一种可循环刺激响应型静电交联压裂液及其循环制备方法

本发明涉及石油开采中的水力压裂领域，具体的说涉及一种可循环刺激响应型静电交联压裂液及其循环制备方法。

背景技术：

1、现如今我国石油对外依存度达70％以上，常规油气资源已不足以满足当下社会发展的需求，油气勘探开发技术亟待科技创新与发展。我国大力提升油气勘探开发力度，全力推进一批有潜力的产能建设项目，着力突破油气勘探开发系列关键技术，加大非常规油气资源开发力度，目前，非常规油气资源已成为我国勘探开发的主体。非常规储层具有特殊的孔隙结构、复杂的岩石组成、超低的渗透性、极强的非均质性等特点。我国非常规油气资源储量丰富，有望成为传统化石能源最现实的接替资源之一，其开发对优化我国能源结构和保障能源战略安全具有重要意义。具有微达西、纳达西渗透率的非常规油气藏，水力压裂是实现效益开发的核心利器，也是确保高质量发展的重要支点。水力压裂用水量巨大，通常需“万方液千方砂”才能达到改造效果，但我国非常规储层多分布在水资源匮乏的山区、丘陵及沙漠戈壁地带，这给压裂施工带来了巨大的挑战。

2、因此，针对非常储层压裂用水量大的问题，研发一种高效可循环使用的压裂液体系是解决用水量巨大的一种有效方案，同时这也是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种可循环刺激响应型静电交联压裂液及其循环制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种可循环静电交联压裂液，包括以下重量分数原料：

4、增稠剂0.5-2.5wt％，静电交联剂0.8-1.5wt％，粘土稳定剂1.0-2.5wt％，助排剂0.1-0.6wt％，余量为水。

5、本发明的方案采用的原料均具有非常良好的水溶性，不会产生鱼眼，在现场简陋的配液环境下具有优良的适应性，原料配伍性良好，即使与10万矿化度的盐水混合，也不会产生不容物质。

6、进一步，所述增稠剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵中的任意一种或两者混合。

7、采用上述进一步方案的有益效果在于：与常规增稠剂不同，本发明采用的增稠剂是一种低分子量的阴离子有机盐，非常易溶于水，且由于分子量较低，不容易在孔隙中滞留，大大减小了对储层的伤害，在低渗致密储层中具有非常优良的适用性。

8、进一步，所述静电交联剂为n，n，2，2-四甲基-1，3-丙二胺、2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚、n,n,n,n-四甲基-1,4-丁二胺中的任意一种或多种混合。

9、采用上述进一步方案的有益效果在于：在通入刺激气体之前，静电交联剂是一种带有叔胺基团的有机小分子，不具备交联能力；通入刺激气体后，刺激气体促进静电交联剂上的叔胺基团质子化变为带正电的季铵离子，在静电力的作用下，静电交联剂将增稠剂交联在一起，增强溶液的粘度，形成交联压裂液；将交联压裂液注入储层一段时间后，在储层中甲烷的扰动和储层温度的作用下，刺激气体逐渐从压裂液中逃逸到储层中，使得静电交联剂上的季铵正离子变回叔胺基团，从而失去交联能力，从而达到破胶的目的；由于静电交联剂对刺激气体的响应，溶液可以在交联和破胶之间切换，实现多次循环利用。

10、进一步，所述粘土稳定剂为氯化钾。

11、进一步，所述助排剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸钠中的一种或多种混合。

12、采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明选用的助排剂均为阴离子型表面活性剂，具有优异的溶解性和抗温抗盐能力外，还能与co2刺激响应后的静电交联剂组成拟双子或三子表面活性剂，进一步降低界面张力，大幅度提高压裂液的返排能力。

13、本发明还提供了一种可循环刺激响应型静电交联压裂液的循环制备方法，包括以下步骤：

14、(1)按上述重量分数称取各原料；

15、(2)将增稠剂、静电交联剂、粘土稳定剂和助排剂加入至水中，搅拌溶解至完全，得到基液。

16、(3)向基液中以4-6l/min的速率通入刺激气体并在通入过程中不断搅拌，通入时间为1-2分钟，搅拌速率为40-60r/min，静置后得到交联压裂液；

17、(4)将交联压裂液移至烧杯中，用变温水浴锅缓慢对压裂液进行加热，加热速率控制在0.1-0.5℃/min用于模拟压裂液在地层中的受热情况，同时，向烧杯中以0.04-0.06l/min的速率向压裂液通入甲烷气体，模拟压裂液在储层中受甲烷扰动情况，以移除压裂液中的刺激气体，加热和通入甲烷的时间均控制在15-25min，待加热和通甲烷气体结束后，交联压裂液破胶，得到压裂液基液；

18、(5)重复步骤(3)和(4)即可实现压裂液的循环制备。

19、进一步，所述刺激气体为co2气体

20、采用上述进一步方案的有益效果在于：co2为无毒无害气体，方便、廉价、易得，此外，co2溶于水后呈现弱酸性，使得压裂液具有一定的弱酸性，有助于减小粘土膨胀，降低地层伤害程度。

21、本发明的有益效果在于：

22、1)本发明提供的一种可循环刺激响应型静电交联压裂液体系，配方简单，溶解性好，现场配液可操作性强。

23、2)本发明提供的增稠剂是一种低分子量的聚丙烯酸盐，非常易溶于水，且由于分子量较低，不容易在孔隙中滞留，大大减小了对储层的伤害，在低渗致密储层中具有非常优良的适用性。

24、3)本发明提供的静电交联剂是一种含有多个叔胺基团的小分子有机物，在co2的刺激下，叔胺基团被质子化，生成季铵阳离子，季铵阳离子和聚丙烯酸盐阴离子在静电力的作用下相互结合，在溶液中分散的聚丙烯酸盐阴离子通过静电交联剂彼此结合，形成三维网状结构，使得压裂液的粘度大幅度提升；移除co2后，季铵阳离子去质子化重新变为叔胺基团，失去交联的能力，压裂液的粘度大幅度降低；通过通入或移除co2气体，即可实现压裂液的循环使用。

25、4)常规交联剂通常都是交联剂与增稠剂之间形成化学键而达到交联的目的，如果想破胶，必须加入破胶剂才能实现，而本发明所使用的静电交联剂是在co2的刺激下带上正电荷，通过静电作用将增稠剂分子交联起来，属于物理交联，破胶时无需加入其他物质，只需要通过物理方法移除溶液中的co2即可实现破胶。

26、5)本发明提供的助排剂均为阴离子型表面活性剂，除了具有优异的溶解性和抗温抗盐能力外，还能与co2刺激响应后的静电交联剂组成拟双子或三子表面活性剂，使得助排剂分子在界面上排列更加紧密，进一步降低界面张力，大幅度提高压裂液的返排能力。

27、6)本发明提供的响应型静电交联压裂液循环制备方法，可以同时模拟压裂液在储层中的受热情况和受天然气的扰动情况，更加接近压裂液在出储层中的实际状况。

28、7)本发明所使用的刺激气体为co2，co2为无毒无害气体，方便、廉价、易得的特点，此外，co2溶于水后呈现弱酸性，使得压裂液具有一定的弱酸性，有助于减小粘土膨胀，降低地层伤害程度。

技术特征：

1.一种可循环刺激响应型静电交联压裂液，其特征在于，包括以下重量分数原料：

2.根据权利要求1所述一种可循环刺激响应型静电交联压裂液，其特征在于，所述增稠剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵中的任意一种或两者混合。

3.根据权利要求1或2所述一种可循环刺激响应型静电交联压裂液，其特征在于，静电交联剂为n，n，2，2-四甲基-1，3-丙二胺、2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚、n,n,n,n-四甲基-1,4-丁二胺中的任意一种或多种混合。

4.根据权利要求3所述一种可循环刺激响应型静电交联压裂液，其特征在于，所述粘土稳定剂为氯化钾。

5.根据权利要求4所述一种可循环刺激响应型静电交联压裂液，其特征在于，所述助排剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸钠中的一种或多种混合。

6.一种可循环刺激响应型静电交联压裂液的循环制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述一种可循环刺激响应型静电交联压裂液的循环制备方法，其特征在于，向压裂液基液或交联压裂液中通入或移除刺激气体，实现压裂液循环使用。

8.根据权利要求7所述一种可循环刺激响应型静电交联压裂液，其特征在于所述刺激气体为co2气体。

技术总结
本发明公开了一种可循环刺激响应型静电交联压裂液及其循环制备方法，属于水力压裂领域，包括增稠剂0.2‑2.0wt％，静电交联剂0.8‑1.5wt％，粘土稳定剂1.0‑2.5wt％，助排剂0.1‑0.6wt％，余量为水。本发明所用静电交联剂是一种含有多个叔胺基团的小分子有机物，在CO<subgt;2</subgt;的刺激下，叔胺基团被质子化生成季铵基团，季铵基团将溶液中分散的聚丙烯酸盐阴离子通过静电交联彼此结合，形成三维网状结构，使得压裂液的粘度大幅度提升；移除CO<subgt;2</subgt;后，季铵基团去质子化而失去交联的能力，压裂液的粘度降低。助排剂能与CO<subgt;2</subgt;刺激后的静电交联剂组成拟双子或三子表面活性剂，进一步降低界面张力，促进压裂液返排。本发明通过通入或移除CO<subgt;2</subgt;气体，即可实现压裂液的循环使用，对降低压裂成本有极为重要的意义。

技术研发人员：杨兆中,郑南鑫,朱静怡,李小刚
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22