一种水力压裂用环氧树脂乳液及其制备方法与流程

本发明涉及压裂液，具体为一种水力压裂用环氧树脂乳液及其制备方法。

背景技术：

1、水力压裂技术是提高油气井产量的一种重要手段，现如今已经广泛应用于各大油田中，为油田增产做出了重要贡献。水力压裂技术是先利用地面高压泵，将高粘度的压裂液注入地层中，从而对井底油层形成高压。随着压裂液不断注入，压裂液对井底油层的压力越来越大，当压力大于油层的破裂压力时，油层将会被压开形成一定长度及宽度的裂缝。然后通过携砂液将固体支撑剂携带进入压开的裂缝中，支撑剂会在压开的裂缝中连续铺置，从而充填裂缝防止裂缝在油层的闭合压力下重新闭合。而支撑剂颗粒间的空隙就会成为油气井生产时油气的主要流动通道，油气通过渗流的方式流动。

2、传统的水力压裂技术，模式较为固定，通常是用携砂液携带支撑剂进入人造裂缝中，支撑剂携带量与携砂液粘度成正相关，如果携砂液粘度过低，虽然可以有效控制缝高，但其滤失大，且支撑剂容易在近井地带大量堆积从而造成堵塞，难以达到工程预定的缝长甚至会造成施工事故。如果携砂液粘度过高，虽然缝高延伸大，但是在相同施工规模条件下，高粘度携砂液破胶困难且破胶后残渣多，对人造裂缝的导流能力及油层的伤害大，同时由于粘度的增大往往取决于增稠剂的量，而破胶则需要破胶剂，两者的用量增多会导致成本大幅提升。与此同时，通过水力压裂进行造缝的远端缝隙较支撑剂尺寸小，使支撑剂无法深入裂缝之中，从而无法起到支撑作用，导致在石油开采过程中，地层下大量裂缝闭合，无法达到预期的开采效果。

3、为了提升支撑剂对地层裂缝的支撑效果，研究者们对支撑剂进行不断优化与改良，开发了轻质支撑剂，聚合物包覆支撑剂等等降低支撑剂的密度，优化压裂液体系，但是，仍然无法解决地层中微裂缝的支撑问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水力压裂用环氧树脂乳液及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水力压裂用环氧树脂乳液，所述环氧树脂乳液由以下重量份的组份组成：双酚a型环氧树脂120-130份、乙内酰脲30-35份、纳米二氧化硅30-35份、固化剂50-60份、乳化剂50-60份、余量水。

3、环氧树脂是一种高分子聚合物，分子式为(c11h12o3)n，是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚a或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，是一种热固性树脂；

4、本技术中，使用双酚a型环氧树脂作为为主体材料，双酚a型环氧树脂不仅产量最大，品种最全，而且新的改性品种仍在不断增加，质量正在不断提高；

5、但是，由于在地层环境中，作为支撑剂使用的材料要求在高温高压下具有较高的抗压强度与较低的形变，从而起到有效的支撑作用，而固化后的双酚a型环氧树脂很难达到如此高的性能要求，因此，需要对其进行改性以达到目标性能；

6、本技术中选择使用物理改性的方法对双酚a型环氧树脂进行改性：在双酚a型环氧树脂中加入高性能耐热乙内酰脲(海因)与纳米二氧化硅充分搅拌混合均匀。

7、其中，固化剂采用芳香胺类固化剂；

8、固化剂对环氧树脂性能的影响极大，因此固化剂的选择是本技术中重要环节之一；

9、环氧树脂的固化剂种类多样，按照固化剂结构划分可分为：胺类固化剂、酸酐类固化剂、合成树脂类固化剂、潜伏性固化剂等等；

10、各种固化剂的固化温度各不相同，对应的环氧树脂固化物(支撑剂)的耐热性也有很大不同；一般地说，使用固化温度高的固化剂可以得到耐热优良的固化物(支撑剂)；对于加成聚合型固化剂，固化温度和耐热性按下列顺序提高：脂肪族多胺＜脂环族多胺＜芳香族多胺≈酚醛＜酸酐；

11、固化反应属于化学反应，受固化温度影响很大，温度增高，反应速度加快，凝胶时间变短；凝胶时间的对数值随固化温度上升大体呈直线下降趋势。但固化温度过高，常使固化物(支撑剂)性能下降，所以存在固化温度的上限；必须选择使固化速度和固化物(支撑剂)性能折中的温度，作为合适的固化温度；

12、由于本技术中目的为制备在常温下不固化，在高温条件下原位固化生成支撑剂(支撑剂)，因此，本技术中使用高温固化剂进行制备，综合考虑到压裂液体系的稳定性，最终选定使用芳香胺类固化剂。

13、其中，乳化剂包括乳化剂o与乳化剂e，所述乳化剂o与乳化剂e的质量比为1:1；乳化剂o与乳化剂e制备的乳液具有一定的耐酸碱的能力，且在高温下较为稳定，有利于其在底层环境中的乳液稳定性。

14、一种水力压裂用环氧树脂乳液的制备方法，包括以下步骤：

15、步骤1、按重量份分别称取双酚a型环氧树脂、乙内酰脲、纳米二氧化硅、固化剂、乳化剂和水；

16、步骤2、将双酚a型环氧树脂、乙内酰脲、纳米二氧化硅依次加入到高速剪切分散乳化机中，通过高速剪切分散乳化机高速剪切搅拌，使得双酚a型环氧树脂、乙内酰脲、纳米二氧化硅充分混合；

17、步骤3、将固化剂加入到步骤2中的高速剪切分散乳化机中，再次进行搅拌，使得固化剂与混合后的树脂充分混合，得到油相；

18、步骤4、将乳化剂加入到步骤3的高速剪切分散乳化机中，再次进行搅拌，使得乳化剂与油相充分混合；

19、步骤5、将水缓慢的滴入步骤4的高速剪切分散乳化机中，在滴入过程中，持续搅拌，随着水的滴入，高速剪切分散乳化机内的乳液由油包水乳液相反转成为水包油体系，粘度明显降低，水滴加结束后，即得到稳定的环氧树脂乳液。

20、上述的相反转法具体为：相反转法是制备高分子树脂乳液较为有效的一种方法，几乎可将所有的高分子树脂借助于外加乳化剂的作用，并通过物理乳化的方法制得相应的乳液，具体过程如下：在高速剪切作用下先将外加乳化剂和环氧树脂混合均匀，然后在一定剪切条件下缓慢地向体系中加入蒸馏水，随着加水量的增加，整个体系由油包水向水包油转变，形成均匀稳定的水可稀释体系。与其他乳化方法(如机械法等)相比，使用相反转法制备的乳液具有更加均一的粒径，粒径分布更加集中，有利于在固化过程中生成大小均一的固体颗粒。

21、本技术中制备的乳液即可作为压裂液使用，以乳液状态泵入底层之中，深入地层之后的各个裂缝角落中，在高温高压的环境中，被包裹在乳液液滴之中的树脂与固化剂发生固化反应，经过长时间的反应后，环氧树脂完全固化，得到在高温高压环境之下具有高强度高性能的固体颗粒，水相返排后，固化后的树脂留在地层裂缝中，从而起到支撑作用。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本发明通过双酚a型环氧树脂、乙内酰脲、纳米二氧化硅、固化剂、乳化剂和水制备成稳定的环氧树脂乳液，此乳液可以长时间保持稳定，不破乳，不分层，在常温条件下比较稳定，且由于乳液中的固化剂为高温固化剂，在常温条件下不会固化成颗粒，在实际现场应用中，可以保证压裂液在泵入地层时仍为流动性较好的液态；

24、无需携带固相支撑剂，改变了现存的传统压裂方式，节约成本，简化了施工工艺，有效解决了不传统压力方式中，由于支撑剂密度较大，运载中出现沉降而造成的砂堵风险；

25、由于在施工中为液体注入，避免了施工设备通道的磨损与堵塞，有效减小了施工压力，降低了施工风险，减少了压裂车组的用量，缩减了压裂的成本；

26、在地层中高温高压环境中，固化生成微米级的球状颗粒，可以均匀分布在地层中各个尺寸的微小裂缝中，压裂液所到之处均可形成有效支撑，进一步扩大裂缝控制面积对水力压裂过程中形成的次生裂缝提供了有效的支撑，避免了传统支撑剂由于尺寸大，无法进入远端微小裂缝中，造成的裂缝闭合产率下降的问题；

27、固化形成的支撑剂具有优异的力学性能，在高温高压环境下，具有较高的抗压强度于较低的形变率，可以在较长时间内不发生明显形变，维持地层裂缝长时间的有效导流能力；

28、解决了现有施工工艺存在的，相变材料成块、成片分布，不分散等问题，避免了由于压裂液中成分复杂造成的对地层伤害的问题，能实现全面裂缝自支撑，达到提升采收率的目的。