本發(fā)明涉及一種同時具有減阻和攜砂性能的“二合一”水力壓裂用液體體系，屬油氣田工程化學(xué)劑應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國頁巖氣事業(yè)的大規(guī)模開展，與之匹配的水力壓裂技術(shù)也處于廣泛的研究之中。在壓裂施工中，往往要求壓裂液必須同時具備優(yōu)異的攜砂和減阻性能。因為只有這樣，壓裂液才可高效快速的實現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)送并以較大的動能攜砂，實現(xiàn)儲層壓裂、提高滲透率。然而，現(xiàn)實情況是：為了有效壓裂，壓裂液必須保持很低的粘度，以確保壓裂液大幅減阻，進(jìn)而以較高動能到達(dá)地層深處進(jìn)行壓裂；另一方面，壓裂液又要攜砂以支撐壓裂后的開口。而攜砂往往要通過提高壓裂液體系粘度來實現(xiàn)。但不幸的是，粘度的提高卻會造成減阻性能大幅下降（例如從70%降到只有30%）。這樣就導(dǎo)致了減阻和攜砂性能同時提高的矛盾性：也即減阻時要采用低粘度的壓裂液；攜砂時要采用高粘度的壓裂液。也就是說減阻性能好，攜砂性能就不好；攜砂性能好，減阻性能就不好。綜上所述，研發(fā)出一種同時具備攜砂和減阻性能都好的水力壓裂用液體體系具有極其重要的理論和現(xiàn)實意義，必將對國內(nèi)外在頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域造成深遠(yuǎn)的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有水力壓裂用液體體系的不足，提供一種通過合成的“水包水”減阻劑無機(jī)鹽分散體系A(chǔ)，與具有剪切變稀特性的大分子提粘劑無機(jī)鹽分散體系B復(fù)配生成的同時具有減阻和攜砂性能的“二合一”水力壓裂用液體體系。該水力壓裂用液體體系在靜態(tài)條件下，提粘劑有效攜砂；在動態(tài)湍流的條件下，由于提粘劑聚合物具有剪切變稀的特性，水力壓裂用液體體系粘度大幅降低，并對體系的可泵性和減阻性能幾乎沒有負(fù)面影響。

本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的：

一種同時具有減阻和攜砂性能的“二合一”水力壓裂用液體體系，其特征在于，首先合成“水包水”的水溶性大分子膠體顆粒分散于無機(jī)鹽水溶液的減阻劑A，然后在減阻劑A中加入分散于無機(jī)鹽水溶液中具有剪切變稀性質(zhì)的提粘劑分散體系B；所述的減阻劑A和提粘劑分散體系B的重量百分比為20-80∶80-20；

所述的減阻劑A按照以下步驟合成：

它由水溶性單體A1、水溶性分散劑A2、水溶性自由基引發(fā)劑A3、無機(jī)鹽A4和水A5在機(jī)械攪拌的條件下首先生成均相體系，該均相體系在升溫的條件下，通過引發(fā)分散聚合獲得“水包水”的水溶性大分子膠體顆粒分散于無機(jī)鹽水溶液的減阻劑A；

上述各組分占減阻劑A的總重量百分比為：

水溶性單體A1：5.0-20.0%；

水溶性分散劑A2：0.1-5.0%；

水溶性自由基引發(fā)劑A3：0.000001-0.100%；

無機(jī)鹽A4： 15.0-40.0%；

水A5： 余量；

所述的具有剪切變稀特性的提粘劑分散體系B由剪切變稀的聚合物B1、無機(jī)鹽B2和水B3組成；

上述各組分占具有剪切變稀特性的提粘劑分散體系B的總重量百分比為：

剪切變稀的聚合物B1： 0.1-30.0%;

無機(jī)鹽B2： 10.0-50.0%;

水B3： 余量。

所述的水溶性單體A1為丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、乙氧基化-2-羥乙基丙烯酸酯、乙氧基化-2-羥乙基甲基丙烯酸酯、羥甲基苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰 基二甲氨基乙酯氯甲烷鹽、丙烯?；装被阴ヂ燃淄辂}、丙烯酰胺基丙基三甲 基氯化銨、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、丙烯酸、丙烯酸鈉、丙烯酸鉀、甲基丙烯 酸、甲基丙烯酸鈉、甲基丙烯酸鉀、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鈉、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鉀中的一種或兩種以上的任意比 例的混合物。所述的水溶性分散劑A2為聚[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基] 三甲基氯化銨、聚[2-（丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化銨、聚乙烯基芐基三甲基氯化銨、聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚甲基丙烯酸鈉、聚甲基丙烯酸鉀、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚2-羥乙基丙烯酸酯、聚2-羥乙基甲基丙烯酸甲酯、聚2-羥丙基丙烯酸酯、聚2-羥丙基甲基丙烯酸酯、聚乙氧基化-2-羥乙基丙烯酸酯、聚乙氧基化-2-羥乙基甲基丙烯酸酯、聚羥甲基苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、部分水解的聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酰基二甲胺基乙酯氯甲烷鹽、聚丙稀酰基二甲胺基乙酯氯甲烷鹽、聚丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨、聚甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨、聚丙烯酰乙基三甲基芐基氯化銨、聚甲基丙烯酰乙基三甲基芐基氯化銨、聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鹽中的一種或二種以上的任意比例的混合物。

所述的水溶性分散劑A2為包含聚[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化銨、聚[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化銨、聚乙烯基芐基三甲基氯化銨、聚二甲基二烯丙基氯化銨、水解聚丙烯酰胺、水解聚醋酸乙烯酯的水溶性分散劑的一種或兩種以上任意比例的混合物。

所述的水溶性自由基引發(fā)劑A3為包含過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過氧化氫、2,2'-偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽、2,2'-偶氮[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二鹽酸鹽、4,4'-偶氮雙(4-氰基戊酸)、偶氮二異丙基咪唑啉的水溶性自由基引發(fā)劑的一種或兩種以上任意比例的混合物。

所述的無機(jī)鹽A4為氯化鈉、氯化銨、碳酸氫銨、碳酸銨、硫酸銨、氯化鉀、硫酸鈉、三溴化鋁、三氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、硫酸鋁鉀、鉻酸銨、氯酸銨、硝酸銨、氨基磺酸銨、硫化銨、亞硫酸銨、高氯酸銨、硝酸鋇、鋇草酸、氯化銫、銫鉻酸鹽、氯化鈣、鉻酸鈣、氫氧化鈣、草酸鈣、高氯酸鈣水合物、硝酸銅、硫酸銅、氯化亞鐵、氯化鐵、溴化鋰、碳酸鋰、氯化鋰、鋰次氯酸鹽、鋰氯酸鹽、高氯酸鋰、氫氧化鋰、碘化鋰、硝酸鋰、硫化鋰、鋰亞硫酸鹽、硫酸鋰、氯化鎂、高氯酸鎂、硫酸鎂、二氯化錳、三氯化錳、溴化鉀、碳酸氫鉀、亞硫酸氫鉀、碳酸鉀、氯酸鉀、氫氧化鉀、碘化鉀、硝 酸鉀、碘酸鉀、高錳酸鉀、硫酸鉀、亞硫酸鉀、硫化鉀、溴化銣、氯化銣、 氫氧化銣、碘化銣、硝酸銣、硝酸銀、碳酸氫鈉、亞硫酸氫鈉、硼酸鈉、硼 氫化鈉、溴化鈉、溴酸鈉、碳酸鈉、氯酸鈉、亞氯酸鈉、亞硫酸鈉、硫氫化鈉、次氯酸鈉、次磷酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉、高氯酸鈉、高碘酸鈉、高錳 酸鈉、硫化鈉、碳酸鍶、氯化鍶、硝酸鍶、鈦酸鍶、氯化亞錫、氯化錫、氯化釩、溴化鋅、碳酸鋅、氯化鋅、碘化鋅、硫酸鋅、硫化鋅中的一種或二種以上的任意比例的混合物。

所述的剪切變稀的聚合物B1為包含黃原膠、瓜爾膠及其衍生物的具有剪切變稀特性的親水聚合物中的一種或二種以上的任意比例的混合物。

所述的無機(jī)鹽B2為氯化鈉、氯化銨、碳酸氫銨、碳酸銨、硫酸銨、氯化鉀、硫酸鈉、三溴化鋁、三氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、硫酸鋁鉀、鉻酸銨、氯酸銨、硝酸銨、氨基磺酸銨、硫化銨、亞硫酸銨、高氯酸銨、硝酸鋇、鋇草酸、氯化銫、銫鉻酸鹽、氯化鈣、鉻酸鈣、氫氧化鈣、草酸鈣、高氯酸鈣水合物、硝酸銅、硫酸銅、氯化亞鐵、氯化鐵、溴化鋰、碳酸鋰、氯化鋰、鋰次氯酸鹽、鋰氯酸鹽、高氯酸鋰、氫氧化鋰、碘化鋰、硝酸鋰、硫化鋰、鋰亞硫酸鹽、硫酸鋰、氯化鎂、高氯酸鎂、硫酸鎂、二氯化錳、三氯化錳、溴化鉀、碳酸氫鉀、亞硫酸氫鉀、碳酸鉀、氯酸鉀、氫氧化鉀、碘化鉀、硝 酸鉀、碘酸鉀、高錳酸鉀、硫酸鉀、亞硫酸鉀、硫化鉀、溴化銣、氯化銣、 氫氧化銣、碘化銣、硝酸銣、硝酸銀、碳酸氫鈉、亞硫酸氫鈉、硼酸鈉、硼 氫化鈉、溴化鈉、溴酸鈉、碳酸鈉、氯酸鈉、亞氯酸鈉、亞硫酸鈉、硫氫化鈉、次氯酸鈉、次磷酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉、高氯酸鈉、高碘酸鈉、高錳 酸鈉、硫化鈉、碳酸鍶、氯化鍶、硝酸鍶、鈦酸鍶、氯化亞錫、氯化錫、氯化釩、溴化鋅、碳酸鋅、氯化鋅、碘化鋅、硫酸鋅、硫化鋅中的一種或二種以上的任意比例的混合物。

以上所述的減阻劑分散體系A(chǔ)中的減阻劑大分子完全由水溶性單體聚合生成。

另外，減阻劑分散體系A(chǔ)中減阻劑大分子可以是分子骨架上帶有疏水單體單元或含氟單體單元的經(jīng)過疏水或者含氟改性的水溶性減阻劑大分子。在以上所述的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上（原有組分不變），可在減阻劑分散體系A(chǔ)生產(chǎn)的過程中引入互溶劑A6和疏水單體A7，或者引入互溶劑A6和含氟單體A8；這樣生成的聚合物減阻劑分子骨架上可以帶有疏水單體單元或含氟單體單元；通過疏水或含氟改性的減阻劑大分子可以降低分子間以及分子與儲層間摩擦系數(shù),進(jìn)而降低其對于儲層滲透率的傷害。

所述的互溶劑A6為包含乙二醇單丁醚、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜的醇、醛、酮、醚及其衍生物中的一種或兩種以上的互溶劑的任意比例的混合物；

所述的疏水單體A7為包含丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙 烯 酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯的疏水單體中的一種或兩種以上的任意比例的混合物；

所述的含氟單體A8為包含五氟苯基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟異丙基丙烯酸酯、1H,1H,3H-六氟丁基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、全氟癸基丙烯酸酯的含氟單體中的一種或兩種以上的任意比例的混合物。

所述的減阻劑體系A(chǔ)中也可以引入具有助排功能的降低表界面張力的水溶性氟碳表面活性劑A9和具有粘土穩(wěn)定功能的水溶性含有季銨離子的小分子或大分子粘土穩(wěn)定劑A10；水溶性氟碳表面活性劑A9和水溶性粘土穩(wěn)定劑A10可以在減阻劑體系A(chǔ)的聚合過程中加入體系，也可以在聚合完成后加入體系，或者是將水溶性氟碳表面活性劑A9和水溶性粘土穩(wěn)定劑A10先溶解到提粘劑分散體系B中，然后再加入到減阻劑A中；

所述的水溶性氟碳表面活性劑A9為包含全氟辛酸、全氟辛酸鋰、全氟辛酸鈉、全氟辛酸鉀、全氟辛酸銨、全氟辛烷磺酸、全氟辛烷磺酸鋰、全氟辛烷磺酸鈉、全氟辛烷磺酸鉀的氟碳表面活性劑中的一種或兩種以上任意比例的混合物；

所述的水溶性季銨陽離子粘土穩(wěn)定劑A10為包含四甲基氯化銨、氯化膽堿、丁基三甲基氯化銨、辛基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨,聚二甲基二烯丙基氯化銨的水溶性季銨鹽粘土穩(wěn)定劑中的一種或兩種以上任意比例的混合物。

所述的“水包水”分散體系減阻劑A可以是普通水溶高分子減阻劑，也可以是通過疏水或含氟改性的降低了分子間和分子與儲層之間摩擦系數(shù)的水溶性低傷害減阻劑。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于：

該同時具有減阻和攜砂性能的“二合一”水力壓裂用液體體系通過合成的“水包水”減阻劑無機(jī)鹽分散體系A(chǔ)與具有剪切變稀特性的大分子提粘劑分散體系B復(fù)配生成，能在靜態(tài)條件下提粘劑有效攜砂；在動態(tài)湍流的條件下，由于提粘劑聚合物具有剪切變稀的特性，水力壓裂用液體體系粘度大幅降低，并對體系的可泵性和減阻性能幾乎沒有負(fù)面影響，使水力壓裂用液體體系達(dá)到了同時具備攜砂和減阻性能都好的目的。解決了現(xiàn)有水力壓裂用液體當(dāng)減阻性能好時，攜砂性能就不好；當(dāng)攜砂性能好時，減阻性能就不好的問題。本發(fā)明的研究對壓裂用液體體系具有極其重要的理論和現(xiàn)實意義，必將對國內(nèi)外在頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域造成深遠(yuǎn)的影響。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，以制取200千克同時具有減阻和攜砂性能的“二合一”水力壓裂用液體體系為例（其中減阻劑A總重量為100千克；提粘劑分散體系B總重量為100千克）。

實施例1：

按以下各組份占減阻劑A的總重量百分比稱取水溶性單體A1、水溶性分散劑A2、水溶性自由基引發(fā)劑A3，無機(jī)鹽A4和水A5。

水溶性單體A1：2-羥乙基丙烯酸酯1.0千克，醋酸乙烯酯2.0千克，丙烯酰胺4.0千克，丙烯酸鈉3.0千克；水溶性單體A占所有反應(yīng)混合物總重量的10%。

水溶性分散劑A2：聚(2-甲基丙烯酰氧基乙基)三甲基氯化銨1.0千克，聚(2-丙烯酰氧基乙基)三甲基氯化銨1.0千克，聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鹽2.0千克；水溶性分散劑A2占所有反應(yīng)物總重量的4.0%。

水溶性自由基引發(fā)劑A3：過硫酸銨0.00010千克，占反應(yīng)物總重量的0.0001%。

無機(jī)鹽A4：氯化鈉10.0千克，氯化銨5.0千克，碳酸氫銨5.0千克，硫酸銨10.0千克；無機(jī)鹽A4占反應(yīng)物總重量的30%。

水A5為55.9999千克，占反應(yīng)物總重量的55.9999%。

將上述的水溶性單體A1、水溶性分散劑A2、水溶性自由基引發(fā)劑A3、無機(jī)鹽A4和水A5在快速機(jī)械攪拌的條件下混合、在60-80°C引發(fā)分散棸合，聚合完全后的體系為減阻劑A。

按以下各組份占提粘劑分散體系B的總重量百分比稱取剪切變稀的聚合物B1，無機(jī)鹽B2和水B3。

剪切變稀的聚合物B1：黃原膠10.0千克，占體系B總重量的10.0%；

無機(jī)鹽B2：氯化鈉10.0千克，氯化銨5.0千克，碳酸氫銨5.0千克,硫酸銨10.0千克；無機(jī)鹽B2占反應(yīng)物總重量的30.0％；

水B3為60.0千克，占反應(yīng)物總重量的60.0%。

在上述減阻劑A中加入以上分散于無機(jī)鹽水溶液中具有剪切變稀性質(zhì)的黃原膠的提粘劑分散體系B，即得到同時具有減阻和攜砂性能的“二合一”水力壓裂用液體體系。

實施例2：

按以下各組份占減阻劑體系A(chǔ)總重量的百分比稱取水溶性單體A1、水溶性分散劑A2、水溶性自由基引發(fā)劑A3，無機(jī)鹽A4、互溶劑A6、疏水單體A7和水A5。

水溶性單體A1：2-羥乙基丙烯酸酯1.0千克，醋酸乙烯酯2.0千克，丙烯酰胺4.0千克，丙烯酸鈉3.0千克；水溶性單體A占所有反應(yīng)混合物總重量的10.0%。

水溶性分散劑A2：聚(2-甲基丙烯酰氧基乙基)三甲基氯化銨1.0千克，聚(2-丙烯酰氧基乙基)三甲基氯化銨1.0千克，聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鹽2.0千克；水溶性分散劑A2占所有反應(yīng)物總重量的4.0%。

水溶性自由基引發(fā)劑A3：過硫酸銨0.00010千克，占反應(yīng)物總重量的0.0001%。

無機(jī)鹽A4：氯化鈉10.0千克，氯化銨5.0千克，碳酸氫銨5.0千克,硫酸銨10.0千克；無機(jī)鹽A4占反應(yīng)物總重量的30%。

互溶劑A6：乙二醇單丁醚10.0千克，占反應(yīng)物總重量的10.0%；

疏水單體A7：丙烯酸丁酯1.0千克，占反應(yīng)物總重量的1.0％；

水A5為44.9999千克，占反應(yīng)物總重量的44.9999%。

將上述的水溶性單體A1、水溶性分散劑A2、水溶性自由基引發(fā)劑A3、無機(jī)鹽A4、互溶劑A6、疏水單體A7和水A5在快速機(jī)械攪拌的條件下混合、在60-80°C引發(fā)分散棸合，聚合完全后的體系為減阻劑A。

按以下各組份的占提粘劑分散體系B的總重量百分比稱取剪切變稀的聚合物B1，無機(jī)鹽B2和水B3。

剪切變稀的聚合物B1：瓜爾膠10.0千克，占體系B總重量的10.0%；

無機(jī)鹽B2：氯化鈉10.0千克，氯化銨5.0千克，碳酸氫銨5.0千克,硫酸銨10.0千克；無機(jī)鹽B2占反應(yīng)物總重量的30.0％；

水B3為60.0千克，占反應(yīng)物總重量的60.0%。

在上述減阻劑A中加入以上所述分散于無機(jī)鹽水溶液中具有剪切變稀性質(zhì)的提粘劑分散體系B，即得到同時具有減阻和攜砂性能的“二合一”水力壓裂用液體體系。其中的減阻劑A為疏水改性的低傷害減阻劑。

實施例3：

按以下各組份的占減阻劑體系A(chǔ)總重量百分比稱取水溶性單體A1、水溶性分散劑A2、水溶性自由基引發(fā)劑A3，無機(jī)鹽A4、互溶劑A6、含氟單體A8和水A5。

水溶性單體A1：2-羥乙基丙烯酸酯1.0千克，醋酸乙烯酯2.0千克，丙烯酰胺4.0千克，丙烯酸鈉3.0千克；水溶性單體A占所有反應(yīng)混合物總重量的10.0%。

水溶性分散劑A2：聚(2-甲基丙烯酰氧基乙基)三甲基氯化銨1.0千克，聚(2-丙烯酰氧基乙基)三甲基氯化銨1.0千克，聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鹽2.0千克；水溶性分散劑A2占所有反應(yīng)物總重量的4.0%。

水溶性自由基引發(fā)劑A3：過硫酸銨0.00010千克，占反應(yīng)物總重量的0.00010%。

無機(jī)鹽A4：氯化鈉10.0千克，氯化銨5.0千克，碳酸氫銨5.0千克,硫酸銨10.0千克；無機(jī)鹽A4占反應(yīng)物總重量的30.0%。

互溶劑A6：乙二醇單丁醚10.0千克，占反應(yīng)物總重量的10.0%；

含氟單體A8：全氟癸基丙烯酸酯1.0千克，占反應(yīng)物總重量的1.0％；

水A5為44.9999千克，占反應(yīng)物總重量的44.9999%。

將上述的水溶性單體A1、水溶性分散劑A2、水溶性自由基引發(fā)劑A3、無機(jī)鹽A4、互溶劑A6、含氟單體A8和水A5在快速機(jī)械攪拌的條件下混合、在60-80°C引發(fā)分散棸合，聚合完全后的體系為減阻劑A。

按以下各組份占提粘劑分散體系B的總重量百分比稱取剪切變稀的聚合物B1，無機(jī)鹽B2和水B3。

剪切變稀的聚合物B1：黃原膠10.0千克，占體系B總重量的10.0%；

無機(jī)鹽B2：氯化鈉10.0千克，氯化銨5.0千克，碳酸氫銨5.0千克,硫酸銨10.0千克；無機(jī)鹽B2占反應(yīng)物總重量的30.0％；

水B3為60.0千克，占反應(yīng)物總重量的60.0%。

在上述減阻劑A中加入分散于無機(jī)鹽水溶液中具有剪切變稀性質(zhì)的提粘劑分散體系B，即得到同時具有減阻和攜砂性能的“二合一”水力壓裂用液體體系。其中的減阻劑A為含氟改性的低傷害減阻劑。

以上所述只是本發(fā)明的較佳實施例而已，上述舉例說明不對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容作任何形式上的限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了本說明書后依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上具體實施方式所作的任何簡單修改或變形，以及可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效實施例，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，而不背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。