CN103333672A - 一种应用于页岩气藏的耐盐降阻剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于页岩气藏的耐盐降阻剂；所述的降阻剂是由丙烯酰胺单元和丙烯基季铵盐单元组成的二元共聚物；所述二元共聚物中丙烯酰胺的质量百分比浓度为10%~80%；所述的丙烯基季铵盐是丙烯基三烷基氯化铵、烷基丙烯酰胺基丙基三烷基氯化铵或二烷基二烯丙基氯化铵中的一种，质量百分比浓度为20%~90%，分子量为1×106~2×106；应用于含二价金属离子的压裂返排液、溶洞水、地下产出水的降阻剂，使用质量百分比浓度为0.05%~0.1%；本降阻剂具有较好的耐盐、降阻性能，克服了目前其他类聚丙酰胺降阻剂在使用过程中其耐盐性能不足，尤其是不能应用于Ca2+、Mg2+同时存在的高矿化度水中的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种低分子量阳离子聚丙酰胺降阻剂在页岩气藏高矿化度水中的应用。
背景技术
聚丙烯酰胺类聚合物作为降阻剂已在国内外被广泛应用，很多专利对其应用进行了广泛报道。目前的聚丙酰胺降阻剂主要是使用过程中耐盐性能不足，尤其是不能应用于Ca2+、Mg2+同时存在的高矿化度水中。
美国专利US3943060和US6787506则分别报道了由丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基磺酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酸、二甲氨基甲基氯化季铵盐、二甲氨基丙烯酸氯化苄季盐等单体通过共聚反应合成的阴离子型和阳离子型聚丙烯酰胺降阻剂。美国专利US4152274报道了一种阳离子聚丙酰胺，可以应用于含有氯化钠和氯化钙的盐水中，其分子量范围为100-300万，使用浓度为0.01%-0.03%。美国专利US20120157354、US7232793、US7004254、US3768565、US7271134和US20030125215分别介绍了一些含有阴离子的聚丙酰胺共聚物作为降阻剂的应用，但是都没有关于此类聚合物单独作为降阻剂应用于同时含有二价金属离子Ca2+、Mg2+的高矿化度水中的相关报道。
美国专利US20090298721和US2009023617分别报道了一种能够应用于含有二价金属离子水溶液的阴离子型聚丙烯酰胺类降阻剂，但需要同时使用磷酸盐、焦磷酸盐、柠檬酸、葡糖糖酸或乙二胺酸类络合剂，降低二价金属离子对聚丙烯酰胺类聚合物降阻剂的降阻性能的影响。这种阴离子型的聚丙烯酰胺类降阻剂的平均使用浓度低于0.15%，分子量在250万以上，但是没有提到将阴离子聚丙烯酰胺类降阻剂单独用于含有二价金属离子水溶液中的报道。
国内专利CN200810073028.2介绍了一种水基减阻剂，其主要由非离子表面活性剂，消泡剂和杀菌剂构成，其组分中不含聚丙烯酰胺类聚合物。
发明内容
本发明目的是提供一种在页岩气藏压裂增产中应用的耐盐降阻剂，其采用原子转移自由基聚合方法，将一定量的丙烯酰胺、烷基丙烯基季铵盐、链转移剂、金属氯化物和去离子水混合并搅拌均匀，在调节pH值和溶液温度，通入N2后，加入一定量的氧化还原引发剂和偶氮引发剂作复合引发剂，保温反应5小时，得到白色透明胶状聚合物，然后加入分散剂，进行造粒、烘干和粉碎。
通过在降阻剂分子链引入较大骨架的单体单元，增强降阻剂分子链的刚性，使得降阻剂分子在同时含有二价金属离子Ca2+和Mg2+的高矿化度水溶液中可以保持较大的动力学尺寸，水解受到限制，从而防止高浓度二价盐对降阻剂的性能产生较大影响等问题。同时由于丙烯基季铵盐支链短，合成的耐盐降阻剂是嵌段线性长链分子结构，具有优异的降阻性能，其结构通式如下：
其中R基团为含有不同支链的烷基氯化铵，x和y之和为足以产生1×106至2×106的平均分子量的平均数，且其中共聚物中丙烯酰胺单元的质量百分比浓度为10%~80%。
本发明目的是通过下述技术方案来实现的：
一种应用于页岩气藏的耐盐降阻剂，其特征是：所述的降阻剂是由丙烯酰胺单元和丙烯基季铵盐单元组成的二元共聚物；所述二元共聚物中丙烯酰胺单元的质量百分比浓度为10%~80%；所述的丙烯基季铵盐是丙烯基三烷基氯化铵、烷基丙烯酰胺基丙基三烷基氯化铵或二烷基二烯丙基氯化铵中的一种，质量百分比浓度为20%~90%，分子量为1×106~2×106。
所述的应用于页岩气藏的耐盐降阻剂，其特征是：所述的丙烯基三烷基氯化铵为丙烯基三甲基氯化铵。
所述的应用于页岩气藏的耐盐降阻剂，其特征是：所述的烷基丙烯酰胺基丙基三烷基氯化铵为丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵。
所述的应用于页岩气藏的耐盐降阻剂，其特征是：所述的二烷基二烯丙基氯化铵为二甲基二烯丙基氯化铵。
所述的页岩气藏的耐盐降阻剂的应用，其特征是：应用于含二价金属离子Ca2+、Mg2+（其中Ca2+和Mg2+总的质量百分比浓度等于或大于0.5%）的压裂返排液、溶洞水、地下产出水的降阻剂，使用质量百分比浓度为0.05%~0.1%。
本发明的耐盐降阻剂在页岩压裂增产过程中，适用于页岩气藏中的压裂返排液、溶洞水，地下产出水等含有二价盐浓度高的盐水，具有较好的耐盐、降阻性能，克服了目前其他类聚丙酰胺降阻剂在使用过程中其耐盐性能不足，尤其是不能应用于Ca2+、Mg2+同时存在的高矿化度水中的问题。
具体实施方式
实施例1
取500g返排液（返排液中主要离子含量如表1所示）置于1000ml容积的混调器中，缓慢加入4.875g的（降阻剂的质量百分比浓度为0.975%）降阻剂，其中降阻剂是由70%的丙烯酰胺单元和30%的丙烯基三甲基氯化铵单元组成的二元共聚物、分子量是1.6×106，搅拌10min，配成均匀溶液，测得溶液的运动粘度为1.7mPa.s、降阻率为68%。
表1返排液中主要离子含量
| Ca2+(mg/L) | Mg2+(mg/L) | K+（mg/L） | Cl-(mg/L) | SO4 2-（mg/L） |
| 5.31×103 | 182.25 | 12.5 | 2.14×104 | 350 |
实施例2
取500g返排液（返排液中主要离子含量如表2所示）置于1000ml容积的混调器中，缓慢加入0.375g的（降阻剂的质量百分比浓度为0.075%）降阻剂，其中降阻剂是由70%的丙烯酰胺单元和30%的丙烯基三甲基氯化铵单元组成的二元共聚物、分子量是1.6×106，搅拌10min，配成均匀溶液，测得溶液的运动粘度为1.7mPa.s、降阻率为67%。
表2返排液中主要离子含量
| Ca2+(mg/L) | Mg2+(mg/L) | K+（mg/L） | Cl-(mg/L) | SO4 2-（mg/L） |
| 1.86×104 | 4.51×103 | 30.375 | 5.0 | 325 |
实施例3
取500g返排液（返排液中主要离子含量如表3所示）置于1000ml容积的混调器中，缓慢加入0.25g的（降阻剂的质量百分比浓度为0.05%）降阻剂，其中降阻剂是由75%的丙烯酰胺单元和25%的丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵单元组成的二元共聚物、分子量是1.7×106，搅拌10min，配成均匀溶液，测得溶液的运动粘度为1.7mPa.s、降阻率为66%。
表3返排液中主要离子含量
| Ca2+(mg/L) | Mg2+(mg/L) | K+（mg/L） | Cl-(mg/L) | SO4 2-（mg/L） |
| 1.72×104 | 3.36×103 | 213 | 7.5 | 375 |
实施例4
取500g返排液（返排液中主要离子含量如表4所示）置于1000ml容积的混调器中，缓慢加入0.50g的（降阻剂的质量百分比浓度为0.1%）降阻剂，其中降阻剂是由70%的丙烯酰胺单元和30%的二甲基二烯丙基氯化铵单元组成的二元共聚物、分子量是1.9×106，搅拌10min，配成均匀溶液，测得溶液的运动粘度为1.85mPa.s、降阻率为69%。
表4地下产出水中主要离子含量
| Ca2+(mg/L) | Mg2+(mg/L) | K+（mg/L） | Cl-(mg/L) | SO4 2-（mg/L） |
| 9.68×103 | 7.51×103 | 50 | 8.7×104 | 300 |
Claims (5)
1.一种应用于页岩气藏的耐盐降阻剂，其特征是：所述的降阻剂是由丙烯酰胺单元和丙烯基季铵盐单元组成的二元共聚物；所述二元共聚物中丙烯酰胺单元的质量百分比浓度为10%~80%；所述的丙烯基季铵盐是丙烯基三烷基氯化铵、烷基丙烯酰胺基丙基三烷基氯化铵或二烷基二烯丙基氯化铵中的一种，质量百分比浓度为20%~90%，分子量为1×106~2×106。
2.根据权利要求1所述的应用于页岩气藏的耐盐降阻剂，其特征是：所述的丙烯基三烷基氯化铵为丙烯基三甲基氯化铵。
3.根据权利要求1所述的应用于页岩气藏的耐盐降阻剂，其特征是：所述的烷基丙烯酰胺基丙基三烷基氯化铵为丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵。
4.根据权利要求1所述的应用于页岩气藏的耐盐降阻剂，其特征是：所述的二烷基二烯丙基氯化铵为二甲基二烯丙基氯化铵。
5.根据权利要求1所述的的页岩气藏的耐盐降阻剂的应用，其特征是：应用于含二价金属离子Ca2+、Mg2+总的质量百分比浓度等于或大于0.5%的压裂返排液、溶洞水、地下产出水的降阻剂，使用质量百分比浓度为0.05%~0.1%。
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