CN105419768A - 速溶油包水型降阻剂及其制备方法 - Google Patents

速溶油包水型降阻剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了速溶油包水型降阻剂及其制备方法，所述降阻剂是通过反相乳液聚合的方式合成，具体是将水溶性单体溶于水相中，在搅拌作用下借助乳化剂分散于非极性液体中形成油包水型乳液，由引发剂引发而进行聚合反应。其中水相基本组成为丙烯酰胺、甲基丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；油相基本组成为白油、复配表面活性剂。本发明合成的油包水型降阻剂为乳白色胶乳液，为高分子聚合物，稳定性好，具有一定的流动性，可以直接使用，在水中溶解速度快，用该降阻剂配制滑溜水压裂液具有用量少、抗高温、抗盐、抗剪切等性能，适合在线连续混配工艺，降阻率可以达到69.6％，对储层伤害非常低。

Description

速溶油包水型降阻剂及其制备方法
技术领域
本发明属于油气井致密页岩储层改造技术领域，尤其是涉及一种速溶油包水型降阻剂及其制备方法。
背景技术
随着国外如美国、加拿大等国家页岩气商业开发的巨大成功，刺激了我国进入页岩气开发的热潮。水力压裂一直是油气藏开采过程中最有效的增产措施技术，常规油气井储层改造采用冻胶压裂液，而页岩气井储层改造需用特殊的压裂液，即滑溜水压裂液。它是由高分子或超高分子聚合物、水、助剂配制而成，使其具有低粘度、低摩阻的性能，从而大幅降低开采成本，获得非常高的产能。由此滑溜水降阻剂被广泛使用，且需求量非常巨大。
利用滑溜水进行储层改造，特点是排量高、规模大，而现场空间相对有限，因此对配液设备和储液设备有非常高的要求，如果是边配液边施工可以很好的解决这个问题，因此在线连续混配被公认为行之有效的解决途径。在线混配对降阻剂的要求非常高，必须速溶型的减阻剂。原有的天然聚合物和人工合成的粉末状聚合物都不能满足在线连续混配的要求。
因此，速溶型滑溜水降阻剂的开发成为热点。但这种降阻剂必须满足的性能：本身为液态，且流动性能好；溶液性能稳定，不发生分层或沉淀；用量少，减少运输或储存过程中的费用；溶解迅速，2min内完全溶解；具有一定的抗温、抗盐、抗剪切性能。合成这种高分子聚合物目前大多采用水溶液法或乳液聚合法。由于聚合物本身是一种高分子物质，聚合后溶液聚合物产物本身粘度大，溶解时间长，无法满足在线连续混配的要求。乳液聚合具有聚合反应速度快、分子量高、聚合反应后期粘度也很低等优点被广泛应用。
专利《页岩气滑溜水压裂液用降阻剂及其制备方法》(专利申请号：201310712341.7)中公布了一种滑溜水的降阻剂，具有耐高温、低摩阻、低膨胀、低伤害、易返排和溶解速度快的特点，但乳液聚合反应后的产物本身粘度非常高，粘度值高达1190和1220mPa·s，如此粘稠的降阻剂产品流动性能非常差，给在线连续混配带来极大的难度。
专利《滑溜水压裂液减阻剂及其制备方法》(专利申请号：201310020401.9)中公开了一种通过乳液聚合的方法合成减阻剂，减阻剂具有稳定性好、溶解速度快、减阻效果好等特点，但未见有抗温、抗剪切性性能的介绍。对于一些情况复杂的深层井位，地层温度较高，若减阻剂在高温下发生水解或降解，减阻效果就会大打折扣。
在本发明中，综合考虑了各种地层情况，根据抗高温、抗盐、抗剪切性能，优选出三种功能单体，通过乳液聚合的方式合成出降阻剂产品。该降阻剂可以直接使用、分子量高，在水中分散容易、溶解快速，可以达到在线连续混配的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种速溶油包水型降阻剂，以解决页岩气用滑溜水压裂液体系在应用过程中各种技术难题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种速溶油包水型降阻剂的制备方法，包括如下的重量份数的原料，单体丙烯酰胺35～55份、甲基丙烯酸5～10份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸20～40份、复配表面活性剂2.5～10份、基础油50～70份、引发剂8～16份。
进一步的，所述速溶油包水型降阻剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)水相配制：将单体丙烯酰胺、甲基丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸按质量比(3～8)：1：(3～8)混合，溶于水中，三者混合后的浓度为15％～40％，并不断搅拌，使其充分溶解，并调节pH值至7～8备用。
(2)油相配制：将复配表面活性剂与基础油按质量比(0.5～3):10混合，在搅拌作用下使其混合均匀，形成性质均一的油相；复配表面活性剂为非离子型表面活性剂失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚，调整非离子型表面活性剂失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚的比例至HLB值为4～10；
(3)反相乳液聚合：将配制的油相倒入反应器中，再将反应器置于10～40℃的低温恒温水浴槽中，开启搅拌器高速搅拌，将配制的水溶液缓慢加入油相中，在高速搅拌器的搅拌下形成微乳液；同时通氮气高速搅拌除氧，搅拌20min～40min后，再将引发剂滴入反应器中，并将反应器密闭。引发成功后反应2～3h反应结束，得到所需的降阻剂。
进一步的，所述步骤(2)中基础油是白油、煤油或环己烷中一种或几种组合而成。
进一步的，所述步骤(3)中，油水相质量比例为1：(1～3)。
进一步的，所述步骤(3)所用引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠氧化还原引发剂、偶氮类引发剂与过硫酸铵组成的氧化还原引发剂的一种或几种组合，引发剂用量为单体质量的0.1％～0.15％。
相对于现有技术，本发明所述的油包水型降阻剂具有以下优势：
(1)本发明合成的油包水型降阻剂为乳白色胶乳液，为高分子聚合物，稳定性好，具有一定的流动性，可以直接使用，在水中搅拌2min内完全溶解。
(2)用该降阻剂配制滑溜水压裂液具有用量少、抗高温、抗盐、抗剪切等性能，适用于在线连续混配工艺。
(3)通过流动回路降阻率测试装置进行测试，降阻率可以达到69.6％。
(4)且与其他添加剂配伍性好，对储层伤害非常低。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的降阻剂配制滑溜水压裂液并进行流量与降阻率测试的关系曲线图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
根据质量比6:1:3分别用精密天平秤取单体单体丙烯酰胺48.0g，甲基丙烯酸8.0g，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸24.0g，混合均匀后溶于120.0g水中，并不断搅拌，直到单体完全溶解后溶液变澄清，用Na2CO3调节pH值至7.0左右，水相配制成功。
用精密天平秤取白油60.0g，在搅拌状态下加入复配表面活性剂3.0g，使其两者完全溶解。所述复配表面活性剂是将Span-80和Tween-80以7:3比例混合制备而成，且该复配乳化剂的HLB值为7.5。
然后，先将油相倒入250mL三口烧瓶中，三口烧瓶置于20℃恒温水浴槽中，不断搅拌；再将水相缓慢滴入油相中，使其充分乳化，形成微乳液。高速搅拌条件下通氮气除氧30min，并保持为密闭环境。
最后将过硫酸铵/亚硫酸氢钠氧化还原引发剂分别配成溶液，引发剂的量为单体质量的0.15％，向微乳液中滴加引发剂，若发现温度有略微上升，即为引发成功。引发成功后继续反应3h，既得目标产物降阻剂样品。
对上述样品进行稳定性测试：
将降阻剂样品倒入样品瓶中，室温下放置不同时间观察样品本身的稳定性，结果如表1中。
表1降阻剂样品自身稳定性实验
放置时间 实验现象
1天 无分层，均匀乳白色胶乳液
1周 无分层，均匀乳白色胶乳液
2周 无分层，均匀乳白色胶乳液
3周 无分层，均匀乳白色胶乳液
4周 无分层，均匀乳白色胶乳液
对该样品进行配伍性实验测试，将该样品按质量比0.1％与防膨剂、助排剂配制溶液，溶液性能稳定，未见分层、沉淀等现象发生，说明该样品的配伍性好。同时利用流动回路降阻率测试装置对降阻剂进行降阻率测试，实验结果列于表2中。
降阻率计算公式为：
式中为降阻率，％；△Pw为清水在管路中流动时压差，Pa；△P为降阻剂溶液在管路中流动时的压差，Pa。
表2降阻剂质量浓度为0.1％的降阻率测试实验数据
根据上面测试结果可以看出，降阻剂的降阻率在排量为0.30m3/h时降阻率为69.6％，完全达到了现场应用的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种速溶油包水型降阻剂的制备方法，其特征在于：包括如下的重量份数的原料，单体丙烯酰胺35～55份、甲基丙烯酸5～10份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸20～40份、复配表面活性剂2.5～10份、基础油50～70份、引发剂8～16份。
2.根据权利要求1所述的一种速溶油包水型降阻剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠氧化还原引发剂、偶氮类引发剂与过硫酸铵组成的氧化还原引发剂的一种或几种组合，引发剂用量为单体质量的0.1％～0.15％。
3.根据权利要求1所述的一种速溶油包水型降阻剂的制备方法，其特征在于：所述基础油是白油、煤油或环己烷中一种或几种组合而成。
4.根据权利要求1所述的一种速溶油包水型降阻剂的制备方法，其特征在于：所述复配表面活性剂为非离子型表面活性剂失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚。
5.一种制备如权利要求1～4任一项所述的速溶油包水型降阻剂的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)水相配制：将单体丙烯酰胺、甲基丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸按质量比(3～8)：1：(3～8)混合，溶于水中，三者混合后的浓度为15％～40％，并不断搅拌，使其充分溶解，并调节pH值至7～8备用。
(2)油相配制：将复配表面活性剂与基础油按质量比(0.5～3):10混合，在搅拌作用下使其混合均匀，形成性质均一的油相，调整非离子型表面活性剂失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚的比例至HLB值为4～10；
(3)反相乳液聚合：将步骤(2)配制的油相倒入反应器中，再将反应器置于10～40℃的低温恒温水浴槽中，开启搅拌器高速搅拌，将步骤(1)配制的水溶液缓慢加入油相中，在高速搅拌器的搅拌下形成微乳液；同时通氮气高速搅拌除氧，搅拌20min～40min后，再将引发剂滴入反应器中，并将反应器密闭。引发成功后反应2～3h反应结束，得到所需的降阻剂。
6.根据权利要求5所述的速溶油包水型降阻剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，油水相质量比例为1：(1～3)。
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