一种高矿化水质清洁压裂液的制作方法

本发明涉及一种油田压裂施工用清洁压裂液，尤其是一种人工合成聚合物类抗富钙镁高矿化度水质清洁压裂液。

背景技术：

水力压裂技术是实现低渗透油气井增产的主要措施，压裂液是决定压裂增产措施成败的关键环节之一，经过几十年的发展，已经形成多种压裂液体系。目前国内外压裂改造主要以瓜尔胶为稠化剂的水基压裂液体系为主，其存在以下几个方面的不足：

1、压裂液体系破胶残渣含量高，一般在500～800mg/l以上；

2、压裂液一般需要添加更多的添加剂，在一定程度上会对地层造成伤害；

3、当配液用水中含有浓度高于正常值数倍的ca2+、mg2+等金属离子时，其能与瓜尔胶高分子基团作用，导致瓜尔胶不能在水中发生充分溶胀或溶解，并出现分层和沉淀物。

上述因素较大地影响了压裂改造效果，对地层的伤害也比较大，特别是当配液用水矿化度较高时，会严重影响压裂液性能，从而影响压裂液的携砂性能，进而造成压裂成功率降低。

技术实现要素：

本发明涉及一种人工合成聚合物类富钙镁高矿化度水质压裂液体系制备方法，以解决胍胶压裂液在高矿化度水中溶解、溶胀速度慢，流变性能差，水不溶物含量高、残渣高，添加剂使用种类多的缺点，以下是具体技术方案：

本发明通过在聚合物中引入特种抗钙镁离子基团，抵消钙镁离子对聚合物分子链的不良影响，使聚合物分子链在水溶液中仍处于伸展状态，而非蜷缩状态，保持高粘度，通过在聚合物中增加亲水基团，提高聚合物的水溶性，减少水不溶物和残渣含量，以解决胍胶压裂液残渣对底层造成的二次伤害，在亲水基团和多种离子基团的共同作用下，聚合物可在水中快速溶解起粘，实现在线配，按重量份聚合物包括以下组分：稠化剂0.45-0.65％、助排剂0.30-1.00％、粘土稳定剂0.20-1.00％、交联剂0.30-0.60％、破胶剂0.01-0.03％和富钙镁高矿化度水。

其中，稠化剂为一种抗钙镁人工合成聚合物，具体为一种通过丙烯酰胺、丙烯酸钠和一种高效疏水单体共聚的途径得到一种疏水缔合聚合物，其结构式为：

进一步的，助排剂为氟碳表面活性剂、甜菜碱表面活性剂、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或两种混合物。

进一步的，粘土稳定剂为一种新型无卤素小阳离子高效粘土稳定剂。

交联剂为表面活性剂。

进一步的，破胶剂为过硫酸铵、过流酸钠、过硫酸钾、双氧水中的一种或多种。

其中，疏水单体为甲基丙烯酰氧乙基二甲基十八烷基溴化铵，具体结构式如下：

进一步的，疏水缔合聚合物通过采用过硫酸铵/亚硫酸氢钠氧化-还原引发体系，利用水溶液聚合反应合成而成，具体包括以下步骤：

(1)称取丙烯酰胺，通过蒸馏水溶解并进行机械搅拌，将水浴锅升温至反应温度；

(2)将蒸馏水与丙烯酸混合，并在零度以下的水浴冷却下加入naoh溶液，将丙烯酸中和至ph值为5～6，转移至反应器中；

(3)向反应器中通入n2，在烧杯中称取一定质量疏水单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基十八烷基溴化铵，用蒸馏水溶解，待反应器中空气排尽后，将n2导管拔至液面以上，再加入疏水单体；

(4)称取一定质量的过硫酸铵和亚硫酸氢钠，用适量蒸馏水溶解，然后依次加入到反应器中；

(5)加料完毕后，再通n2，待聚合物出现爬竿后，停止搅拌，在此聚合温度下反应一定时间；

(6)反应完毕后取出胶块，粉碎造粒，将胶粒置于50℃真空烘箱中干燥4～6小时，取出用粉碎机粉碎，得到聚合物。

其中，疏水单体的制备具体包括以下步骤:

(1)称取m1g溴代十八烷，置于带有恒压漏斗、电动搅拌、温度计的250ml三口瓶中；

(2)放入恒温水浴中，温度设定成30℃～35℃，开启电动搅拌；

(3)称取m2g甲基丙烯酸-n,n-二甲胺基乙酯，加入35～40ml丙酮使其溶解，然后将其置入到恒压漏斗中，控制滴加速率，使其在1h内滴完；

(4)加完料后后，把水浴锅升温至40℃～43℃反应20～26h；

(5)反应完成后，将其置入布氏漏斗开始抽滤，再用丙酮反复冲洗3次；

(6)于真空干燥箱中设置温度为50℃干燥6h，得到白色粉末状产品,下面是反应方程式：

有益效果：本发明具有以下的优点：1、稠化剂超快速溶，在5～10min可完全溶胀，适用于在线连续配液施工工艺；2、该体系添加剂少,可大大减轻施工强度，缩短施工时间；3、该体系破胶彻底，无残渣，减少对地层的伤害；4、该体系可适用于ca2+、mg2+含量高3800mg/l，矿化度为20000mg/l的配液用水，且稠化剂的加量可根据水质矿化度的不同做相应的调整。

附图说明

图1为本发明聚合物红外谱图；

图2为本发明疏水单体红外谱图；

图3为本发明疏水单体核磁谱图。

具体实施方式

实施例1

疏水单体的合成：

(1)称取m1g溴代十八烷，置于带有恒压漏斗、电动搅拌、温度计的250ml三口瓶中；

(2)放入恒温水浴中，温度设定成30℃，开启电动搅拌；

(3)称取m2g甲基丙烯酸-n,n-二甲胺基乙酯，加入35ml丙酮使其溶解，然后将其置入到恒压漏斗中，控制滴加速率，使其在1h内滴完；

(4)加完料后后，把水浴锅升温至40℃反应20h；

(5)反应完成后，将其置入布氏漏斗开始抽滤，再用丙酮反复冲洗3次；

(6)于真空干燥箱中设置温度为50℃干燥6h，得到白色粉末状产品。

疏水聚合物的合成：

(1)在烧杯中称取一定质量的丙烯酰胺，用适量蒸馏水溶解，转移至四口聚合反应器中，然后用少量蒸馏水洗涤烧杯多次，将残余丙烯酰胺转移至反应器中，开动机械搅拌，将水浴锅升温至反应温度；

(2)将一定量蒸馏水加入到50ml小烧杯中，然后在此烧杯中称取一定质量的丙烯酸，在零度以下的水浴冷却下加入一定量的naoh溶液，将丙烯酸中和至ph值为5～6，转移至反应器中；

(3)向反应器中通入n2，在烧杯中称取一定质量疏水单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基十八烷基溴化铵，用蒸馏水溶解，待反应器中空气排尽后，将n2导管拔至液面以上(防止液体鼓泡)，加入疏水单体；

(4)称取一定质量的过硫酸铵和亚硫酸氢钠，用适量蒸馏水溶解，然后依次加入到反应器中；

(5)加料完毕后，再通一段时间n2，待聚合物出现爬竿后，停止搅拌，在此聚合温度下反应一定时间；

(6)反应完毕后取出胶块，粉碎造粒，将胶粒置于50℃真空烘箱中干燥4～6小时，取出用粉碎机粉碎，得到聚合物样品。

压裂液的合成及使用：

在30m³容器中加入29550kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，150kg助排剂、150kg粘土稳定剂，然后加入150kg稠化剂，继续循环或搅拌2分钟，使液体混合充分，形成溶液a1。

压裂施工时，在泵注溶液a1的同时，将交联剂与溶液a1按照a1:交联剂＝100公升:0.5公升的体积比进行混合形成压裂液。

以上压裂液推荐在配液用水ca2+、mg2+含量在100mg/l以内，井温为80～100℃的气井进行使用。

实施例2

压裂液的合成及使用：

在30m³容器中加入29535kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，150kg助排剂、150kg粘土稳定剂，然后加入165kg稠化剂，继续循环或搅拌2分钟，使液体混合充分，形成溶液a2。

压裂施工时，在泵注溶液a2的同时，将交联剂与溶液a2按照a2:交联剂＝100公升:0.5公升的体积比进行混合形成压裂液。

以上压裂液推荐在配液用水ca2+、mg2+含量在500mg/l左右，井温为80～100℃的气井进行使用。

实施例3

压裂液的合成及使用：

在30m³容器中加入29520kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，150kg助排剂、150kg粘土稳定剂，然后加入180kg稠化剂，继续循环或搅拌2分钟，使液体混合充分，形成溶液a3。

压裂施工时，在泵注溶液a3的同时，将交联剂与溶液a3按照a3:交联剂＝100公升:0.5公升的体积比进行混合形成压裂液。

以上压裂液推荐在配液用水ca2+、mg2+含量在1000～1500mg/l左右，井温为80～100℃的气井进行使用。

实施例4：

压裂液的合成及使用：

在30m³容器中加入29505kg水，在用泵循环或搅拌器搅拌的情况下，150kg助排剂、150kg粘土稳定剂，然后加入195kg稠化剂，继续循环或搅拌2分钟，使液体混合充分，形成溶液a4。

压裂施工时，在泵注溶液a4的同时，将交联剂与溶液a4按照a4:交联剂＝100公升:0.5公升的体积比进行混合形成压裂液。

以上压裂液推荐在配液用水ca2+、mg2+含量在3000～4000mg/l左右，井温为80～100℃的气井进行使用。

本发明提供的压裂液对钙镁离子有较强的抵抗能力，同时溶解溶胀速度快，可使用富钙镁高矿化度水在线连续配制，作业效率高；人工合成聚合物无水不溶物、无残渣，对地层伤害低；添加剂种类少，配液简单方便。