CN105254796A

CN105254796A - 一种油田压裂液用乳液聚合降阻剂及其制备和应用

Info

Publication number: CN105254796A
Application number: CN201510760912.3A
Authority: CN
Inventors: 卢拥军; 邱晓慧; 王海燕; 翟文; 管保山; 王永辉; 田助红
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2035-11-10
Also published as: CN105254796B

Abstract

本发明提供了一种油田压裂液用乳液聚合降阻剂及其制备和应用，所述方法包括以阴离子单体、阳离子单体、乳化剂、柴油和引发剂以水为反应介质通过溶液法聚合，得到所述油田压裂液用乳液聚合降阻剂；所述阴离子单体、阳离子单体和水的重量比为25-40:2-40:20-50；以阴离子单体、阳离子单体、乳化剂、柴油、引发剂和水的总重量为100％计，其中乳化剂重量用量为0.05％-0.2％、柴油重量用量为2％-8％、引发剂的重量用量为0.02％-0.1％。本发明制备的乳液聚合减阻剂具有一定的表面活性，在作业施工时低粘度和较低的表面活性，无残渣、易返排，可在油田推广应用。

Description

一种油田压裂液用乳液聚合降阻剂及其制备和应用

技术领域

本发明属于油气田技术领域，涉及油气田增产改造页岩气压裂技术中的压裂液添加剂，尤其是一种油田压裂液用乳液聚合降阻剂及其制备和应用。

背景技术

减阻剂分为表面活性剂、高分子聚合物、纤维等多种类型，在各种领域都有广泛的应用。流体在管道流动过程中，由于流体的粘滞性及漩涡的形成，将会消耗一定的机械能。在流体中加入减阻剂可以大幅度减小流动过程中的阻力，使得泵的能耗降低很多。随着科学技术的发展及应用的需要，开发研制新型减阻剂，减阻效果已成为多个领域关注的课题。减阻剂是滑溜水压裂液的主要添加剂，而滑溜水压裂液是页岩气储层压裂施工中最主要的液体体系。我国页岩气压裂开发刚刚起步，研究适合页岩气储层大规模压裂的减阻剂势在必行。

页岩气储层孔渗结构达到微纳米级，施工排量大，要求压裂液现场连续混配。这就要求减阻剂速溶于水中，具有较低的摩阻和较高的返排能力。为此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种油田压裂液用乳液聚合降阻剂的制备方法；

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的油田压裂液用乳液聚合降阻剂；本发明中的乳液聚合降阻剂速溶、粘度低、表界面张力低、岩心吸附量低，返排性能良好且生产工艺简单，主要是用于页岩气储层的压裂增产。

本发明的又一目的在于提供所述油田压裂液用乳液聚合降阻剂在油田压裂液中的应用。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种油田压裂液用乳液聚合降阻剂的制备方法，其中，所述方法包括以阴离子单体、阳离子单体、乳化剂、柴油和引发剂以水为反应介质通过溶液法聚合，得到所述油田压裂液用乳液聚合降阻剂；所述阴离子单体、阳离子单体和水的重量比为25-40:2-40:20-50；以阴离子单体、阳离子单体、乳化剂、柴油、引发剂和水的总重量为100％计，其中乳化剂重量用量为0.05％-0.2％、柴油重量用量为2％-8％、引发剂的重量用量为0.02％-0.1％。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述阴离子单体为丙烯酸钠。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或多种。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和山梨醇酐三硬脂酸酯，其中两者重量比例为3-4:6-7。

所述柴油可以为现有技术本领域常规使用的柴油，而根据本发明一些具体实施方案，所述柴油为0号柴油。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述引发剂为氧化剂，或者氧化剂与还原剂一起组成的氧化还原体系。

其中，所述氧化剂可以为现有技术本领域常规使用的氧化剂，而根据本发明一些具体实施方案，所述氧化剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和过氧化苯中的一种或多种的混合。

所述还原剂可以为现有技术本领域常规使用的还原剂，而根据本发明一些具体实施方案，所述还原剂选自亚硫酸盐、亚硫酸氢盐和低价金属盐中的一种或多种的混合。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括如下步骤：

(1)将所述阴离子单体、阳离子单体加入水中；调整溶液的pH值；

(2)向步骤(1)调整完pH值的溶液中加入乳化剂和柴油，充分搅拌；

(3)通入惰性气体，并升温到60～75℃；

(4)加入引发剂，引发后停止通惰性气体，反应得到乳液聚合降阻剂。

根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(1)是调整溶液的pH值至6-7。

其中步骤(1)所述调整溶液的pH值为本领域常规操作，如加入酸性调节剂或碱性调节剂，根据本发明一些具体实施方案，所述酸性调节剂可以选自柠檬酸、硫酸或盐酸；所述碱性调节剂选自氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液或氨水。

根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(2)是将乳化剂和柴油滴加加入步骤(1)调整完pH值的溶液中。

步骤(3)所述惰性气体可以为现有技术本领域常规使用的惰性气体，而根据本发明一些具体实施方案，步骤(3)所述惰性气体为氮气。

根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(4)是在步骤(3)升温到60～75℃后，搅拌5-30min再加入引发剂。

根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(4)是在步骤(3)升温到60～75℃后，搅拌15min再加入引发剂。

根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤(4)停止通入惰性气体后反应4-14h得到所述乳液聚合降阻剂。

其中优选是停止通入惰性气体后反应12h得到所述乳液聚合降阻剂。

另一方面，本发明还提供了所述方法制备得到的油田压裂液用乳液聚合降阻剂。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述压裂液为减阻率70％以上，排量8m³/min之上的压裂液。

本发明所提供的乳液聚合降阻剂分子链在水中充分伸展，速溶；其水溶液具有较低的粘度，但具有良好的弹性，在保证较低摩阻的同时具有理想的携砂性能；其乳液聚合属性使得其水溶液具有较低的表界面张力和岩心吸附量，返排性能良好且生产工艺简单。所以本乳液聚合减阻剂能够满足页岩气的施工要求。与同类减阻剂对比，本乳液聚合减阻剂减阻性能更为理想。

又一方面，本发明还提供了所述的油田压裂液用乳液聚合降阻剂在油田压裂液中的应用。

综上所述，本发明提供了一种油田压裂液用乳液聚合降阻剂及其制备和应用。本发明的乳液聚合降阻剂具有如下优点：

1、本发明制备的乳液聚合减阻剂具有一定的表面活性，在作业施工时低粘度和较低的表面活性，无残渣、易返排，可在油田推广应用。

2、本发明制备的乳液聚合减阻剂具有良好的水溶性、在水中速溶，用量少，能够满足页岩气储层压裂施工现场连续混配的要求并能节约成本。

3、本发明制备的乳液聚合减阻剂制备方法简单，两性特征使其同时具备阴离子和阳离子性能，减阻性能更优越。可以节省化学剂的用量。

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

一种油田压裂液用乳液聚合减阻剂的制备方法，步骤如下：

各单体组分与水的重量百分比：丙烯酸钠：二甲基二烯丙基氯化铵：山梨醇酐三硬脂酸酯：十二烷基苯磺酸钠：0号柴油：过硫酸钾：H₂O＝25％：25％：0.05％：0.05％：5％：0.06％：45.84％。

(1)向1000ml的反应釜中，加入275.04g蒸馏水，100g丙烯酸钠和100g二甲基二烯丙基氯化铵，制成混合单体溶液；

(2)按顺序滴加0.3g山梨醇酐三硬脂酸酯、0.3g十二烷基苯磺酸钠和30g柴油，搅拌1h；氮气氛围下，滴加30％氢氧化钠水溶液调节pH值为7，升温到45℃；搅拌2h；

(3)加入0.36g过硫酸钾，搅拌1h，静置反应12小时得到两性乳液聚合物。

产品特殊性能指标的测定：

(1)分子量测定：

采用凝胶色谱系统联合多角激光光散射仪。样品浓度为0.08％，测定产物分子量；

(2)表界面张力：DST100表面张力仪测定表界面张力；

(3)表观粘度：六速旋转粘度计；毛细管粘度测量仪；

(4)减阻率：多功能回路摩阻测量仪。

产品性能测定结果：

1、产品数均分子量为72万；

2、将产品配制成质量分数为0.08％的水溶液；

2.1表观粘度：2.7mPa.s以上；

2.2残渣：0mg/L；

2.3表面张力：31.54mN/m，界面张力：3.20mN/m；

2.4速溶性能：3min可溶解91％；

2.5减阻性能：减阻率70％。

实施例2：

一种油田压裂液用乳液聚合减阻剂的制备方法，步骤如下：

各单体组分与水的重量百分比：丙烯酸钠：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：山梨醇酐三硬脂酸酯：十二烷基苯磺酸钠：0号柴油：过硫酸钾：H₂O＝40％：40％：0.1％：0.1％：8％：0.1％：11.3％。

(1)向1000ml的反应釜中，加入67.8g蒸馏水，240g丙烯酸钠和240g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，制成混合单体溶液；

(2)滴加0.6g山梨醇酐三硬脂酸酯、0.6g十二烷基苯磺酸钠和48g柴油，搅拌1h；氮气氛围下，滴加30％氢氧化钠水溶液调节pH值为7，升温到45℃；搅拌2h；

(3)加入0.6g过硫酸钾，搅拌1h，静置反应12小时得到两性乳液聚合物。

产品特殊性能指标的测定：

(1)分子量测定：

(2)表界面张力：DST100表面张力仪测定表界面张力；

(3)表观粘度：六速旋转粘度计；毛细管粘度测量仪；

(4)减阻率：多功能回路摩阻测量仪。

产品性能测定结果：

1、产品数均分子量为167万；

2、将产品配制成质量分数为0.08％的水溶液；

2.1表观粘度：5.4mPa.s以上；

2.2残渣：0mg/L；

2.3表面张力：35.12mN/m，界面张力：6.20mN/m；

2.4速溶性能：3min可溶解71％；

2.5减阻性能：减阻率54％。

实施例3：

一种油田压裂液用乳液聚合减阻剂的制备方法，步骤如下：

各单体组分与水的重量百分比：丙烯酸钠：丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：山梨醇酐三硬脂酸酯：十二烷基苯磺酸钠：0号柴油：过硫酸钾：H₂O＝30％：25％：0.16％：0.16％：5％：0.06％：39.78％。

(1)向1000ml的反应釜中，加入238.7g蒸馏水，180g丙烯酸钠和150g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，制成混合单体溶液；

(2)滴加0.96g山梨醇酐三硬脂酸酯、0.96g十二烷基苯磺酸钠和30g柴油，搅拌1h；氮气氛围下，滴加30％氢氧化钠水溶液调节pH值为7，升温到45℃；搅拌2h；

产品特殊性能指标的测定：

(1)分子量测定：

(2)表界面张力：DST100表面张力仪测定表界面张力；

(3)表观粘度：六速旋转粘度计；毛细管粘度测量仪；

(4)减阻率：多功能回路摩阻测量仪。

产品性能测定结果：

1、产品数均分子量为85万；

2、将产品配制成质量分数为0.08％的水溶液；

2.1表观粘度：3.9mPa.s以上；

2.2残渣：0mg/L；

2.3表面张力：25.16mN/m，界面张力：4.08mN/m；

2.4速溶性能：3min可溶解93％；

2.5减阻性能：减阻率75％。

Claims

1.一种油田压裂液用乳液聚合降阻剂的制备方法，其中，所述方法包括以阴离子单体、阳离子单体、乳化剂、柴油和引发剂以水为反应介质通过溶液法聚合，得到所述油田压裂液用乳液聚合降阻剂；所述阴离子单体、阳离子单体和水的重量比为25-40:2-40:20-50；以阴离子单体、阳离子单体、乳化剂、柴油、引发剂和水的总重量为100％计，其中乳化剂重量用量为0.05％-0.2％、柴油重量用量为2％-8％、引发剂的重量用量为0.02％-0.1％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述阴离子单体为丙烯酸钠。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和山梨醇酐三硬脂酸酯，其中两者重量比例为3-4:6-7。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述柴油为0号柴油。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述引发剂为氧化剂，或者氧化剂与还原剂一起组成的氧化还原体系；其中，优选所述氧化剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和过氧化苯中的一种或多种的混合；优选所述还原剂为低价金属盐。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述还原剂选自亚硫酸盐和亚硫酸氢盐中的一种或多种的混合。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

(1)将所述阴离子单体、阳离子单体加入水中；调整溶液的pH值；优选为调节pH至6-7；

(2)向步骤(1)调整完pH值的溶液中加入乳化剂和柴油，充分搅拌；其中优选加入为滴加；

(3)通入惰性气体，并升温到60～75℃；其中优选惰性气体为氮气；

(4)加入引发剂，引发后停止通惰性气体，反应得到乳液聚合降阻剂；其中优选步骤(3)升温到60～75℃后，搅拌5-30min再加入引发剂，其中优选搅拌15min再加入引发剂；优选停止通入惰性气体后反应4-14h得到所述乳液聚合降阻剂，其中优选反应12h。

9.权利要求1～8任意一项所述方法制备得到的油田压裂液用乳液聚合降阻剂。

10.权利要求9所述的油田压裂液用乳液聚合降阻剂在油田压裂液中的应用；优选所述压裂液为减阻率70％以上，排量8m³/min之上的压裂液。