本发明涉及油气井钻井开采技术领域，尤其涉及一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系及其制备方法和应用。
背景技术：
近年来，随着国家能源结构的调整，储存量巨大、对环保影响较大的非常规油气的重要组成部分-煤层气逐渐成为我国非常规油气资源的勘探和开发的重点对象之一。
煤层气的存储环境、存储状态等决定了压裂施工是实现煤层气快速增产和有效开发的重要方式。现有技术中使用的压裂液含有聚丙烯酰胺，存在对多价金属离子敏感，当含有多价金属离子时溶液黏度锐减的问题。
技术实现要素：
鉴于此，本发明的目的在于提供一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系及其制备方法和应用。本发明提供的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系抗盐性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系，包括以下质量分数的组分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸25～40％，阳离子单体4～6％，丙烯酸0.5～2％，稳定剂2～10％以及余量的丙烯酰胺。
优选地，所述阳离子单体包括二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或多种。
优选地，所述稳定剂包括纳米微晶。
优选地，所述纳米微晶由纸纤维经过酯化反应得到。
本发明还提供了上述技术方案所述的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系的制备方法，包括以下步骤：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、阳离子单体、丙烯酸、稳定剂以及丙烯酰胺混合，得到所述高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系。
本发明还提供了上述技术方案所述的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系或上述技术方案所述的制备方法制得的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系作为复杂水质用干粉交联乳液压裂液体系的应用。
优选地，所述复杂水质包括市政污水、湖水、河水和工厂采出水中的一种或几种。
优选地，所述复杂水质中钙离子的浓度为8～12g/l，镁离子的浓度为5～10g/l，钠离子的浓度为30～50g/l。
本发明提供了一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系，包括以下质量分数的组分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸25～40％，阳离子单体4～6％，丙烯酸0.5～2％，稳定剂2～10％以及余量的丙烯酰胺。本发明基于阴阳离子电吸引原理，通过添加阳离子单体，提供了一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系，增加了对钙离子和镁离子的抗盐性能，使本发明提供的压裂液体系能用于复杂水质的速溶交联，稳定剂能够使制得的产品维持稳定保持干粉的状态。实施例的数据表明，本发明提供的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系对钙离子和镁离子的耐盐度达到了2000ppm，在130℃、170s-1剪切1h后黏度保持在50mpa·s以上，0.2分钟黏度能达到最终黏度的98％，溶解速度快，分散性好，增粘快，能满足连续混配的要求，表面张力为15.2～18.8mn/m，界面张力为0.5～0.8mn/m，低的表、界面张力有利于降低水锁现象，加速破胶液的返排，助排率大于17％，均高于行业标准15％的指标要求，具有良好的悬砂能力、破胶性能以及降滤失性能，可满足行业标准的要求；对岩心的伤害率在5％～9％之间，与hpg压裂液相比，伤害率降低80％左右；也明显低于常规ves压裂液。
进一步地，本发明提供的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系能够使用复杂水质进行油气开采，能够降低生产成本，具有重要的工业实用性。
具体实施方式
本发明提供了一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系，包括以下质量分数的组分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸25～40％，阳离子单体4～6％，丙烯酸0.5～2％，稳定剂2～10％以及余量的丙烯酰胺。
本发明提供的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系优选包括30～35％质量分数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)。
本发明提供的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系优选包括5％质量分数的阳离子单体。在本发明中，所述阳离子单体优选包括二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dac)中的一种或多种，当所述阳离子单体优选为混合物时，本发明对所述混合物中各阳离子单体的比例没有特殊的限定，采用任意比例的混合物均可。在本发明中，通过添加阳离子单体增加了对钙离子和镁离子的抗盐性能。
本发明提供的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系优选包括1～1.5％质量分数的丙烯酸。
本发明提供的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系优选包括3～6％质量分数的稳定剂。在本发明中，所述稳定剂优选包括纳米微晶。当所述阳离子单体优选为混合物时，本发明对所述混合物中各稳定剂的比例没有特殊的限定，采用任意比例的混合物均可。在本发明中，通过添加稳定剂能够使制得的产品维持稳定保持干粉的状态。
在本发明中，所述纳米微晶的直径优选为100～300nm，长度优选为300～500nm。
在本发明中，所述纳米微晶优选由纸纤维经过酯化反应得到。本发明对所述酯化反应的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可，具体的，如在60～70℃下进行酯化反应得到。
本发明还提供了上述技术方案所述的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系的制备方法，包括以下步骤：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、阳离子单体、丙烯酸、稳定剂以及丙烯酰胺混合，得到所述高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系。
本发明对所述混合方式以及各原料的加入顺序没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系或上述技术方案所述的制备方法制得的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系作为复杂水质用速溶交联乳液压裂液体系的应用。
在本发明中，所述复杂水质优选包括市政污水、湖水、河水和工厂采出水中的一种或几种。
在本发明中，所述复杂水质中钙离子的浓度优选为8～12g/l，镁离子的浓度优选为5～10g/l，钠离子的浓度优选为30～50g/l。
下面结合实施例对本发明提供的一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系，包括以下质量分数的组分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸25％，阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)4％，丙烯酸0.5％，纳米微晶2％(直径为100nm，长度为300nm)以及余量的丙烯酰胺，其中纳米微晶由纸纤维经过60℃酯化反应得到。
本发明将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、阳离子单体、丙烯酸、纳米微晶以及丙烯酰胺混合，得到所述高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系。
将制得的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系与市政污水混合后(体积比为1：1)，污水中钙离子的浓度为8g/l，镁离子的浓度为5g/l，钠离子的浓度为30g/l，得到的产品能够用于油田开采。
性能测试：
利用mas-ⅲ高温高压流变仪进行测试：装好压裂液并设定流变仪加热温度，用表观粘度随时间变化趋势确定压裂液体系的剪切稳定性，在130℃、170s-1剪切1h后黏度保持在50mpa·s以上。
抗盐性测定：当压裂液体系中加入钙离子后，黏度下降，当钙离子的浓度超过2100ppm后，黏度趋于稳定，当压裂液体系中加入镁离子后，黏度下降，当镁离子的浓度超过2100ppm后，黏度趋于稳定，说明具有优异的抗盐性能。
溶解性试验：量取一定量的实验用水，按所需浓度将压裂液体系缓缓倒入，边加边搅拌，放置4小时，观察粘度随时间的变化，0.3分钟后压裂液体系粘度能达到最终粘度的90％以上，且没有鱼眼；用混调器高速搅拌的条件下，0.3分钟后基液粘度能达到最终粘度的98％，说明该压裂液体系溶解速度快，分散性好，增粘快，能满足连续混配的要求。
表面张力采用圆环法测试，界面张力采用旋转滴法进行测试：表面张力为15.2mn/m，界面张力为0.5mn/m，低的表、界面张力有利于降低水锁现象，加速破胶液的返排，助排率大于17％，均高于行业标准15％的指标要求。
悬砂能力测定：对石英砂的沉降速度为0.005cm/s，陶粒为0.0056cm/s，说明具有良好的悬砂能力。
破胶性能测定：过硫酸铵是压裂液体系的良好破胶剂，按行业标准的要求，在80～100℃的水浴中，对不同加量的过硫酸铵进行破胶性能测试，实验发现，过硫酸铵对压裂液体系具有良好的破胶效果，破胶化水彻底。
降滤失性能测定：测定不含支撑剂的压裂液体系在高温、高压条件下通过滤纸的滤失性；测定温度：压裂液适用温度范围；测定压力：仪器规定试验压差为3.5mpa；回压按仪器要求确定。记录1，4，9，16，25，30，36min时的滤失量，可知，具有良好的降滤失性能，可满足行业标准的要求。
岩心伤害性能测定：选取表面亲水的天然岩心，试验用仪器为岩心流动实验仪；配制压裂液体系的破胶液，收集滤液；将岩心装入夹持器中；正通标准盐水(40000ppm)，测岩心渗透率k1；反通破胶液滤液至流量稳定；正通标准盐水(40000ppm)，测岩心渗透率k2。可知，对岩心的伤害率为5％，与hpg压裂液相比，伤害率降低80％左右；也明显低于常规ves压裂液。
利用下式计算岩心伤害率：
实施例2
一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系，包括以下质量分数的组分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸40％，阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)6％，丙烯酸2％，纳米微晶10％(直径为300nm，长度为500nm)以及余量的丙烯酰胺，其中纳米微晶由纸纤维经过70℃酯化反应得到。
将制得的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系与新疆玛湖的湖水混合后(体积比为1：4)，湖水中钙离子的浓度为12g/l，镁离子的浓度为10g/l，镁离子的浓度为50g/l，得到的产品能够用于油田开采。
高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系的制备方法和性能测定方法与实施例1相同，性能测试结果如下：
在130℃、170s-1剪切1h后黏度保持在50mpa·s以上。
当钙离子的浓度超过2200ppm后，镁离子的浓度超过2200ppm后，黏度趋于稳定。
0.4分钟后压裂液体系粘度能达到最终粘度的90％以上，且没有鱼眼；用混调器高速搅拌的条件下，0.4分钟后基液粘度能达到最终粘度的98％，说明该压裂液体系溶解速度快，分散性好，增粘快，能满足连续混配的要求。
表面张力为18.8mn/m，界面张力为0.8mn/m，低的表、界面张力有利于降低水锁现象，加速破胶液的返排，助排率大于17％，均高于行业标准15％的指标要求。
对石英砂的沉降速度为0.006cm/s，陶粒为0.007cm/s，说明具有良好的悬砂能力。
降滤失性能优异。
对岩心的伤害率为9％。
实施例3
一种高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系，包括以下质量分数的组分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸30％，阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)5％，丙烯酸1％，纳米微晶6％(直径为200nm，长度为400nm)以及余量的丙烯酰胺。
将制得的高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系与工厂采出水混合后(体积比为1:2)，湖水中钙离子的浓度为11g/l，镁离子的浓度为9g/l，钠离子的浓度为40g/l，得到的产品能够用于油田开采。
高抗盐复杂水质用干粉交联压裂液体系的制备方法和性能测定方法与实施例1相同，性能测试结果如下：
在130℃、170s-1剪切1h后黏度保持在50mpa·s以上。
当钙离子的浓度超过2150ppm后，镁离子的浓度超过2150ppm后，黏度趋于稳定。
0.3分钟后压裂液体系粘度能达到最终粘度的90％以上，且没有鱼眼；用混调器高速搅拌的条件下，0.3分钟后基液粘度能达到最终粘度的98％，说明该压裂液体系溶解速度快，分散性好，增粘快，能满足连续混配的要求。
表面张力为15.7mn/m，界面张力为0.54mn/m，低的表、界面张力有利于降低水锁现象，加速破胶液的返排，助排率大于17％，均高于行业标准15％的指标要求。
对石英砂的沉降速度为0.007cm/s，陶粒为0.0076cm/s，说明具有良好的悬砂能力。
降滤失性能优异。
对岩心的伤害率为5.4％。
以上所述仅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。