CN103951785A

CN103951785A - 一种压裂液减阻剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103951785A
Application number: CN201410128690.9A
Authority: CN
Inventors: 张洪君; 吴志俊; 张子明; 李超; 刘畅; 李军; 李玉印; 包放; 李霞; 关伟; 徐乐; 韩冬深; 韩福柱; 李鹏日; 蒋伟; 杨婉羚; 王磊
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: CN103951785B

Abstract

本发明提供一种压裂液减阻剂及其制备方法和应用，所述压裂液减阻剂由如下重量百分比成分制备而成：丙烯酸单体：5-15%，2-甲基-2-烯丙基氯化铵：1-3%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1-2%，碱：2-6%，丙烯酰胺单体：10-20%，引发剂：0.02-0.07%，乳化剂：2-4%，助乳化剂1-2%；油：15-30%，其余为水。本发明所述的减阻剂溶解速度快，溶解时间小于30秒，增粘效果好，减阻性能优异，在现场应用中，最高减阻率达87%。

Description

一种压裂液减阻剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及油气井压裂改造，属于油气田开发用化工产品领域。具体的说，涉及一种压裂液减阻剂及其制备方法和应用。

背景技术

压裂技术是油田中后期开发增产的主要措施之一，而随着低渗、超低渗油气藏的开发，由于受到储层条件、注采井网、压裂工艺等多重限制，单一增加缝长来提高超低渗油藏产量效果不明显，常规压裂工艺改造难以实现该类油气藏的开采，这时候提出了一种新技术“体积压裂”。这种技术在国外首先应用并取得成功，目前国内开始重视并逐渐应用。体积压裂与传统压裂工艺的主要区别在于体积压裂相较于传统压裂需要更大的液量，更大的排量，压裂液体系方面采用滑溜水+线性胶的组合方式。目前使用的滑溜水主要为聚丙烯酰胺体系类型，而要达到体积压裂的液量和排量，传统的提前配液方式就无法满足要求，需要使用连续混配车现场配液。由此引出的难题是当前市面上聚丙烯酰胺产品溶解时间都太长，无法实现现场配液要求。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种压裂液减阻剂，该减阻剂的特点是能够快速溶解，迅速起粘，达到减阻效果。

本发明的另一目的在于提供所述压裂液减阻剂的制备方法，通过反相乳液聚合合成出聚合物乳液，同时添加一定量的助排剂形成复合减阻剂。

本发明的再一目的在于提供所述压裂液减阻剂在配制压裂液中的应用。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种四元共聚物压裂液减阻剂，所述压裂液减阻剂由如下重量百分比成分制备而成：丙烯酸单体（AA）：5-15%，2-甲基-2-烯丙基氯化铵（DMDAAC）：1-3%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）：1-2%，碱：2-6%，丙烯酰胺单体（AM）：10-20%，引发剂：0.02-0.07%，乳化剂：2-4%，助乳化剂1-2%；油：15-30%，其余为水。

其中以丙烯酸单体、2-甲基-2-烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺单体、碱、引发剂、乳化剂、助乳化剂、油和水总质量为100%计。

根据本发明所述的压裂液减阻剂，所述碱为本领域常用试剂，可以为本领域任何的碱，本发明优选为碳酸氢钠。

根据本发明所述的压裂液减阻剂，所述引发剂优选为过硫酸铵和/或亚硫酸氢钠。

其中所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合物时，二者摩尔比可以为任意比，譬如本发明优选采用的是4：1。

根据本发明所述的压裂液减阻剂，所述乳化剂优选为司盘系列和吐温系列复配乳化剂；

其中更优选为司盘80和吐温60复配乳化剂；

其中更优选司盘系列和吐温系列乳化剂重量比为22:3；

譬如可以为司盘80和吐温60重量比为22:3。

根据本发明所述的压裂液减阻剂，所述助乳化剂优选为丙醇。

根据本发明所述的压裂液减阻剂，所述油优选为白油；

其中所述白油可以为本领域市售常规白油，其中本发明优选为24号白油。

本发明上述试剂均为本领域常规市售试剂，可以理解的是，本发明所述的丙烯酸单体譬如可以为丙烯酸；所述丙烯酰胺单体譬如可以为丙烯酰胺。

另一方面，本发明还提供了本发明任意所述压裂液减阻剂的制备方法，所述方法包括：

（1）向反应釜I中加入油、乳化剂和助乳化剂，搅拌至充分混合；

（2）向反应釜II中加入丙烯酸单体、2-甲基-2-烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水，搅拌至完全溶解后加入碱；

（3）向反应釜II中加入丙烯酰胺单体，搅拌至完全溶解；

（4）搅拌下，将反应釜II中的水溶液匀速加入反应釜I中，恒温通氮气；优选为恒温至45℃，通氮气30min；

（5）向反应釜I中加入引发剂水溶液，搅拌，继续通氮、反应即得所述压裂液减阻剂；其中优选继续通氮30min；优选所述引发剂水溶液质量浓度为1%。

本聚合物减阻剂通过大量实验研究优选配方，采用四元共聚，在丙烯酰胺基础上，引入2-甲基-2-烯丙基氯化铵单体，改善聚合物分子链柔性和大幅提高溶解速度，引入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸提高聚合物分子的抗剪切强度。

本聚合物减阻剂与传统相比，主要区别在于采用反相乳液聚合，产品为乳液状态，在实际应用中大大缩短了溶解时间，完全溶解时间小于30秒，满足了现场配液的要求。通过优化配方和工艺，在不影响溶解速度的前提下，使得合成的乳液中聚合物的有效含量提高到15%。

其中可以具体为：

（1）向反应釜I中加入白油、乳化剂和助乳化剂，搅拌至充分混合；

（2）向反应釜II中加入丙烯酸单体、2-甲基-2-烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸和水，搅拌至完全溶解后加入碳酸氢钠；

（3）向反应釜II中加入丙烯酰胺单体，搅拌至完全溶解；

（4）快速搅拌下，将反应釜II中的水溶液匀速加入反应釜I中，控制流速在0.5L/s，恒温至45℃，通氮30min；

（5）向反应釜I中分别加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠水溶液，慢速搅拌，继续通氮30min，反应5小时即得聚合物乳液。

根据本发明所述的方法，步骤（4）将反应釜II中的水溶液匀速加入反应釜I中控制流速在0.5L/s。

根据本发明所述的方法，步骤（5）在45℃下反应5小时即得所述压裂液减阻剂。

根据本发明所述的方法，其中步骤（1）、（2）和（3）中的搅拌速度为1.2m/s（搅拌桨外圈线速度），步骤（4）中的搅拌速度为2.0m/s，步骤（5）中的搅拌速度为1.0m/s。

反应所得乳液无需任何处理，可直接作为产品使用。

其中所述通氮为本领域常用方法。

再一方面，本发明还提供了本发明任意所述压裂液减阻剂在配制压裂液中的应用。

本发明的压裂液减阻剂尤其适合配制用于体积压裂的压裂液；

本发明所述减阻剂适用于配制滑溜水，根据现场需要，能够达到现场配液要求。

综上所述，本发明提供了一种压裂用速溶减阻剂的制备方法及应用。本发明具有如下优点：本发明所述的减阻剂溶解速度快，溶解时间小于30秒，增粘效果好，减阻性能优异，在现场应用中，最高减阻率达87%。

附图说明

图1为本发明实施例1减阻剂在不同排量下的减阻率图。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。

实施例1

组分：

60g24号白油、8g复配乳化剂、4g助乳化剂丙醇、10g丙烯酸、2g2-甲基-2-烯丙基氯化铵、2g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、4g碳酸氢钠、20g丙烯酰胺、4mL1%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液、水补至总量为200g。

制备方法：

（1）在500mL三口烧瓶中加入24号白油、复配乳化剂为司盘-80与吐温-60按22:3混合和助乳化剂丙醇，搅拌至充分混合，搅拌速度为1.2m/s（搅拌桨外圈线速度）；

（2）在烧杯中加入水、丙烯酸、2-甲基-2-烯丙基氯化铵和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，一边搅拌一边加入碳酸氢钠，搅拌至充分溶解，搅拌速度为1.2m/s（搅拌桨外圈线速度）；

（3）向步骤（2）的烧杯中加入丙烯酰胺，搅拌至充分溶解，搅拌速度为1.2m/s（搅拌桨外圈线速度）；

（4）将步骤（3）的烧杯中水溶液匀速滴加入步骤（1）的三口烧瓶中，控制流速在0.5mL/s，同时快速搅拌，搅拌速度为2.0m/s（搅拌桨外圈线速度），恒温至45℃，通氮30min；

（5）分别将过硫酸铵和亚硫酸氢钠（摩尔比4：1）溶液加入三口烧瓶中，慢速搅拌，搅拌速度为1.0m/s（搅拌桨外圈线速度），继续通氮30min，反应5小时即得减阻剂。

实施例2

40g24号白油、6g复配乳化剂、3g助乳化剂丙醇、20g丙烯酸、4g2-甲基-2-烯丙基氯化铵、3g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、8g碳酸氢钠、30g丙烯酰胺、8mL1%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液、水补至总量为200g。

（5）分别将过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液加入三口烧瓶中，慢速搅拌，搅拌速度为1.0m/s（搅拌桨外圈线速度），继续通氮30min，反应5小时即得减阻剂。

实施例3

30g24号白油、4g复配乳化剂、2g助乳化剂丙醇、30g丙烯酸、6g2-甲基-2-烯丙基氯化铵、4g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、12g碳酸氢钠、40g丙烯酰胺、14mL1%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液、水补至总量为200g。

试验例

2013年1月在辽河油田沈阳采油厂静字号某井进行体积压裂施工，采用实施例1压裂液减阻剂配制滑溜水。

现场配液情况良好，溶解迅速，溶解时间为30秒。施工顺利，最高排量达到7.3m³/min。

减阻效果见下表

排量（m³/min)	油压(mPa)	降阻比(﹠)	降阻率（Δ）
				3.4	31	0.48	52%
3.5	31.8	0.34	64%
				4.1	34	0.28	72%
4.9	37.9	0.34	64%
				5.4	40	0.28	72%
5.5	41	0.23	77%
				6.1	44.6	0.20	80%
6.8	58	0.18	82%
				7.1	61	0.16	84%
7.3	68	0.13	87%

最高减阻率达87%，如图1所示。由试验数据可以得出结论，排量越高，减阻效果越好。

Claims

1.一种压裂液减阻剂，其特征在于，所述压裂液减阻剂由如下重量百分比成分制备而成：丙烯酸单体：5-15%，2-甲基-2-烯丙基氯化铵：1-3%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1-2%，碱：2-6%，丙烯酰胺单体：10-20%，引发剂：0.02-0.07%，乳化剂：2-4%，助乳化剂1-2%；油：15-30%，其余为水。

2.根据权利要求1所述的压裂液减阻剂，其特征在于，所述碱为碳酸氢钠。

3.根据权利要求1所述的压裂液减阻剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵和/或亚硫酸氢钠。

4.根据权利要求1所述的压裂液减阻剂，其特征在于，所述乳化剂为司盘系列和吐温系列复配乳化剂；优选为司盘80和吐温60复配乳化剂；其中优选司盘系列和吐温系列乳化剂重量比为22:3。

5.根据权利要求1所述的压裂液减阻剂，其特征在于，所述助乳化剂为丙醇。

6.根据权利要求1所述的压裂液减阻剂，其特征在于，所述油为白油，优选为24号白油。

7.权利要求1-6任意一项所述压裂液减阻剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

（2）向反应釜II中加入丙烯酸单体、2-甲基-2-烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水，搅拌至完全溶解后加入碱，搅拌均匀；

（3）向反应釜II中加入丙烯酰胺单体，搅拌至完全溶解；

（4）搅拌下，将反应釜II中的水溶液匀速加入反应釜I中，恒温通氮气；优选为在45℃下恒温，通氮气30min；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤（4）将反应釜II中的水溶液匀速加入反应釜I中控制流速在0.5L/s。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤（5）在45℃下反应5小时即得所述压裂液减阻剂。

10.权利要求1-6任意一项所述压裂液减阻剂在配制压裂液中的应用。