本發(fā)明涉及油氣田增產(chǎn)改造，尤其是一種超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法。

背景技術(shù)：

1、為了獲取豐富的頁巖氣資源，水力壓裂是目前開發(fā)頁巖儲層的主要技術(shù)。但是隨著國內(nèi)勘探開發(fā)研究重點向非常規(guī)儲層轉(zhuǎn)變，水力壓裂技術(shù)常用的水基壓裂液已難以滿足在各種復(fù)雜地層中的壓裂需求，亟需通過新材料、新技術(shù)的應(yīng)用來推動非常規(guī)油氣產(chǎn)量增長。以頁巖儲層為例，頁巖氣儲層通常采用“水平井+大規(guī)模體積壓裂”的方式進行開發(fā)，不僅用水量大，而且可能對粘土含量高的頁巖儲層造成損害，這就造成滑溜水壓裂液體系在頁巖氣儲層壓裂中的進一步推廣受到限制，因此無水壓裂技術(shù)成為頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域研究的熱點和難點。

2、在機理研究中發(fā)現(xiàn)，超臨界二氧化碳壓裂液(sc-co2)可通過復(fù)雜的物理和化學(xué)作用降低破裂壓力、溝通儲層天然裂縫、促進甲烷解吸，具有強化增產(chǎn)改造效果和實現(xiàn)co2利用等顯著優(yōu)勢。但是目前超臨界二氧化碳壓裂液還存在攜砂性能差、摩阻梯度大、相態(tài)控制困難等問題亟待解決。攜砂性差可能造成壓裂液無法順利的攜帶支撐劑到達預(yù)定位置，因此無法達到預(yù)期的施工效果，嚴重時可能造成砂堵，導(dǎo)致施工無法順利進行。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對當(dāng)前超臨界二氧化碳壓裂液存在的攜砂性能差，摩阻梯度大的問題，本發(fā)明提供一種超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法。該方法首先通過分子模擬方法設(shè)計出超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑，然后通過光引發(fā)溶液聚合反應(yīng)合成攜砂增強劑。

2、本發(fā)明提供的超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法，步驟如下：

3、s1、調(diào)研co2壓裂液常用添加劑，提取添加劑分子結(jié)構(gòu)中的官能團結(jié)構(gòu)，形成co2常用添加劑官能團庫。所述co2常用添加劑官能團庫包括氟化丙烯酸酯基團、醚鍵、酰胺基、羥基、苯基、酯基及脲基。

4、然后構(gòu)建官能團分子模型和co2分子模型，計算co2與各官能團分子間距以及靜電勢分布，根據(jù)分子間距以及靜電勢分布的計算值，選取與co2相互作用最強的官能團作為親co2官能團，選取與co2相互作用最弱的官能團作為疏co2官能團。具體是，將計算出的co2與各官能團分子間距值按照從小到大的順序排序，選擇分子間距最小值對應(yīng)的官能團作為親co2官能團；然后選擇排在最后兩位的分子間距值對應(yīng)的兩個官能團，進一步比較這兩個官能團的靜電勢分布，選擇最高靜電勢和最低靜電勢差值最大的官能團作為疏co2官能團，利于不同聚合物間疏co2官能團相互作用，纏繞締結(jié)，提高體系粘彈性。

5、s2、根據(jù)親co2官能團和疏co2官能團，通過分子模擬進一步篩選出最優(yōu)親co2官能團和最優(yōu)疏co2官能團的，以及兩種官能團的摩爾比例；具體包括以下兩個步驟：

6、s21、選取多種與親co2官能團分子結(jié)構(gòu)相似的官能團組成親co2官能團組。選取多種與疏co2官能團結(jié)構(gòu)相似的官能團組成疏co2官能團組。將親co2官能團組中的各種官能團與疏co2官能團組中的各種官能團進行兩兩組合，構(gòu)建得到一系列二元共聚物分子模型。

7、s22、分別構(gòu)建步驟s21所得二元共聚物與超臨界二氧化碳的混合分子模型和剪切運動模型，根據(jù)兩種模型的計算結(jié)果，評價所有二元共聚物的綜合性能，篩選出性最佳的二元共聚物，進而得到該二元共聚物對應(yīng)的親co2官能團和疏co2官能團，即為最優(yōu)親co2官能團和最優(yōu)疏co2官能團；然后進一步研究最優(yōu)親co2官能團和最優(yōu)疏co2官能團的不同摩爾比所得二元共聚物的綜合性能，優(yōu)選出最佳的摩爾比。

8、所述混合分子模型中二元共聚物與co2分子數(shù)量比例為1-10：500-1000；剪切運動模型由上下壁面和中間流體層組成，中間流體層為混合分子模型，上下壁面為316l不銹鋼，長、寬、高尺寸分別為

9、所述混合分子模型中通過徑向分布函數(shù)、相互作用能和內(nèi)聚能密度參數(shù)模擬結(jié)果判斷聚合物溶解性；通過增黏倍數(shù)、彈性模量、屈服應(yīng)力參數(shù)來表征體系粘彈性進而判斷聚合物攜砂性；通過摩擦切應(yīng)力判斷該共聚物降低摩阻的能力；根據(jù)安全環(huán)保性評級參數(shù)與單體價格判斷共聚物安全環(huán)保性與經(jīng)濟性；綜合加權(quán)選定最佳二元共聚物。

10、步驟s1和s2都通過materials?studio軟件完成。

11、s3、根據(jù)步驟s22篩選出的最優(yōu)親co2官能團選擇含有該官能團的單體作為親co2單體，根據(jù)步驟s22篩選出的最優(yōu)疏co2官能團選擇含有該官能團的單體作為疏co2單體；以親co2單體和疏co2單體作為原料，按照最優(yōu)親co2官能團和最優(yōu)疏co2官能團選擇的最佳摩爾比確定兩種原料單體的用量，然后進行聚合反應(yīng)，制備的共聚物即為攜砂增強劑。

12、聚合反應(yīng)的方法如下：

13、分別將親co2單體和疏co2單體使用不同溶劑溶解，然后將兩種溶液混合并攪拌，加入引發(fā)劑，得到反應(yīng)溶液；將反應(yīng)溶液置于紫外燈下引發(fā)聚合反應(yīng)，制備的共聚物即為攜砂增強劑。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：

15、(1)本發(fā)明創(chuàng)新性的提供了一種采用分子模擬為輔助手段設(shè)計出綜合性能最佳的二元共聚物作為超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的方法，然后通過光引發(fā)溶液聚合反應(yīng)合成該二元共聚物，即得到超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑。

16、(2)本發(fā)明的攜砂增強劑是針對超臨界二氧化碳壓裂液而設(shè)計，一定程度上克服了當(dāng)前超臨界二氧化碳壓裂液存在的攜砂性能差，摩阻梯度大的問題，具備一劑多用的功效。另外，該共聚物創(chuàng)新性地采用了粘彈性攜砂的概念，不同于以往研究單純地依靠粘性攜砂，一方面可以保證sc-co2壓裂液本身穿透性強，造縫能力優(yōu)異的特點；另一方面可以依靠粘彈性有效攜砂。

17、(3)本發(fā)明的二元共聚物雖為含氟聚合物，但氟碳側(cè)鏈長度小于等于6，不會在環(huán)境上存在難降解的問題，不具備生物累加性，不會對巖心造成傷害，符合儲層保護的理念；并且在經(jīng)濟性上做了考量，符合油田應(yīng)用綠色經(jīng)濟環(huán)保的要求。

18、本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

技術(shù)特征：

1.一種超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法，其特征在于，步驟如下：

2.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法，其特征在于，步驟s1中，所述co2常用添加劑官能團庫包括氟化丙烯酸酯基團、醚鍵、酰胺基、羥基、苯基、酯基及脲基。

3.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法，其特征在于，步驟s1中，將計算出的co2與各官能團分子間距值按照從小到大的順序排序，選擇分子間距最小值對應(yīng)的官能團作為親co2官能團；然后選擇排在最后兩位的分子間距值對應(yīng)的兩個官能團，進一步比較這兩個官能團的靜電勢分布，選擇最高靜電勢和最低靜電勢差值最大的官能團作為疏co2官能團。

4.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法，其特征在于，步驟s22中，所述混合分子模型中二元共聚物與co2分子數(shù)量比例為1-10：500-1000；剪切運動模型由上下壁面和中間流體層組成，中間流體層為混合分子模型，上下壁面為316l不銹鋼，長、寬、高尺寸分別為

5.如權(quán)利要求4所述的超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法，其特征在于，步驟s22中，所述混合分子模型中通過徑向分布函數(shù)、相互作用能和內(nèi)聚能密度參數(shù)模擬結(jié)果判斷聚合物溶解性；通過增黏倍數(shù)、彈性模量、屈服應(yīng)力參數(shù)來表征體系粘彈性進而判斷聚合物攜砂性；通過摩擦切應(yīng)力判斷該共聚物降低摩阻的能力；根據(jù)安全環(huán)保性評級參數(shù)與單體價格判斷共聚物的安全環(huán)保性；綜合加權(quán)選定最佳二元共聚物。

6.如權(quán)利要求1-5任意一項所述的超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法，其特征在于，步驟s1和s2均通過materials?sudio軟件完成。

7.一種超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑，其特征在于，由如權(quán)利要求1-6任意一項所述設(shè)計與合成方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超臨界二氧化碳壓裂液攜砂增強劑的設(shè)計與合成方法，步驟S1、構(gòu)建CO<subgt;2</subgt;常用添加劑官能團庫；構(gòu)建官能團分子模型和CO<subgt;2</subgt;分子模型，確定親CO<subgt;2</subgt;官能團和疏CO<subgt;2</subgt;官能團；S2、首先選取多種與親CO<subgt;2</subgt;官能團分子結(jié)構(gòu)相似的官能團組成親CO<subgt;2</subgt;官能團組；選取多種與疏CO<subgt;2</subgt;官能團結(jié)構(gòu)相似的官能團組成疏CO<subgt;2</subgt;官能團組；將親CO<subgt;2</subgt;官能團組中的各種官能團與疏CO<subgt;2</subgt;官能團組中的各種官能團進行兩兩組合，得到二元共聚物分子模型；然后構(gòu)建二元共聚物與超臨界二氧化碳的混合分子模型和剪切運動模型，篩選出綜合性能最佳的二元共聚物，進而得到最優(yōu)的親CO<subgt;2</subgt;單體和疏CO<subgt;2</subgt;單體；S3、將最優(yōu)的親CO<subgt;2</subgt;單體和疏CO<subgt;2</subgt;單體作為原料進行聚合反應(yīng)，制備的共聚物即為攜砂增強劑。

技術(shù)研發(fā)人員：李小剛,朱靜怡,張烈輝,楊兆中,羅婉毓,易良平,李佳霖,趙玉龍
受保護的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19