一种生物质聚合物悬浮分散体系及其制备方法与应用与流程

本发明属于非常规油气田水力压裂领域，具体是一种生物质聚合物悬浮分散体系及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着经济发展对能源需求量的增加，常规油气资源已不足以满足当今发展的需求；因此，非常规油气资源的开发在某种程度上弥补了该缺口。然非常规油气储层超低渗、低孔隙的物性特征使其开发难度较大，大规模的“体积压裂”技术，成为了开发非常规油气的高效手段。

2、目前，现场为实现大规模体积压裂施工，常采用“一体化”连续混配技术，与传统提前配液置于储罐中不同，“一体化”压裂技术采用现场即配即用方式，由于粉剂压裂液稠化剂与助剂需要一定的时间水化，且容易在水相中集聚形成“鱼眼”，因此，“一体化”连续混配压裂液常采用乳液形式聚合物或将聚合物分散于油相中的悬浮分散体系来配制压裂。现场应用发现，乳液形式的聚合物体系有效聚合物成分含量较少，一般不超过30％；而以矿物油为分散介质制备的聚丙烯酰胺类聚合物悬浮分散体系，有效固含量可达40％以上，所配制的压裂液破胶后已形成残渣，且环境友好性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种生物质聚合物悬浮分散体系及其制备方法与应用，能够保留聚合物悬浮分散体系的优势，同时避免其配制压裂液造成的残渣伤害，并提高体系的环境友好性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种生物质聚合物悬浮分散体系，包括含有90wt％以上的生物质材料和含有不到10％的非生物质材料，所述生物质材料包括改性羧甲基纤维素钠粉剂、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乳酸、聚乙二醇二酯、脂肪酰胺丙基甜菜碱以及一元醇酯，所述非生物质材料包括聚丙烯酰胺类聚合物、过硫酸盐与氯化钾。

3、进一步的，所述改性羧甲基纤维素钠粉剂占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的25％～45％，取代度0.3～1.8之间，粒径为80～140目，所述改性羧甲基纤维素钠粉剂为磺酸钠改性羧甲基纤维素钠、羟丙基改性羧甲基纤维素钠、羟乙基羧甲基纤维素钠的其中一种；所述改性羧甲基纤维素钠主要作用为溶于水后水化增稠，且具有较强的抗盐能力。

4、进一步的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的5％～15％，所述脂肪醇聚氧乙烯醚为月桂酸聚氧乙烯醚、硬脂酸聚氧乙烯醚、棕榈酸聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚的其中一种或多种；所述脂肪醇聚氧乙烯醚主要作用是帮助聚合物粉剂在一元醇酯溶剂中分散，避免团聚，提高聚合物悬浮分散体系溶于水中的速度，同时发挥助排压裂液的作用。

5、进一步的，所述聚乳酸的分子量为5000～50000；所述聚乙二醇二酯为聚乙二醇二乙酯、聚乙二醇二丁酯、聚乙二醇二异丙酯、聚乙二醇二异辛酯的其中一种，其中聚乙二醇聚合度为200～2000；所述聚乳酸与所述聚乙二醇二酯的质量比为1～5:2～3，所述聚乳酸与所述聚乙二醇二酯的质量之和占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的3％～6％；所述聚乳酸、聚乙二醇二酯均为悬浮分散体系稳定剂，用于提高悬浮分散体系粘度，保证悬浮分散体系长期静置不分层。

6、进一步的，所述脂肪酰胺丙基甜菜碱占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的5％～10％，所述脂肪酰胺丙基甜菜碱为月桂酰胺丙基甜菜碱、棕榈酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱、豆蔻酰胺丙基甜菜碱的其中一种；所述脂肪酰胺丙基甜菜碱能发挥转相作用，加速悬浮分散体系中的聚合物与水接触的过程。

7、进一步的，所述一元醇酯为月桂酸异辛酯、豆蔻酸异辛酯、棕榈酸异辛酯、硬脂酸异辛酯、月桂酸异丙酯、豆蔻酸异丙酯的一种或多种，其粘度要求在4.5～6.6m2/s，表面张力范围为24～31mn/m，密度为0.8～0.92g/cm3；所述一元醇酯是悬浮分散体系的分散介质。

8、进一步的，所述聚丙烯酰胺类聚合物的分子量为1000万～1500万，粒径为100～140目，所述聚丙烯酰胺类聚合物占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的1％～5％；所述聚丙烯酰胺类聚合物主要作用为减阻剂，其对矿化水的减阻率应在80％以上。

9、进一步的，所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾的其中一种，所述过硫酸盐占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的0.5％～2％；所述过硫酸盐为破胶剂，在地层高温条件下将高分子聚合物长链结构破坏；所述氯化钾为防膨剂，且其占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的2％～5％。

10、另一方面，本发明还提供了一种生物质聚合物悬浮分散体系的制备方法，制备上述的所述生物质聚合物悬浮分散体系，所述方法包括：先将一元醇酯加热至40～60℃，高速搅拌，按比例先后加入脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乳酸、聚乙二醇二酯、脂肪酰胺丙基甜菜碱，至完全溶解，保持搅拌速度在800r/min以上，按比例先后加入改性羧甲基纤维素钠粉末、聚丙烯酰胺类聚合物、过硫酸盐和氯化钾，搅拌持续30min～90min，得到聚合物分散体系。

11、本发明还提供了一种生物质聚合物悬浮分散体系在变粘压裂液中的应用方法，所述方法包括：配制压裂液的水矿化度范围为10×104mg/l，泵注排量为1～20m3/h，在井口根据排量控制聚合物分散体系的滴加速率，使聚合物分散体系在水中的加入量为0.02wt％～0.5wt％，其中0.02wt％～0.06wt％为低粘体系、0.06wt％～0.3wt％为中粘体系、0.1wt％～0.5wt％为高粘体系。

12、本发明的有益效果是：

13、1.本发明的生物质聚合物悬浮分散体系，以生物质一元醇酯为悬浮分散剂，以聚乳酸、聚乙二醇二酯为稳定剂，以脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酰胺甜菜碱为助剂，将改性羧甲基纤维素钠粉剂与聚丙烯酰胺类粉剂悬浮分散在一元醇酯中，制备出生物质悬浮分散体系。其中，各类生物质助剂具有低残渣、低伤害、零污染、耐矿化的特点，其可使用10×104mg/l矿化度地层水直接配液，压裂液高温残渣低于5mg/l，破胶液致密岩心伤害率低于5％，减阻率最高可达81％，该技术即满足了超低渗致密油气、页岩气开发对高排量、低伤害、一体化连续配液的需求，又符合环境保护政策提倡的利用可再生绿色材料进行生产加工，本发明高温高压环境下残渣率极低，对低渗储层伤害极微。

14、2.本发明能够保留聚合物悬浮分散体系的优势，同时避免其配制压裂液造成的残渣伤害，并提高体系的环境友好性，具有优异的性能、超低伤害性以及极佳的环境友好性。

15、3.本发明耐盐型极佳，可直接使用0～10×104mg/l地层水直接混配变粘压裂液，摆脱对淡水资源的依赖。

16、4.本发明减阻率高，其改性纤维素钠充分溶解后，高粘体系在160℃、170s-1剪切速率下，剪切2h后，表观粘度维持在50mpa·s以上，即高温环境下依然具备良好的携砂性能。

1.一种生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，包括含有90wt％以上的生物质材料和含有不到10％的非生物质材料，所述生物质材料包括改性羧甲基纤维素钠粉剂、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乳酸、聚乙二醇二酯、脂肪酰胺丙基甜菜碱以及一元醇酯，所述非生物质材料包括聚丙烯酰胺类聚合物、过硫酸盐与氯化钾。

2.根据权利要求1所述的一种生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，所述改性羧甲基纤维素钠粉剂占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的25％～45％，取代度0.3～1.8之间，粒径为80～140目，所述改性羧甲基纤维素钠粉剂为磺酸钠改性羧甲基纤维素钠、羟丙基改性羧甲基纤维素钠、羟乙基羧甲基纤维素钠的其中一种。

3.根据权利要求1所述的一种生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的5％～15％，所述脂肪醇聚氧乙烯醚为月桂酸聚氧乙烯醚、硬脂酸聚氧乙烯醚、棕榈酸聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚的其中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，所述聚乳酸的分子量为5000～50000；所述聚乙二醇二酯为聚乙二醇二乙酯、聚乙二醇二丁酯、聚乙二醇二异丙酯、聚乙二醇二异辛酯的其中一种，其中聚乙二醇聚合度为200～2000；所述聚乳酸与所述聚乙二醇二酯的质量比为1～5:2～3，所述聚乳酸与所述聚乙二醇二酯的质量之和占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的3％～6％。

5.根据权利要求1所述的一种生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，所述脂肪酰胺丙基甜菜碱占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的5％～10％，所述脂肪酰胺丙基甜菜碱为月桂酰胺丙基甜菜碱、棕榈酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱、豆蔻酰胺丙基甜菜碱的其中一种。

6.根据权利要求1所述的一种生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，所述一元醇酯为月桂酸异辛酯、豆蔻酸异辛酯、棕榈酸异辛酯、硬脂酸异辛酯、月桂酸异丙酯、豆蔻酸异丙酯的一种或多种，其粘度要求在4.5～6.6m2/s，表面张力范围为24～31mn/m，密度为0.8～0.92g/cm3。

7.根据权利要求1所述的一种生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，所述聚丙烯酰胺类聚合物的分子量为1000万～1500万，粒径为100～140目，所述聚丙烯酰胺类聚合物占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的1％～5％。

8.根据权利要求1所述的一种生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾的其中一种，所述过硫酸盐占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的0.5％～2％；所述氯化钾占所述生物质聚合物悬浮分散体系总量的2％～5％。

9.一种生物质聚合物悬浮分散体系的制备方法，制备如权利要求1-8任意一项的所述生物质聚合物悬浮分散体系，其特征在于，所述方法包括：先将一元醇酯加热至40～60℃，高速搅拌，按比例先后加入脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乳酸、聚乙二醇二酯、脂肪酰胺丙基甜菜碱，至完全溶解，保持搅拌速度在800r/min以上，按比例先后加入改性羧甲基纤维素钠粉末、聚丙烯酰胺类聚合物、过硫酸盐和氯化钾，搅拌持续30min～90min，得到聚合物分散体系。

10.一种生物质聚合物悬浮分散体系在变粘压裂液中的应用方法，其特征在于，所述方法包括：配制压裂液的水矿化度范围为10×104mg/l，泵注排量为1～20m3/h，在井口根据排量控制聚合物分散体系的滴加速率，使聚合物分散体系在水中的加入量为0.02wt％～0.5wt％，其中0.02wt％～0.06wt％为低粘体系、0.06wt％～0.3wt％为中粘体系、0.1wt％～0.5wt％为高粘体系。