一种环境友好型纳米乳液压裂液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油田开采领域，具体涉及一种环境友好型纳米乳液压裂液及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 致密非常规储层具有低孔、低渗的特点，勘探开发难度较大，大多数致密油气井需 要储层改造才能获得比较理想的产量。目前，国内外针对致密非常规储层开发最主要的增 产措施是减阻压裂。传统的凝胶压裂液体系使用较高浓度的凝胶，这些凝胶的残留物以及 在压裂过程中产生的滤饼会堵塞地层并降低裂缝导流能力。滑溜水压裂液体系是针对致密 非常规储层改造，在传统压裂液基础上发展起来的一种新的压裂液体系，由清水中加入一 定量支撑剂以及极少量的减阻剂、粘土稳定剂、破乳助排剂等添加剂而构成。在美国、加拿 大等国滑溜水压裂液的使用获得了显著的经济效益并且已经取代了传统的凝胶压裂液而 成为最受欢迎的压裂液。
[0003] 相比传统的凝胶压裂液体系，滑溜水压裂液在开发致密非常规储层方面具有明显 的优势，例如：（1)滑溜水压裂液中只含有少量的减阻剂等添加剂，易于返排，极大地减少了 凝胶对地层及裂缝的伤害，从而有利于提高产量；（2)减阻水中的化学添加剂及支撑剂的用 量较少，可节省施工成本40%~60%，使许多原来不具商业开采价值的储层可以得到开发； (3)由于减阻水具有较低的黏度以及施工时的栗入速率较高，使得减阻水能够产生复杂度 更高体积更大的裂缝网络，裂缝复杂度和体积的提高增加了储层的有效增产体积，产量增 加；（4)减阻水中添加剂含量少，较为清洁，因此更易于循环利用，可以节约大量宝贵的淡水 资源。
[0004]传统使用的滑溜水压裂液一般由降阻剂、粘土稳定剂及助排剂等组成，其中减阻 剂聚丙烯酰胺一般是水溶液、粉末状或油包水乳液，它们在合成和使用时均存在明显的不 足。例如:水溶液固含量一般比较低，且分子量不易控制，运输成本高;粉末状需要通过大量 的热量干燥且需要专门的干燥设备，使用时又需要高速搅拌和加热，耗时耗力；油包水乳液 则是将水溶性聚丙烯酰胺分散在油(烃类）中，在使用时，这些烃类会进入水体系中，不但浪 费了宝贵的烃资源，也造成了水系统和环境的污染。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种环境友好型纳米乳液压裂液 的制备方法。该方法在丙烯酰胺聚合过程中引入具有粘土稳定功能的带有不饱和双键的阳 离子单体与具有表面活性作用的带有不饱和双键的聚醚类单体，采用共聚合的方式制备出 新型的纳米乳液压裂液。
[0006] 本发明的目的还在于提供一种采用上述制备方法制备得到的环境友好型纳米乳 液压裂液。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
[0008] -种环境友好型纳米乳液压裂液的制备方法，包括如下步骤：
[0009] (1)将15-25重量份的单体A、1-5重量份的单体B、1-5重量份的单体C、20-30重量份 的无机盐、3-10重量份的分散剂加入到反应器中与70-100重量份的去离子水混合搅拌均匀 形成混合液，调节混合液的pH值为4-5;
[0010] (2)向混合液中通入氮气除氧，并将混合液温度升温至45-65°C，在氮气保护下，加 入0.5-1.5重量份的引发剂反应5-10h，采用高速分散结合高压均质或高压微射流将混合液 分散形成分散液；
[0011] (3)采用去离子水将所制备的分散液稀释到0. lwt % -0.2wt %，从而制备得到纳米 乳液压裂液。
[0012] 上述制备方法中，优选地，在步骤（1)中，所述单体A为具有碳碳双键的非离子型的 水溶性单体，具体为如下式(1)所示结构单体中的一种或多种的组合
[0013] 式（1)
[0014] 其中：基团相同或不同，代表Η或&-&2的烷基；
[0015] 更加优选地，所述单体Α可以包括丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰胺、Ν，Ν_二甲基丙烯酰 胺和Ν，Ν_二乙基丙烯酰胺等单体中一种或多种的组合。
[0016] 上述制备方法中，优选地，在步骤（1)中，所述单体Β为具有碳碳双键的阳离子型的 水溶型单体，具体为如下式(2)所示结构单体中的一种或多种的组合 12
式（2) 2 其中：基团1?4、1?5、1?6、办相同或不同，代表11或(：1-(： 12的饱和烃基或不饱和烃基4为-C00-、-C0-、-0-或-CH2-; η为0-20 的整数；
[0019]更加优选地，所述单体Β可以包括甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基 三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵等单 体中的一种或多种的组合。
[0020]上述制备方法中，优选地，在步骤（1)中，所述单体C为具有碳碳双键的聚醚类单 体，具体为如下式(3)所示结构单体中的一种或多种的组合
[0021]
[0022] 其中：基团1?8、1?8'、1?9、1?9'相同或不同，代表!1或(： 1-(：2()的烷基01^2相同或不同，代 表0或1 ;ηι、η2相同或不同，代表1-30的整数。
[0023]更加优选地，所述单体C可以包括辛基酚聚氧乙烯醚(0Ρ)马来酸双(单)酯、壬基酚 聚氧乙烯醚(ΝΡ)马来酸双(单)酯、脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加0)马来酸双(单）酯等单体中 的一种或多种的组合。
[0024] 上述制备方法中，优选地，在步骤（1)中，所述无机盐可以包括硫酸铵、硫酸钾、硫 酸镁、硫酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化镁、柠檬酸钠和柠檬酸钾等中的一种或多种的组合。 [0025]上述制备方法中，优选地，在步骤（1)中，所述分散剂可以包括聚甲基丙烯酰氧乙 基三甲基氯化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚乙烯醇、聚 乙二醇和聚乙烯基吡咯烷酮等中的一种或多种的组合。
[0026] 上述制备方法中，优选地，在步骤(2)中，所述引发剂可以包括偶氮类引发剂和/或 氧化还原引发剂；
[0027] 更加优选地，所述偶氮类引发剂可以包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁基脒盐酸盐、 偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸和偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐等中的一种或多 种的组合；
[0028] 更加优选地，所述氧化还原引发剂可以包括氧化性的过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸 铵、还原性的硫酸亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或多种的组合;其中，氧化性的引发 剂和还原性的引发剂的重量比为1:1-2:1。
[0029] 上述制备方法中，优选地，在步骤(2)中，所述高速分散的转速为10000-20000rpm， 分散时间为2_5min;所述高压均质压力为30-100MPa，均质次数为3-10次;所述高压微射流 的压力为30-100MPa，微射流次数为2-5次。
[0030] 本发明还提供了一种利用上述制备方法制备得到的环境友好型纳米乳液压裂液。
[0031] 发明的有益效果是：
[0032] (1)环境友好:本发明制备的纳米乳液压裂液采用的共聚合法制备，合成工艺对环 境友好，无污染，能耗低；
[0033] (2)使用方便:本发明制备的纳米乳液压裂液集成了减阻、粘土稳定、助排等功能， 有效减少了粘土稳定剂及助排剂的使用；
[0034] (3)配液简单:本发明制备的纳米乳液压裂液为速溶乳液型，能够快速水化分散， 无块状、颗粒状不溶物，不需要提前溶解，可以即用即溶，满足小直径油管大排量压裂施工， 对储层伤害低，返排性能优异；
[0035] (4)悬砂能力强:本发明制备的纳米乳液压裂液的粘度为50_150mPa · s之间，具有 良好的悬砂能力，在25°C-65°C温度下，悬砂时间大于lh;
[0036] (5)稳定性好:本发明制备的纳米乳液压裂液与普通的分散乳液相比，其分散相液 滴粒子的粒径大小一般在20_150nm，具有良好的稳定性，不易发生分层，絮凝、积聚和沉淀 等现象；
[0037] (6)表面张力小:本发明制备的纳米乳液压裂液中含有脂肪醇(烷基酚)聚氧乙烯 醚结构单元，使纳米乳液压裂液具有优良的降低表面活性功能，该纳米乳液压裂液表面张 力在20~27mN/m之间。
【具体实施方式】
[0038]为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0039] 实施例1
[0040] 本实施例提供了一种环境友好型纳米乳液压裂液的制备方法，包括如下步骤：
[0041] (1)将15重量份的丙烯酰胺、1重量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2重量份 的辛基酚聚氧乙烯醚(0P-10)马来酸单酯、20重量份的硫酸铵、3重量份的聚甲基丙烯酰氧 乙基三甲基氯化铵加入到反应器中与70重量份的去离子水混合搅拌均匀形成混合液，调节 混合液的pH值为6.5;
[0042] (2)向混合液中通入氮气除氧，并将混合液温度升温至55°C，在氮气保护下，加入 0.5重量份的偶氮二异丁腈反应5h，使用高速分散其转速为15000rpm，操作时间为3min;高 压均质采用压力为80MPa，均质次数为7次将混合液分散形成分散液；
[0043] (3)采用去离子水将所制备的分散液稀释到0. lwt%，从而制备得到纳米乳液压裂 液。表1为本实施例制备的纳米乳液压裂液部分性能指标。
[0044] 表 1
[0045]
12 实施例2 2 本实施例提供了一种环境友好型纳米乳液压裂液的制备方法，包括如下步骤：
[0048] (1)将20重量份的丙烯酰胺、3重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、2重量份的壬基酚 聚氧乙烯醚(NP-10)马来酸双酯、25重量