[發明專利]一種聚丙烯酰胺納米復合壓裂液的制備方法

有效

• 申請號: 201310132122.1
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN104109525B
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 柯揚船;趙洋洋
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C09K8/68
• 分類號: C09K8/68;C08L33/24;C08F120/56;C08F2/44;C08F2/10;C08K9/04;C08K9/06;C08K3/34;C08K3/22
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 陶敏;黃健

本發明采用聚丙烯酰胺與納米無機相經原位聚合復合方法制備聚丙烯酰胺納米復合材料，形成壓裂液稠化劑。所述的納米無機相，是有機長鏈插層劑與層狀硅酸鹽經插層反應后，與硝酸鎂和硝酸鋁混合所組成。該納米無機相與丙烯酰胺單體、偶聯劑、絡合劑、引發劑、氧化劑、還原劑、助溶劑、助劑和去離子水構成懸浮液反應體系，然后經過聚合插層復合反應過程形成聚丙烯酰胺納米復合材料。將質量分數0.25％的該聚丙烯酰胺納米復合材料作為稠化劑，與質量分數0.20％的交聯劑及質量分數0.20％的破膠劑與助劑組成壓裂液體系，經170s?1剪切速率，150℃溫度下剪切70min，形成粘度大于50mPa.s的壓裂液，可產生耐高溫、抗剪切、低摩阻、破膠徹底及與地層流體配伍性好的特性。

技術領域

本文涉及一種聚丙烯酰胺納米復合材料壓裂液的制備方法，屬于石油開采工程的壓裂液技術領域。

背景技術

壓裂是油氣開采的一種工程作業過程，是利用壓力裝備，在高壓下把具有一定粘度的液體壓入地下巖石裂縫的工藝，在壓裂工藝中所用的這種具有粘度的液體就是壓裂液。壓裂液在高壓作用下進入地層巖石，使巖石產生破裂而出現裂縫，在壓裂液中加入支撐劑材料可以支撐地下裂縫的張開狀態，從而在停止泵送壓裂液后形成一條明顯張開的巖石裂縫，提高油氣層的滲透率，增加油氣通過裂縫通道的流量或產量。目前，國內外現有的壓裂液技術，主要分為水基壓裂液、油基壓裂液、醇基壓裂液以及泡沫壓裂液。由于水基壓裂液具有成本低、性能好等優點，被廣泛使用。近年來，隨著對油氣能源的需求不斷增加，油氣田開采由淺層向深層發展，由高滲透層向低滲透層發展。低滲透的高溫油氣儲層要求壓裂液具有耐高溫、抗剪切、低濾失、破膠徹底及與地層流體配伍性好的特性。

現有技術的壓裂液主要包括稠化劑、破膠劑、交聯劑。稠化劑的功能是增粘性，通過其交聯反應大幅度提高壓裂液粘度，形成壓裂液凍膠；同時，它具有降濾失、降摩阻的功能，是壓裂液的核心部分?，F有技術的稠化劑主要包括：(1)天然植物膠及其衍生物；(2)纖維素衍生物；(3)合的成水性溶聚合物?，F有技術的天然植物膠及其衍生物來源廣泛，應用技術成熟，但是，它在破膠后殘渣多、易堵塞裂縫而造成二次傷害。現有技術的纖維素耐溫性差、易生物降解，只能在工程現場現配現用，應用受限制?，F有技術的合成聚丙烯酰胺，由于粘度高、摩阻小、攜砂能力強等優點常被用作水基壓裂液稠化劑，但其缺點是剪切安定性差、耐溫性差、泵送時產生嚴重機械降解，及對礦化水與多價金屬離子敏感的諸多缺點，使現有技術的聚丙烯酰胺在有多價金屬離子鹽水溶液的粘度銳減，甚至出現沉淀。為了克服現有技術的缺點，需對聚丙烯酰胺進行改性?，F有技術的納米無機顆粒具有高比表面積、高活性及高滲透率特性，當無機粒子尺寸進入納米量級(1～100nm)時，由于其本身的小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應，使納米材料表現出吸收、催化、殺菌、吸附等特性?，F有技術的納米材料，用于制備懸浮穩定與功能性的液體，應用于油氣開發的鉆井、壓裂工程，產生高效的攜帶、保護功效及油氣增產效應。

此外，現有技術中，發明專利201110223102.6(公開號CN102352232A)提供了一種抗溫抗鹽聚合物清潔壓裂液增稠劑及其制備方法，采用單體N-十六烷基丙烯酰胺經聚合反應制備增稠劑，配制壓裂液，但此壓裂液的耐溫性不是很好，用哈克流變儀測定在50℃時，粘度為50mPa·s左右。

顯然，在這些現有技術中，無論是采用單純聚丙烯酰胺共聚物壓裂液，還是采用單純納米無機顆粒壓裂液，都產生高溫不穩定、持久穩定性差、易高溫降解、納米分散性與及抗環境性差的缺點。所述的納米無機顆粒，是指具有1～100nm尺度的無機物質單元所組成的顆粒聚集體。所述的納米分散性，是指納米無機顆粒在聚丙烯酰胺稠化劑溶液中的空間分布狀態?，F有的科學與技術研究已表明，具有均勻空間分布的納米無機顆?？梢蕴岣呔郾０烦砘瘎┗蛘呔郾┌穳毫岩旱木C合性能。