一体化滑溜水压裂液体系/反相乳液

一、产品介绍

团队通过分子结构设计，采用特殊的聚合工艺，研发乳液型粘弹性聚合物减阻剂，通过引入特殊的功能单体，提高聚合物分子内/分子间作用力，提升溶液结构粘度，增加储能模量，实现低粘悬砂，最终构建一体化滑溜水压裂液体系。该体系粘度较高，可直接降低聚合物乳液加量，节约成本。通过调控加量，即可满足减阻与高携砂压裂液性能需求，降低施工难度，实现高效、自动化压裂。

二、质量指标

三、一体化滑溜水压裂液体系/反相乳液生产工艺

1、水相配料：

1.1 将计量好的纯水通过管道输送到配料罐中。

1.2 将AA投入配料釜中。

1.3 开启搅拌，滴加氨水，氨水滴加过程全程控制温度小于20℃。

1.4 pH调好以后，投入30%浓度丙烯酰胺液体。

1.5 投入功能性单体及辅料。

1.6 待所有物料完全溶解之后，关闭搅拌。

2、油相配料

2.1 聚合油配制

2.1.1 在反应釜内投入聚合油。

2.1.2 开启反应釜搅拌器，40-50RPM（大约35Hz）。

2.1.3 控制温度在15-20℃之间，投入1#  2#  3#，搅拌30min。

3、均质

水相釜配好的液体打入油相釜中，搅拌10min，开启均质机，打均质40分钟后测粘度，要求达到400-600mpas，如未达标准，持续打每间隔5min复测一次，若粘度相差较大可每隔10min复测一次。

4、通氮气

开启通向该釜的氮气主线阀门（2个DN15全开），将2个底部氮气阀门开至3/4，流量控制在20m³/h，中控人员记录开始时间。吹氮1.5小时后，测物料溶解氧含量（目标值：≤2mg/L,）；未达目标范围可继续吹15--20分钟后再测。

5、引发聚合

5.1 由班长领取4#物料，指导现场人员配置0.5%浓度的引发剂溶液20kg（用100g4#加19.9kg纯水）。

5.2 提前30分钟将冷媒水温度降至 ≤-7℃，并维持此温度；同时标定计量泵流量。

5.3 具备引发条件后，开启乳液车间冷媒循环泵，同时将底部两个氮气阀开至1/4，将反应釜搅拌转速调至50-60rpm（45Hz）。

5.4 现场人员连接好引发剂管线后，中控人员选择对应的计量泵并单击；根据标定结果选取合适的频率（要求70ml/分）输入操作画面。

5.5 滴加过程中，物料反应升温速度达到0.15-0.2℃/min后（用时约5-15分），视为引发结束、进入反应阶段反应开始阶段。

6、控温

6.1 物料反应升温速度达到0.15-0.2℃/min后，视为反应开始，进入反应控温阶段。

6.2 调节盘管冷媒水开度控制升温速度在0.15-0.2℃/min之间。尽可能保持温度平稳上升，初始升温速度不可超过0.3℃/min，停止滴加引发剂后，若升温太慢可适当滴加引发剂。

6.3 正常反应升温30分钟后将反应釜底部2个氮气孔关闭，底部开启1个氮气孔（开度1/4）冲氮气，开启顶部氮气孔（开度1/4以放空阀有气体冒出即可）。

6.4 打开盘管冷媒水调节阀（开度约10-100%），平稳升温，降低升温速率，4.5小时控温≤28℃；10小时匀速升温到45℃左右，当增大引发剂流速（大约300mL/min）后15min后仍然不升温，或升温趋于平缓（≤0.1℃/min）,配置好的2%浓度的14#溶液（20公斤）分3次缓慢加入反应釜中温度也无明显升高，则视为反应结束，关冷媒保温2小时。

一体化滑溜水压裂液体系/反相乳液聚合工艺图

四、流变实验

分别配制0.4%和0.8%的乳液，设置剪切速率170s ^-1，测试溶液耐温耐剪切性能，流变仪程序设定分3步：①起始温度为室温；②以3℃/min的升温速率从30℃升温至90℃；③在90℃下剪切直至实验结束。

从耐温耐剪切流变曲线可以看出，随剪切时间的延长，体系温度逐渐上升，粘度随之有所下降；当温度达到90℃后，粘度趋于稳定，保持温度不变，继续剪切，粘度可长时间保持不变，呈现出很强的耐温能力。

这是因为一方面随着温度上升，聚合物分子结构中的疏水长链随着温度的升高，分子中的大分子链热运动加剧，宏观表现为溶液表观黏度随着温度升高而降低；另一方面，温度的升高可促使聚合物分子链间的缔合作用增强，宏观表现为溶液表观黏度增加。

图中可以看出，在90℃、170 s^-1的条件下连续剪切90 min后，0.8%浓度的溶液粘度仍能保持在50mPa·s以上，表明聚合物具有优异的耐温耐剪切性能，可以满足储层温度在90℃的地层压裂施工，能较好地满足压裂施工需求。

0.4%浓度耐温耐剪切曲线

0.8%浓度耐温耐剪切曲线

五、一体化滑溜水压裂液体系/反相乳液创新点

常规聚丙烯酰胺乳液分子量较高，分子量在3000万左右，线性较强，粘度较高，导致砂粒分散性差，易团聚沉降，且高浓度下乳液表观粘度大，泵送阻力大。团队过引入特殊的功能单体，提高聚合物分子内/分子间作用力，提升溶液结构粘度，增加储能模量；降低聚合物分子量，控制分子量在1000万左右，实现砂粒更易均匀分散，实现低粘悬砂。