CN106496409B - 一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液 - Google Patents

一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液。该浓缩液使得在现场施工过程中只要一个罐，一个管线、一个泵直接按照0.01‑1.0%的所需比例加入水中即可。该浓缩液通过在合成高分子减阻剂分散体系的过程中，在“水包水”聚合中用于溶解水溶性单体的水相中，引入少量的高性能水溶性氟碳表面活性剂和高性能水溶性含有季铵离子的小分子或大分子粘土稳定剂得以实现。“水包水”分散体系减阻剂可以是普通水溶高分子减阻剂，也可以是通过疏水和含氟改性的降低了分子内和分子间摩擦系数的水溶性低伤害减阻剂。

Description

一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水 浓缩液
技术领域
本发明涉及一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，属油气田工程化学剂应用技术领域。
背景技术
随着页岩油气的广泛勘探和开发，以提高储层渗透率为目的的滑溜水压裂受到越来越广泛的关注。滑溜水是指在清水或盐水中分别加入少量减阻剂、助排剂和粘土稳定剂等的工作液。在压裂施工过程中，这种工作液以高压快速的方式注入地下，压裂油气储层，提高渗透率，从而增加油气产能。
目前滑溜水压裂现场同时存放多种不同类别的化学剂包括减阻剂，助排剂和粘土稳定剂等。这些不同的化学剂可能是固体或液体，并分别以不同的包装形式在压裂施工前或者压裂施工过程中运送到施工现场。液体转移存放在现场的各种液罐中，固体存放在有适当防雨措施的专门区域并于施工过程中人工投放到混配车中与其他试剂在水中汇合生成滑溜水压裂液。
页岩油气田往往处于交通不发达地点比如山区，而且压裂现场需要同时使用多种不同的化学试剂混合配制成压裂液后才能够进行压裂施工，这样就导致了多方面问题的存在：1）首先，多种化学品运到交通不便利的山区增加运输成本和风险；2）压裂现场必须使用多个液罐或专门区域存放这些可能不相容的化学品，占据大量场地；3）使用多个管道，低压管汇、高压管汇等同时添加多种试剂，浪费了大量的人力物力，增加了处理多种化学试剂给人员带来的安全问题和操作失误风险。因此，开发出一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂功能的滑溜水浓缩体系，可以降低运输、储存、施工成本，使得人员安全隐患、施工失误概率最小化，是本领域技术人员的共同期待和努力方向。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有滑溜水压裂要使用多种助剂分别添加增加工作人员处理多种化学试剂带来的安全问题和操作失误风险的严重不足，提供一种使得在现场施工过程中只要一个罐，一个管线、一个泵直接按照0.01-1.0%的所需比例加入水中即可的兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液。
该浓缩液通过在合成高分子减阻剂分散体系的过程中，在“W/W”“水包水”聚合用于溶解水溶性单体的水相中，引入少量的高性能水溶性不含碳碳双键的氟碳表面活性剂（助排剂，降低表界面张力）和高性能水溶性含有季铵离子的小分子或大分子粘土稳定剂。水溶性不含碳碳双键的氟碳表面活性剂和水溶性季铵盐粘土稳定剂不参与减阻剂大分子的聚合，但是在聚合后与生成的减阻剂大分子同时存在于“W/W”“水包水”分散体系中。
另外，“水包水”分散体系减阻剂可以是普通水溶高分子减阻剂，也可以是通过疏水或含氟改性的降低了分子间以及分子和储层之间摩擦系数的水溶性低伤害减阻剂。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：包含水溶性单体A1、水溶性氟碳表面活性剂A2、水溶性季铵盐粘土稳定剂A3、水溶性分散剂A4、水溶性自由基引发剂A5、无机盐A6和做为溶剂的水A7，首先在机械搅拌的条件下形成均相体系，然后在升温的条件下，通过引发分散聚合获得；
上述各组分占反应体系总重量的百分比为：
水溶性单体A1： 5.0-20.0%；
水溶性氟碳表面活性剂A2： 0.1-5.0%；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3： 0.1-20.0%；
水溶性分散剂A4： 0.1-10.0%；
水溶性自由基引发剂A5： 0.000001-0.100%；
无机盐A6: 15.0-40.0%；
水A7： 余量。
所述的水溶性单体A1为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯、乙氧基化-2-羟乙基甲基丙烯酸酯、羟甲基苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰基二甲氨基乙酯氯甲烷盐、丙烯酰基二甲氨基乙酯氯甲烷盐、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酸钾、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸钾、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钾中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
所述的水溶性氟碳表面活性剂A2为包含全氟辛酸、全氟辛酸锂、全氟辛酸钠、全氟辛酸钾、全氟辛酸铵、全氟辛烷磺酸、全氟辛烷磺酸锂、全氟辛烷磺酸钠和全氟辛烷磺酸钾的不含碳碳双键的水溶性氟碳表面活性剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的水溶性季铵盐粘土稳定剂A3为包含四甲基氯化铵、氯化胆碱、丁基三甲基氯化铵、辛基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵，聚二甲基二烯丙基氯化铵的水溶性季铵盐粘土稳定剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的水溶性分散剂A4为包含聚[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化铵、聚[2-（丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化铵、聚乙烯基苄基三甲基氯化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵、水解聚丙烯酰胺、水解聚醋酸乙烯酯的水溶性分散剂的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的水溶性自由基引发剂A5为包含过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过氧化氢、2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐、2,2'-偶氮[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、偶氮二异丙基咪唑啉的水溶性自由基引发剂的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的无机盐A6为氯化钠、氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸铵、氯化钾、硫酸钠、三溴化铝、三氯化铝、硝酸铝、硫酸铝、硫酸铝钾、铬酸铵、氯酸铵、硝酸铵、氨基磺酸铵、硫化铵、亚硫酸铵、高氯酸铵、硝酸钡、钡草酸、氯化铯、铯铬酸盐、氯化钙、铬酸钙、氢氧化钙、草酸钙、高氯酸钙水合物、硝酸铜、硫酸铜、氯化亚铁、氯化铁、溴化锂、碳酸锂、氯化锂、锂次氯酸盐、锂氯酸盐、高氯酸锂、氢氧化锂、碘化锂、硝酸锂、硫化锂、锂亚硫酸盐、硫酸锂、氯化镁、高氯酸镁、硫酸镁、二氯化锰、三氯化锰、溴化钾、碳酸氢钾、亚硫酸氢钾、碳酸钾、氯酸钾、氢氧化钾、碘化钾、硝 酸钾、碘酸钾、高锰酸钾、硫酸钾、亚硫酸钾、硫化钾、溴化铷、氯化铷、 氢氧化铷、碘化铷、硝酸铷、硝酸银、碳酸氢钠、亚硫酸氢钠、硼酸钠、硼 氢化钠、溴化钠、溴酸钠、碳酸钠、氯酸钠、亚氯酸钠、亚硫酸钠、硫氢化钠、次氯酸钠、次磷酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠、高氯酸钠、高碘酸钠、高锰 酸钠、硫化钠、碳酸锶、氯化锶、硝酸锶、钛酸锶、氯化亚锡、氯化锡、氯 化钒、溴化锌、碳酸锌、氯化锌、碘化锌、硫酸锌、硫化锌中的一种或二种以上的任意比例的混合物。
以上所述的减阻剂大分子完全由水溶性单体聚合生成。
另外,减阻剂大分子可以是分子骨架上带有疏水单体单元或含氟单体单元的经过疏水或者含氟改性的水溶性减阻剂大分子。在以上所述的技术方案的基础上（原有组分不变），可在体系中引入互溶剂A8和疏水单体A9，或者引入互溶剂A8和含氟单体A10；这样生成的聚合物减阻剂分子骨架上可以带有疏水单体单元或含氟单体单元；通过疏水或含氟改性的减阻剂大分子可以降低分子间以及分子与储层间摩擦系数，进而降低其对于储层渗透率的伤害；
所述的互溶剂A8为包含乙二醇单丁醚、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜的醇、醛、酮、醚及其衍生物的互溶剂中的一种或两种以上的任意比例的混合物；
所述的疏水单体A9为包含丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯的疏水单体中的一种或两种以上的任意比例的混合物；
所述的含氟单体A10为包含五氟苯基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯、1H,1H,3H-六氟丁基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、全氟癸基丙烯酸酯的含氟单体中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液保留了原有减阻剂的减阻性能，在水力压裂中使用可以达到70%的减阻效率。同时，氟碳表面活性剂和季铵盐粘土稳定剂的引入使体系同时具有助排和粘土稳定剂的功能，表面张力30mN/m以下，界面张力0.1mN/m以下，粘土防膨70%以上。做为一种滑溜水浓缩体系，在现场施工过程中只要一个罐，一个管线、一个泵直接按照0.01-1.0%的所需比例加入水中即可，大大降低了施工风险，降低了施工成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述如下，以制取100千克兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液为例。
实施例1：
按以下各组份的重量称取水溶性单体A1、水溶性氟碳表面活性剂A2，水溶性季铵盐粘土稳定剂A3，水溶性分散剂A4，水溶性自由基引发剂A5，无机盐A6和水A7。
水溶性单体A1： 丙烯酰胺4.0千克，丙烯酸钠3.0千克；
水溶性氟碳表面活性剂A2： 全氟辛酸钠0.5千克；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3： 氯化胆碱5.0千克；
水溶性分散剂A4： 聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠1.0千克；
水溶性自由基引发剂A5： 过硫酸铵0.0010千克；
无机盐A6： 氯化钠5.0千克，硫酸铵15.0千克；
水A7： 66.499千克。
将上述的水溶性单体A1，水溶性氟碳表面活性剂A2，水溶性季铵盐粘土稳定剂A3，水溶性分散剂A4，水溶性自由基引发剂A5，无机盐A6和水A7在机械搅拌的条件下首先溶解，然后升温到60-80°C引发分散棸合，聚合完全后的体系即为兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液。
实施例2：
按以下各组份的重量称取水溶性单体A1，水溶性氟碳表面活性剂A2，水溶性季铵盐粘土稳定剂A3，水溶性分散剂A4，水溶性自由基引发剂A5，无机盐A6，互溶剂A8，疏水单体A9和水A7。
水溶性单体A1： 丙烯酰胺3.0千克，丙烯酸钠3.0千克；
水溶性氟碳表面活性剂A2： 全氟辛酸钠0.5千克；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3： 氯化胆碱8.0千克；
水溶性分散剂A4： 聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠1.0千克；
水溶性自由基引发剂A5： 过硫酸铵0.0010千克
无机盐A6： 氯化钠5.0千克，硫酸铵15.0千克；
互溶剂A8： 乙二醇单丁醚10.0千克；
疏水单体A9： 丙烯酸甲酯0.20千克；
水A7： 54.299千克。
将上述的水溶性单体A1，水溶性氟碳表面活性剂A2，水溶性季铵盐粘土稳定剂A3，水溶性分散剂A4，水溶性自由基引发剂A5，无机盐A6，互溶剂A8，疏水单体A9和水A7在机械搅拌的条件下首先溶解，然后升温到60-80°C引发分散棸合，聚合完全后的体系即为兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液。
实施例3：
按以下各组份的重量称取水溶性单体A1、水溶性氟碳表面活性剂A2，水溶性季铵盐粘土稳定剂A3，水溶性分散剂A4，水溶性自由基引发剂A5，无机盐A6，互溶剂A8，含氟单体A10，水A7。
水溶性单体A1： 丙烯酰胺3.0千克，丙烯酸钠3.0千克；
水溶性氟碳表面活性剂A2： 全氟辛酸钠0.50千克；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3: 氯化胆碱8.0千克；
水溶性分散剂A4： 聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠1.0千克；
水溶性自由基引发剂A5: 过硫酸铵0.0010千克
无机盐A6: 氯化钠5.0千克，硫酸铵15.0千克；
互溶剂A8: 乙二醇单丁醚10.0千克；
含氟单体A10: 全氟癸基丙烯酸酯0.20千克；
水A7: 54.299千克。
将上述的水溶性单体A1，水溶性氟碳表面活性剂A2，水溶性季铵盐粘土稳定剂A3，水溶性分散剂A4，水溶性自由基引发剂A5，无机盐A6，共溶剂A8，含氟单体A10和水A7在机械搅拌的条件下首先溶解，然后升温到60-80°C引发分散棸合，聚合完全后的体系即为兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：包含水溶性单体A1、水溶性氟碳表面活性剂A2、水溶性季铵盐粘土稳定剂A3、水溶性分散剂A4、水溶性自由基引发剂A5、无机盐A6和做为溶剂的水A7，首先在机械搅拌的条件下形成均相体系，然后在升温的条件下，通过引发分散聚合获得；
上述各组分占反应体系总重量的百分比为：
水溶性单体A1： 5.0-20.0%；
水溶性氟碳表面活性剂A2： 0.1-5.0%；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3： 0.1-20.0%；
水溶性分散剂A4： 0.1-10.0%；
水溶性自由基引发剂A5： 0.000001-0.100%；
无机盐A6: 15.0-40.0%；
水A7： 余量。
2.根据权利要求1所述的一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：所述的水溶性单体A1为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯、乙氧基化-2-羟乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰基二甲氨基乙酯氯甲烷盐、丙烯酰基二甲氨基乙酯氯甲烷盐、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酸钾、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸钾、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、2-丙烯酰胺基- 2-甲基丙烷磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钾中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：所述的氟碳表面活性剂A2为包含全氟辛酸、全氟辛酸锂、全氟辛酸钠、全氟辛酸钾、全氟辛酸铵、全氟辛烷磺酸、全氟辛烷磺酸锂、全氟辛烷磺酸钠、全氟辛烷磺酸钾的水溶性氟碳表面活性剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：所述的季铵盐粘土稳定剂A3为包含四甲基氯化铵、氯化胆碱、丁基三甲基氯化铵、辛基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵，聚二甲基二烯丙基氯化铵的水溶性季铵盐粘土稳定剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：所述的水溶性分散剂A4为包含聚[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化铵、聚[2-（丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化铵、聚乙烯基苄基三甲基氯化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵、水解聚丙烯酰胺、水解聚醋酸乙烯酯的水溶性分散剂的一种或两种以上任意比例的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：所述的水溶性自由基引发剂A5为包含过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过氧化氢、2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐、2,2'-偶氮[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、偶氮二异丙基咪唑啉的水溶性自由基引发剂的一种或两种以上任意比例的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：所述的无机盐A6为氯化钠、氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸铵、氯化钾、硫酸钠、三溴化铝、三氯化铝、硝酸铝、硫酸铝、硫酸铝钾、铬酸铵、氯酸铵、硝酸铵、氨基磺酸铵、硫化铵、亚硫酸铵、高氯酸铵、硝酸钡、氯化铯、铯铬酸盐、氯化钙、铬酸钙、高氯酸钙水合物、硝酸铜、硫酸铜、氯化亚铁、氯化铁、溴化锂、碳酸锂、氯化锂、锂次氯酸盐、锂氯酸盐、高氯酸锂、碘化锂、硝酸锂、硫化锂、锂亚硫酸盐、硫酸锂、氯化镁、高氯酸镁、硫酸镁、二氯化锰、三氯化锰、溴化钾、碳酸氢钾、亚硫酸氢钾、碳酸钾、氯酸钾、碘化钾、硝酸钾、碘酸钾、高锰酸钾、硫酸钾、亚硫酸钾、硫化钾、溴化铷、氯化铷、碘化铷、硝酸铷、硝酸银、碳酸氢钠、亚硫酸氢钠、硼酸钠、硼 氢化钠、溴化钠、溴酸钠、碳酸钠、氯酸钠、亚氯酸钠、亚硫酸钠、硫氢化钠、次氯酸钠、次磷酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠、高氯酸钠、高碘酸钠、高锰酸钠、硫化钠、氯化锶、硝酸锶、氯化亚锡、氯化锡、氯化钒、溴化锌、氯化锌、碘化锌、硫化锌中的一种或二种以上的任意比例的混合物。
8.根据权利要求1-7所述的一种兼具减阻剂、助排剂和粘土稳定剂性质的多功能滑溜水浓缩液，其特征在于：在权利要求1-7所述组分的基础上，体系中在聚合之前可引入互溶剂A8和疏水单体A9，或者在聚合之前引入互溶剂A8和含氟单体A10，这样引发分散聚合后生成的减阻剂大分子为疏水或含氟修饰的水溶性聚合物减阻剂大分子；
所述的互溶剂A8为包含乙二醇单丁醚、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜的的互溶剂中的一种或两种以上的任意比例的混合物；
所述的疏水单体A9为包含丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯 酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯的疏水单体中的一种或两种以上的任意比例的混合物；
所述的含氟单体A10为包含五氟苯基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯、1H,1H,3H-六氟丁基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、全氟癸基丙烯酸酯的含氟单体中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
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