比较，本申请实施例7为较优选的实施方案。根据实施例7制备的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物在线混配的压裂液乳液原液的外观如图6所示。采用其制成的滑溜水和悬砂压裂液，根据以下检测实验1-5，对其性能分析如下。
检测1：根据实施例7的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物原乳液在不同浓度下粘度、降阻率与现有市场上不含N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体(下面用“ND单体”表示)的乳液在相同情况下测定的最终粘度和降阻率，测定方法：采用能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率。具体粘度、降阻率数值如表20：
表20：实施例7原乳液自交联体系与不含ND单体乳液的最终粘度和降阻率
如表20所示，在相同测定条件情况下，不同浓度的一体化自交联稠化剂与不含N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体的乳液在相同情况下测得的粘度以及降阻率均高于现有产品，表明引入N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体得到的产品性能有明显提升。
检测2：根据实施例7的低比例滑溜水1、2与现有市场上不含N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体(ND单体)的乳液在相同情况下测定降阻率，测定方法：在管径14mm,流速11m/s常温下采用能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率。具体降阻率数值如表21所示：
表21、本发明与不含ND单体乳液的降阻率
如图1左图所示，低比例滑溜水1中，加入了占滑溜水质量分数为0.08％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物乳液原液；如图1左图所示，测得初始减阻率大于80％，剪切5分钟后减阻率大于70％；如图1右图所示，在相同情况下测得不含ND单体的乳液降阻率为72％，低于本发明产品的性能。
检测3：根据实施例7的低比例滑溜水1、2与现有市场上不含N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体(ND单体)的乳液在相同情况下测定降阻率，测定方法：在管径14mm,流速11m/s常温下采用能源行业标准NBT14003.2-2016测试方法测得降阻率。具体降阻率数值如表22所示：
表22、本发明产品与不含ND单体乳液的降阻率
如图2左图所示，低比例滑溜水2中，加入了占滑溜水质量分数为0.1％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物乳液原液，经检测在2％氯化钾溶液中初始减阻率大于75％，剪切5min后减阻率大于70％，500s后减阻率仍然接近70％；如图2右图所示，在相同情况下测得不含N,N′-二双丙酮丙酰胺基乙二胺单体的乳液降阻率为68％，低于本发明产品的性能。
检测4：在清水中按比例加入1.5％的实施例7原乳液在搅拌状态下分别缓慢加入不同浓度的20-40陶粒，搅拌3-5min后，停止搅拌，静止观察，如图3所示，分别向高比例悬砂液中加入占高比例悬砂液质量分数为25％、35％、45％的20-40目陶粒，静置观察30min后，陶粒几乎无沉降，其表现出良好的悬砂性能。具体粘度数值如表23所示：
表23、本发明与不含ND单体乳液的粘度
如图4所示左图可知，向2％的氯化钾溶液中加入质量分数为1.5％的压裂用一体化自交联稠化剂改性聚合物乳液原液，搅拌均匀，采用能源行业标准NBT14003.2-2016降阻剂性能指标及测试方法测得降阻率，其中，图4中11表示粘度曲线，12表示剪切速度曲线，13表示温度曲线。
根据图4左图可知，在110℃、170s-1的条件下恒速剪切60min，得到上述结果，剪切结束后粘度大于40mPa.s，表明其具有较好的抗温、抗盐性能。
相比于图4右图可知，未加入ND单体合成的乳液，在2％的氯化钾溶液中加入质量分数为2％的该聚合物乳液原液，在100℃、170s-1的条件下恒速剪切60min，得到上述结果，剪切结束后粘度小于40mPa.s，表明引入ND单体得到的自交联一体化乳液更耐剪切、更耐温。
检测5：将实施例7原乳液按1.5％的浓度溶解于水中，加入0.03％的破胶剂过硫酸铵，在60℃条件下彻底破胶，得到破胶液；将该破胶液分别与柴油按照1：3、1:1混合并高速搅拌乳化，然后置于60℃恒温条件下观察不同时间破胶液析出的体积并计算破乳率，具体破乳率数值如表24所示：
表24、本发明的破乳率
如图6所示，将上述所述高比例悬砂压裂液破胶后，将破胶液与柴油按照1:3(图6左图)、1:1混合乳化(图6右图)，在60℃条件下破乳，6h后，两组实验得到破乳液均大于90％，表明该体系表现出较好的破乳效果。
综上，本实施例的压裂液乳液原液、以及采用该压裂液乳液原液制成的滑溜水和悬砂压裂液可实现自交联，并且能够连续配液，无须提前配液。本发明的压裂液乳液原液的制法简单，便于使用；采用本发明的压裂液乳液原液制备的滑溜水或悬砂压裂液在不加破乳剂的情况下具有较好的破乳性能，溶解时间快的优势。本实施例的压裂液乳液原液仅仅需要根据情况改变用量即可配制出效果较好的滑溜水和悬砂压裂液，具有一剂多
用的作用。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
