一种可分相存储高温触发的压裂液及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种可分相存储高温触发的压裂液及其制备方法和应用 (Fracturing fluid capable of being stored in phase-separable manner and triggered at high temperature, and preparation method and application thereof ) 是由 张康 侯妍 王晨 杨晓武 黄传卿 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可分相存储高温触发的压裂液及其制备方法和应用,制备方法包括：取白油和复合乳化剂,加热搅拌,制得油相；在搅拌状态下将戊二醛与乙二醇混合,加热20～50℃充分反应,得到羟醛缩合产物；将缩合产物加入到油相中,继续搅拌反应,制得反相乳液；用蒸馏水和聚丙烯酰胺水溶液配制成水相；将反相乳液加入到水相中,搅拌制得分相存储的混合乳液；混合乳液运100～130℃反应,得到压裂液。本发明通过将戊二醛的醛基先行进行保护,与聚丙烯酰胺溶液制成乳液,可实现方便运输的同时避免现场配液,大大缩短了施工周期。(The invention discloses a fracturing fluid capable of being stored in a phase-separable manner and triggered at a high temperature, and a preparation method and application thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: heating and stirring white oil and a compound emulsifier to prepare an oil phase; mixing glutaraldehyde and ethylene glycol under a stirring state, heating to 20-50 ℃ for full reaction to obtain an aldol condensation product; adding the condensation product into the oil phase, and continuously stirring for reaction to prepare an inverse emulsion; preparing a water phase by using distilled water and a polyacrylamide aqueous solution; adding the inverse emulsion into the water phase, and stirring to prepare a mixed emulsion with split-phase storage; and carrying out reaction on the mixed emulsion at the temperature of 100-130 ℃ to obtain the fracturing fluid. According to the invention, the aldehyde group of the glutaraldehyde is protected in advance, and the glutaraldehyde and the polyacrylamide solution are prepared into emulsion, so that the field liquid preparation is avoided while the transportation is convenient, and the construction period is greatly shortened.)
技术领域
本发明涉及一种高温井压裂液技术领域，具体涉及一种可分相存储高温触发的压裂液及其制备方法和应用。
背景技术
目前使用的压裂液体系可分为水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液和清洁压裂液等。水基压裂液体系在国内外应用最为广泛，所占比例超过90％，在压裂施工中占据主导地位，它是以水作溶剂或分散介质，向其中加入一定配比的稠化剂、交联剂和添加剂配制而成的。其中交联剂是决定压裂液粘度性质的主要因素之一。交联剂通过化学键或配位键与稠化剂发生交联反应，使稠化剂中的大分子链相互缠结形成体型网状结构，进一步增稠形成典型的粘弹冻胶。交联剂对压裂液体系的成胶速度、耐温稳定性和剪切稳定性以及对地层渗透率都有较大的影响。但是目前交联剂在高温条件下没有较好的耐高温性能，且施工作业条件复杂。因此研制出一种可分相存储以便于运输和高温下自触发交联以简化作业方式的压裂液是具有十分重要的意义的。
发明内容
为了解决现有压裂液不便存储和施工作业方式复杂的缺点，本发明目的在于提供一种可分相存储高温触发的压裂液及其制备方法和应用，具体是一种可分相存储以便于运输和高温下自触发交联以简化作业方式的压裂液。在运输时，戊二醛的醛基被保护在油相中，与聚丙烯酰胺溶液形成乳液。在高温条件下，乳液稳定性被破坏，自触发发生交联，大大简化了作业方式。
本发明所使用的技术方案是：
一种可分相存储高温触发的压裂液，所述的压裂液的主要成分结构式如下：
其中n的取值范围为50～1000。
一种可分相存储高温触发的压裂液的制备方法，包括以下步骤：
取白油和复合乳化剂，加热搅拌，制得油相；
在搅拌状态下将戊二醛与乙二醇混合，加热20～50℃充分反应，得到羟醛缩合产物；
将缩合产物加入到油相中，继续搅拌反应，制得反相乳液；
用蒸馏水和聚丙烯酰胺水溶液配制成水相；将反相乳液加入到水相中，搅拌制得分相存储的混合乳液；
混合乳液运100～130℃反应，得到压裂液。
作为本发明的进一步改进，白油与复合乳化剂的质量比为(6～8):1；
复合乳化剂是由司盘80和吐温80复配得到。
作为本发明的进一步改进，司盘80和吐温80的质量比为(2～4):1。
作为本发明的进一步改进，戊二醛与乙二醇的摩尔比为1:(4～6)。
作为本发明的进一步改进，戊二醛与乙二醇加热20～50℃。
作为本发明的进一步改进，戊二醛与乙二醇混合后调节pH值为2～4。
作为本发明的进一步改进，聚丙烯酰胺水溶液的浓度为0.3～0.5wt％。
作为本发明的进一步改进，蒸馏水与聚丙烯酰胺水溶液体积比为100:1。
一种可分相存储高温触发的压裂液在油田压裂中的应用，
将戊二醛的醛基先行进行保护，分相存储的戊二醛与聚丙烯酰胺混合乳液运输至井下，100～130℃自触发后发生反应，进行压裂；
被保护的结构式如下：
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
现有的传统聚丙烯酰胺在油气田应用配液车需要提前进入现场配液，稠化剂在储液罐中充分溶胀，压裂车进入现场再将储液罐液体重新循环，防止液体不均匀在压裂过程出现问题。施工周期长，配液强度大，已经不能满足页岩井大规模压裂的需求。本发明通过将戊二醛的醛基先行进行保护，与聚丙烯酰胺溶液制成乳液，可实现方便运输的同时避免现场配液，将其直接注入油井中，随着温度升高，在高温下乳液破乳。羟醛缩合产物水解释放出戊二醛，戊二醛与聚丙烯酰胺在井下高温发生交联反应。可快速水合、增稠。大大缩短了施工周期。
附图说明
图1为压裂液制备过程示意图；
图2为醛基保护示意图；
图3为实施例3中所制备的压裂液的耐盐性能图；
图4为实施例3中所制备的压裂液的耐温性能图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种可分相存储高温触发的压裂液，所述的压裂液的主要成分具有如下结构式：
其中n的值为50～1000。
具体的制备过程通过以下反应实现：
具体的，本发明一种可分相存储高温触发的压裂液的制备方法，包括以下步骤：
1)取白油和复合乳化剂，加热搅拌，制得油相。
白油与复合乳化剂的质量比为(6～8):1。
复合乳化剂是由司盘80(Span-80)和吐温80(Tween-80)混合制得。
Span-80和Tween-80的质量比为(2～4):1。
搅拌时间为10～20min。
2)在搅拌状态下将戊二醛与乙二醇混合，调节pH值，加热反应，得到羟醛缩合产物。
戊二醛与乙二醇的摩尔比为1:(4～6)。
pH值为2～4。
反应温度为20～50℃。
反应时间为5～7h。
3)将缩合产物加入到油相中，继续搅拌，制得反相乳液。
4)用蒸馏水和聚丙烯酰胺水溶液配制成水相，将油相缓慢加入到水相中，搅拌，制得混合乳液。
聚丙烯酰胺溶液的使用浓度为0.3～0.5wt％。
水相配制过程中蒸馏水与聚丙烯酰胺的体积比为100:1。
搅拌时间为10～20min。
滴加温度为室温(25℃)。
5)将混合乳液转移至三口烧瓶中，油浴高温搅拌，得到目的产物。
油浴温度为100～130℃。
所述的压裂液所添加的交联剂储存在油相中，其被保护起来的结构式如下：
戊二醛与聚丙烯酰胺的交联是在井下高温触发后发生的。
聚丙烯酰胺与戊二醛的存储是分相的。
其原理主要为戊二醛先于乙二醇发生羟醛缩合反应，将醛基保护起来，这样方便其与聚丙烯酰胺的分相存储，在高温下破乳，缩合产物发生水解反应，再将醛基释放出来与聚丙烯酰胺发生交联。
以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明：
实施例1
称取160g白油加入到500mL的烧杯中，再加入15g Span-80和5g Tween-80，加热搅拌，制得油相。在搅拌状态下加入20g戊二醛和48g乙二醇混合，调节pH值至3，25℃加热反应6h，得到羟醛缩合产物。将68g缩合产物加入到180g油相中，继续搅拌15min，制得反相乳液248g。将1mL的0.5wt％聚丙烯酰胺溶液边搅拌边加入到100mL水中，再将配制好的混合乳液加入其中，继续搅拌15min。将混合乳液转移至三口烧瓶中，油浴120℃高温搅拌，得到目的产物。
实施例2
称取160g白油加入到500mL的烧杯中，再加入16g Span-80和4g Tween-80，加热搅拌，制得油相。在搅拌状态下加入20g戊二醛和48g乙二醇混合，调节pH值至3，25℃加热反应6h，得到羟醛缩合产物。将68g缩合产物加入到180g油相中，继续搅拌15min，制得反相乳液248g。将1mL的0.4wt％聚丙烯酰胺溶液边搅拌边加入到100mL水中，再将配制好的混合乳液加入其中，继续搅拌15min。将混合乳液转移至三口烧瓶中，油浴120℃高温搅拌，得到目的产物。
实施例3
称取160g白油加入到500mL的烧杯中，再加入16g Span-80和4g Tween-80，加热搅拌，制得油相。在搅拌状态下加入20g戊二醛和48g乙二醇混合，调节pH值至3，25℃加热反应6h，得到羟醛缩合产物。将68g缩合产物加入到180g油相中，继续搅拌15min，制得反相乳液248g。将1mL的0.5wt％聚丙烯酰胺溶液边搅拌边加入到100mL水中，再将配制好的混合乳液加入其中，继续搅拌15min。将混合乳液转移至三口烧瓶中，油浴120℃高温搅拌，得到目的产物。
实施例4
称取160g白油加入到500mL的烧杯中，再加入16g Span-80和4g Tween-80，加热搅拌，制得油相。在搅拌状态下加入20g戊二醛和48g乙二醇混合，调节pH值至3，25℃加热反应6h，得到羟醛缩合产物。将68g缩合产物加入到180g油相中，继续搅拌10min，制得反相乳液248g。将1mL的0.4wt％聚丙烯酰胺溶液边搅拌边加入到100mL水中，再将配制好的混合乳液加入其中，继续搅拌15min。将混合乳液转移至三口烧瓶中，油浴120℃高温搅拌，得到目的产物。
实施例5
称取160g白油加入到500mL的烧杯中，再加入15g Span-80和5g Tween-80，加热搅拌，制得油相。在搅拌状态下加入20g戊二醛和48g乙二醇混合，调节pH值至3，25℃加热反应6h，得到羟醛缩合产物。将68g缩合产物加入到180g油相中，继续搅拌10min，制得反相乳液248g。将1mL的0.3wt％聚丙烯酰胺溶液边搅拌边加入到100mL水中，再将配制好的混合乳液加入其中，继续搅拌20min。将混合乳液转移至三口烧瓶中，油浴120℃高温搅拌，得到目的产物。
实施例6
称取160g白油加入到500mL的烧杯中，再加入15g Span-80和5g Tween-80，加热搅拌，制得油相。在搅拌状态下加入20g戊二醛和48g乙二醇混合，调节pH值至3，25℃加热反应5h，得到羟醛缩合产物。将68g缩合产物加入到180g油相中，继续搅拌10min，制得反相乳液248g。将1mL的0.4wt％聚丙烯酰胺溶液边搅拌边加入到100mL水中，再将配制好的混合乳液加入其中，继续搅拌15min。将混合乳液转移至三口烧瓶中，油浴120℃高温搅拌，得到目的产物。
实施例7
1)取160g白油加入到500mL的烧杯中，再加入16g Span-80和4g Tween-80，加热搅拌，制得油相。
2)在搅拌状态下加入20g戊二醛和48g乙二醇混合，调节pH值至3，25℃加热反应6h，得到羟醛缩合产物。
3)将68g缩合产物加入到180g油相中，继续搅拌15min，制得反相乳液248g。
4)将1mL的0.5wt％聚丙烯酰胺溶液边搅拌边加入到100mL水中，再将步骤3)中配制好的混合乳液加入其中，继续搅拌15min。
5)将混合乳液转移至三口烧瓶中，油浴120℃高温搅拌，得到目的产物。
表征与测试：
为了表征合成的压裂液的耐盐的性能，对实施例3中所合成的压裂液进行了不同氯化钠浓度下粘度的测试，结果如图2所示。
由图2可知，在氯化钠浓度为12g/L时，合成的压裂液的粘度仍然可以达到810mPa·s。这表明该压裂液具有良好的耐盐性能。
为了表征合成的压裂液的耐高温性能，对实施例3中所合成的压裂液进行了不同温度下粘度的测试，结果如图3所示。
由图3可知在温度为100℃下，合成的压裂液的粘度仍然可以达到195mPa·s。这表明该压裂液对较高温度具有良好的耐受性。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。