本發(fā)明涉及巖油的壓裂藥劑制備，具體是涉及一種用于夾層型頁(yè)巖油的壓裂藥劑及其制備工藝。
背景技術(shù)：
1、隨著傳統(tǒng)石油資源的逐漸減少，頁(yè)巖油的開(kāi)采成為滿足能源需求的關(guān)鍵途徑之一。頁(yè)巖油儲(chǔ)層具有低孔隙度、低滲透率以及復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造等特點(diǎn)，這使得頁(yè)巖油難以通過(guò)常規(guī)手段進(jìn)行開(kāi)采。壓裂技術(shù)是提高頁(yè)巖油采收率的核心技術(shù)。其基本原理是利用高壓將壓裂藥劑注入頁(yè)巖油儲(chǔ)層，使儲(chǔ)層巖石破裂形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而增加油流通道，提高滲透率。
2、目前，市場(chǎng)上存在多種壓裂藥劑，但它們?cè)趭A層型頁(yè)巖油開(kāi)采中的應(yīng)用存在一定的局限性。這些局限性包括對(duì)儲(chǔ)層的適應(yīng)性不足，現(xiàn)有壓裂藥劑難以適應(yīng)夾層型頁(yè)巖油儲(chǔ)層的特殊性質(zhì)，導(dǎo)致壓裂效果不佳。夾層型頁(yè)巖油儲(chǔ)層具有獨(dú)特的巖石礦物組成，例如高含量的黏土礦物等。黏土礦物遇水易膨脹，而很多現(xiàn)有的壓裂藥劑在注入過(guò)程中帶入大量水分，這就會(huì)引起儲(chǔ)層巖石的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，使得原本就低孔隙度、低滲透率的儲(chǔ)層孔隙喉道進(jìn)一步堵塞，阻礙了頁(yè)巖油的流動(dòng)通道，從而降低了壓裂效果。
3、同時(shí)，夾層型頁(yè)巖油儲(chǔ)層的壓力系統(tǒng)較為復(fù)雜，與常規(guī)頁(yè)巖油儲(chǔ)層有明顯差異?，F(xiàn)有的壓裂藥劑在壓力響應(yīng)方面不能很好地匹配這種復(fù)雜的壓力體系，可能在高壓下出現(xiàn)藥劑分解過(guò)快或者在低壓下不能有效發(fā)揮作用等情況，無(wú)法精準(zhǔn)地按照預(yù)期在儲(chǔ)層中形成有效的裂縫網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致頁(yè)巖油的采收率不能得到有效提高。
4、而且，現(xiàn)有的壓裂藥劑在處理夾層型頁(yè)巖油儲(chǔ)層時(shí)，對(duì)不同夾層結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性較差。夾層型頁(yè)巖油儲(chǔ)層往往具有多層結(jié)構(gòu)，各層之間的物理性質(zhì)和巖石力學(xué)性質(zhì)存在較大變化。現(xiàn)有的壓裂藥劑難以針對(duì)這種復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的壓裂作業(yè)，進(jìn)而影響了整體的開(kāi)采效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于夾層型頁(yè)巖油的壓裂藥劑及其制備工藝。
2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于夾層型頁(yè)巖油的壓裂藥劑及其制備工藝，溶劑為水，按質(zhì)量份數(shù)比計(jì)，壓裂藥劑的溶質(zhì)和懸浮顆粒包括20～25份的聚二甲基二烯丙基氯化銨、19～22份的pnipam、5～7份的納米二氧化硅、11～17份的增黏劑、11～17份的十二烷基苯磺酸鈉、6～6.5份的短切碳纖維、2～4份的過(guò)硫酸銨、2～2.5份的mb樹(shù)脂、1～1.6份鹽酸羥胺、5～5.5份的鼠李糖脂、3～4份的黃原膠以及4～6份的十二烷基硫酸鈉。
3、說(shuō)明：羥丙基瓜爾膠作為瓜爾膠的衍生物，具有優(yōu)異的增黏性能，在壓裂過(guò)程中，能夠顯著增加壓裂藥劑的黏度，有助于攜帶支撐劑順利到達(dá)裂縫部位，當(dāng)壓力釋放后，支撐劑可有效支撐裂縫，同時(shí)減少藥劑在儲(chǔ)層中的濾失；十二烷基苯磺酸鈉是一種表面活性劑，可有效降低不同夾層之間的界面張力，使藥劑能夠更好地滲透到各層結(jié)構(gòu)中；在壓裂作業(yè)完成后，過(guò)硫酸銨分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)壓裂藥劑中的聚合物等成分的降解，從而降低壓裂藥劑的黏度，使其能夠順利從儲(chǔ)層中返排出來(lái)，從而減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害。
4、進(jìn)一步地，一種用于夾層型頁(yè)巖油的壓裂藥劑的制備工藝，包括以下步驟：
5、s1、在反應(yīng)釜中依次加入質(zhì)量比為5：1～3的水和聚二甲基二烯丙基氯化銨，持續(xù)攪拌40～60min，攪拌速度為350～550r/min，得到防膨劑溶液；
6、s2、將pnipam溶解在有機(jī)溶劑中，得到質(zhì)量濃度為10～20％的pnipam溶液，在超聲條件下加入納米二氧化硅，所述超聲功率為150～350w，超聲時(shí)間為30～50min，使納米粒子均勻分散在聚合物溶液中，得到調(diào)節(jié)劑溶液；
7、s3、所述增黏劑的制備方法為：將羥丙基瓜爾膠加入到溫度為50～60℃的水中，羥丙基瓜爾膠的質(zhì)量占增黏劑總質(zhì)量的2～5％，攪拌均勻得到增黏劑；
8、s4、將十二烷基苯磺酸鈉溶解在水中，得到質(zhì)量濃度為5～10％的十二烷基苯磺酸鈉溶液，然后加入長(zhǎng)度為2～5mm的短切碳纖維，短切碳纖維的加入量為十二烷基苯磺酸鈉溶液質(zhì)量的1～5％，同時(shí)進(jìn)行攪拌，攪拌速度為200～400r/min，攪拌時(shí)間為45～65min，得到結(jié)構(gòu)適配劑溶液；將過(guò)硫酸銨溶解在水中，攪拌至完全溶解，得到質(zhì)量濃度為0.5～1.5％的過(guò)硫酸銨溶液；將鼠李糖脂和黃原膠按照配方比例混合，得到增效劑溶液；
9、s5、將稱取的鹽酸羥胺加入到乙醇中，鹽酸羥胺與乙醇的質(zhì)量比為1:3，邊加邊攪拌均勻，得到鹽酸羥胺溶液；按配方比將mb樹(shù)脂和十二烷基硫酸鈉加入到鹽酸羥胺溶液中攪拌10～30min，攪拌速度為500～1500r/min，得到預(yù)乳化液；在預(yù)乳化液中加入引發(fā)劑，在60～80℃的溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)2～6h，得到微球懸浮液；將微球懸浮液進(jìn)行離心、洗滌、干燥和篩分處理，得到復(fù)合微球；
10、s6、將所述s1～s5步驟中制備好的防膨劑溶液、調(diào)節(jié)劑溶液、增黏劑、結(jié)構(gòu)適配劑溶液、過(guò)硫酸銨溶液、增效劑溶液和復(fù)合微球混合，以200～300r/min的速度攪拌30～45min，確保各成分充分混合均勻，得到用于夾層型頁(yè)巖油的壓裂藥劑。
11、說(shuō)明：在防膨劑溶液制備中，特定比例的水和聚二甲基二烯丙基氯化銨經(jīng)適當(dāng)攪拌形成的防膨劑溶液，可有效防止黏土遇水膨脹，保障儲(chǔ)層孔隙暢通；通過(guò)超聲將納米二氧化硅均勻分散于pnipam溶液制得調(diào)節(jié)劑溶液，能依據(jù)儲(chǔ)層壓力自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提升采收率；羥丙基瓜爾膠制得的增黏劑有助于攜帶支撐劑到達(dá)裂縫部位并減少濾失；十二烷基苯磺酸鈉溶液與短切碳纖維制成的結(jié)構(gòu)適配劑溶液，可降低界面張力并形成橋接作用；過(guò)硫酸銨溶液用于后續(xù)破膠，鼠李糖脂和黃原膠混合的增效劑溶液能提高驅(qū)油效率和藥劑穩(wěn)定性；mb樹(shù)脂和鹽酸羥胺制成的復(fù)合微球可靶向作用；最后將各成分混合，能充分發(fā)揮協(xié)同作用，得到的壓裂藥劑適應(yīng)夾層型頁(yè)巖油開(kāi)采需求，提高開(kāi)采效果。
12、進(jìn)一步地，s2中所述有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺。
13、說(shuō)明：二甲基甲酰胺是一種高沸點(diǎn)的親水性非質(zhì)子性溶劑，能夠溶解多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，包括pnipam和納米二氧化硅等成分，有助于形成均勻的調(diào)節(jié)劑溶液。
14、進(jìn)一步地，s2中所述納米二氧化硅的粒徑為15～75nm。
15、說(shuō)明：較小的粒徑使其能夠深入到儲(chǔ)層的微小孔隙中，在不同壓力條件下，與其他藥劑成分協(xié)同作用時(shí)，能夠更精準(zhǔn)地對(duì)儲(chǔ)層特性做出響應(yīng)，具有較大的比表面積，能更好地與pnipam相互作用。
16、進(jìn)一步地，s3中所述攪拌速度為400～600r/min，攪拌時(shí)間為60～90min，直至羥丙基瓜爾膠完全溶解，得到增黏劑。
17、說(shuō)明：合適的攪拌速度和足夠的攪拌時(shí)間能夠確保羥丙基瓜爾膠充分且均勻地溶解在水中；足夠的攪拌速度有助于克服羥丙基瓜爾膠分子間的作用力，使分子能夠快速地在溶劑中擴(kuò)散，控制攪拌時(shí)間則保證了溶解過(guò)程的徹底性，這樣得到的增黏劑具有穩(wěn)定且可靠的增黏性能，在壓裂過(guò)程中，能夠更有效地增加壓裂藥劑的黏度，從而更好地?cái)y帶支撐劑順利到達(dá)裂縫部位，并且在壓力釋放后，支撐劑可有效地支撐裂縫，同時(shí)減少藥劑在儲(chǔ)層中的濾失，提高壓裂作業(yè)的整體效果。
18、進(jìn)一步地，s5中鹽酸羥胺溶液控制溫度為25～35℃，攪拌速度為100～200r/min，攪拌時(shí)間為20～40min。
19、說(shuō)明：在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，鹽酸羥胺在乙醇中的溶解過(guò)程較為穩(wěn)定，既不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)低導(dǎo)致溶解過(guò)慢，也不會(huì)由于溫度過(guò)高引發(fā)副反應(yīng)或者影響其化學(xué)活性；控制攪拌速度和攪拌時(shí)間，能夠使鹽酸羥胺充分且均勻地溶解在乙醇中，得到均一性較好的鹽酸羥胺溶液，這有助于后續(xù)與mb樹(shù)脂混合均勻，保證復(fù)合微球的制備質(zhì)量，使得復(fù)合微球在頁(yè)巖油開(kāi)采過(guò)程中，能夠更好地發(fā)揮其內(nèi)部活性物質(zhì)的作用。
20、進(jìn)一步地，s5中引發(fā)劑為偶氮二異丁腈，引發(fā)劑加入量為預(yù)乳化液質(zhì)量的0.1～1％。
21、說(shuō)明：使用偶氮二異丁腈能夠在適當(dāng)?shù)臏囟认路纸猱a(chǎn)生自由基，從而有效地引發(fā)聚合反應(yīng)；通過(guò)控制偶氮二異丁腈的加入量，可以精確地控制聚合反應(yīng)的速率和程度，從而獲得所需的聚合物性能。
22、進(jìn)一步地，s5中所述將微球懸浮液進(jìn)行離心、洗滌、干燥和篩分的處理的方法為：將微球懸浮液導(dǎo)入離心管中在3000～5000r/min的速度下離心處理4～8min，使微球沉淀在離心管底部，然后倒掉上層清液，加入水直至微球重新懸浮，重復(fù)離心處理操作，使微球沉淀在離心管底部，然后倒掉上層清液，重復(fù)加水離心洗滌3～7次，將洗滌后的微球放入真空干燥箱中，設(shè)定溫度為30～50℃，真空度為0.08～0.1mpa，干燥直至微球達(dá)到恒重，篩分得到粒徑在1～80μm的復(fù)合微球。
23、說(shuō)明：3000～5000r/min的離心速度和4～8min的離心時(shí)間能夠使微球有效地沉淀在離心管底部，實(shí)現(xiàn)微球與上層清液的初步分離，這一過(guò)程高效且能保證微球沉淀的相對(duì)完整性；倒掉上層清液后加水重新懸浮微球再離心洗滌多次，可以徹底去除微球表面的雜質(zhì)，提高微球的純凈度；合適的溫度和真空度既能保證微球中的水分被有效去除，又不會(huì)因過(guò)高的溫度或真空度對(duì)微球造成破壞；最后篩分得到合適粒徑的復(fù)合微球，能確保微球粒徑符合要求，從而在頁(yè)巖油開(kāi)采過(guò)程中，使復(fù)合微球能夠更好地適應(yīng)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)。
24、本發(fā)明的有益效果是：
25、本發(fā)明通過(guò)聚二甲基二烯丙基氯化銨這種有機(jī)陽(yáng)離子聚合物，利用靜電吸附作用附著在黏土礦物表面，形成一層保護(hù)膜，有效防止黏土礦物層遇水膨脹，從而維持儲(chǔ)層孔隙喉道的通暢，確保頁(yè)巖油能夠順利流動(dòng)；pnipam和納米二氧化硅組成的調(diào)節(jié)劑能夠根據(jù)夾層型頁(yè)巖油儲(chǔ)層復(fù)雜的壓力體系進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，在高壓下保持藥劑的穩(wěn)定性，避免分解過(guò)快；在低壓下可以在儲(chǔ)層中形成有效的裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高頁(yè)巖油的采收率；短切碳纖維具有高強(qiáng)度和良好的分散性，能夠在各層結(jié)構(gòu)中形成橋接作用，有助于形成貫穿多層結(jié)構(gòu)的有效裂縫，增強(qiáng)對(duì)夾層型頁(yè)巖油儲(chǔ)層多層結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性；
26、通過(guò)對(duì)頁(yè)巖油中的多環(huán)芳烴具有親和性的mb樹(shù)脂構(gòu)成復(fù)合微球的聚合物外殼，能夠在注入過(guò)程中捕捉儲(chǔ)層中的頁(yè)巖油成分，主動(dòng)流向儲(chǔ)層中的關(guān)鍵區(qū)域；以能夠溶解部分碳酸鹽礦物的鹽酸羥胺為復(fù)合微球的內(nèi)部活性物質(zhì)，當(dāng)復(fù)合微球到達(dá)目標(biāo)位置后，釋放內(nèi)部活性物質(zhì)，溶解部分巖石礦物以擴(kuò)大孔隙，更加提高藥劑對(duì)復(fù)雜儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)的作用效果；鼠李糖脂能夠顯著降低油水界面張力，提高驅(qū)油效率；黃原膠可增強(qiáng)藥劑的穩(wěn)定性，并且其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)有助于改善藥劑在儲(chǔ)層中的分布和作用效果。