CN109054799A - 环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂及其制备方法。稠化剂由如下质量分数的组份构成：亲水单体85.5%～86.5%；阳离子单体7.5%～8.5%；阴离子单体5.5%～6.5%；超分子作用单体0.5%～1%。本发明可实现一种稠化剂通过仅改变浓度用作页岩气藏体积改造所需的所有多种压裂液体系，相对于常规乳液降阻剂，不含白油，转化率更高，产品整体更加环保、易于降解、达到无毒标准。

Description

环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂及其制备方法，属于试油工程技术领域。
背景技术
体积改造是目前页岩气资源开发的重要手段，多采用以低粘度的乳液降阻滑溜水为主体、线性胶与交联冻胶为辅的混合压裂液模式。与传统压裂模式相比，该混合压裂液在应用过程中表现出了良好的改造效果，但是，也显现出一系列生产问题：乳液降阻滑溜水含油量大、分子量大导致的环保问题；携砂能力差；核心添加剂不同导致的工艺流程复杂。
1、常规乳液降阻剂的环保问题：常规乳液降阻剂含有70%的白油，进入地层有一定的环保风险，且油类物质也会造成返排液处理困难。并且常规乳液降阻剂仅靠线性分子结构减阻，分子量更大，难于降解。
2、携砂能力差：常规降阻滑溜水所使用的减阻剂多为长链线性高分子聚合物，其结构粘度低，对支撑剂的输送能力差，结果必然导致支撑剂过早沉降，无法运移至裂缝远端，实现支撑剂均匀铺置，进而影响裂缝导流能力。而且，携砂能力差还会直接导致用于携砂的压裂液量增加，造成用水量增加。所以，在满足减阻性能的前提下，提升滑溜水压裂液的携砂能力是提升体积压裂改造效果、减少用水量进而提高设备利用率的有效途径。
3、核心添加剂不同导致的工艺流程复杂：目前采用以低粘度的降阻滑溜水为主体、线性胶与交联冻胶为辅的混合压裂液。多体系复合压裂时，由于核心添加剂不同，现场施工时通常需要进行流程切换才能实现体系间的转换，造成工艺流程复杂、人力资源与添加剂材料的不必要浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂及其制备方法。本发明可实现一种稠化剂通过仅改变浓度用作页岩气藏体积改造所需的所有多种压裂液体系，相对于常规乳液降阻剂，不含白油，转化率更高，产品整体更加环保、易于降解、达到无毒标准。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂，其特征在于，由如下质量分数的组份构成：
亲水单体 85.5%～86.5%；
阳离子单体 7.5%～8.5%；
阴离子单体 5.5%～6.5%；
超分子作用单体 0.5%～1%。
所述亲水单体为丙烯酰胺。
所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
所述阴离子单体为丙烯酸纳。
所述超分子作用单体为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵和十八烷基二甲基烯丙基氯化铵按照质量比2.5:1混合的混合物。
一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将4种单体按照比例加入反应釜中，用纯水充分溶解成总单体质量分数为30%~35%的水溶液，加入链转移剂，并调节pH值至7±0.1；
2）加热反应釜至30~35℃，通入氮气30~60min除氧；
3）加入氧化还原反应引发剂；
4）待反应釜温度升至40~45℃，加入偶氮引发剂；
5）反应6h后，造粒水解，水解度控制在30%~40%；
6）干燥后制粉。
所述的链转移剂为甲酸钠，加量为单体总质量的0.1%~0.4%。
所述的氧化还原反应引发剂为甲醛合次硫酸氢钠和过硫酸铵，其加量分别为单体总质量的0.005%~0.02%和0.01%~0.05%。
所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮二异丁脒盐酸盐的一种或按任意比例的混合，其加量为单体总质量的0.01%~0.05%。
所述水解是采用氢氧化钠和碳酸钠按质量比1:3的混合物为水解剂，水解温度60~80℃，水解时间4h，水解度30%~40%。
采用本发明的优点在于：
（1）本发明提供环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂产品，相对于常规乳液降阻剂，不含白油；并且利用微量的超分子作用单体，使得仅需较小的分子量就可以实现高效减阻；分子量降低也会有利于转化率的提高，大幅降低未完全转化的有害单体含量，产品整体更加环保、易于降解、达到无毒标准（EC50>20000mg/L、LD50>5000mg/kg）。
（2）本发明提供环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂产品，可实现一种稠化剂通过仅改变浓度用作页岩气藏体积改造所需的所有5种压裂液体系，即：滑溜水、增黏滑溜水、线性胶、弱凝胶、冻胶，提升携砂能力的同时大幅简化了施工流程。
（3）本发明适用于页岩气藏体积改造，可以降低用量的同时，大幅简化了施工流程，多用稠化剂本身无毒环保，展现出广阔的应用前景。
附图说明
图1为0.02%多用途页岩气藏体积改造用稠化剂形成体系后用作滑溜水减阻性能曲线。
图2为0.08%多用途页岩气藏体积改造用稠化剂形成体系后用作增黏滑溜水减阻性能曲线。
图3为0.15%多用途页岩气藏体积改造用稠化剂形成体系后用作线性胶减阻性能曲线。
图4为0.5%多用途页岩气藏体积改造用稠化剂形成体系后用作冻胶的110℃耐温耐剪切性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例按200kg生产对本发明进行说明。
反应釜内加入500kg清水，加入171kg丙烯酰胺、16kg甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、12kg丙烯酸钠、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵和十八烷基二甲基烯丙基氯化铵按照质量比2.5:1混合的混合物1kg，调节pH值7.0，加入链转移剂甲酸钠0.3kg。加热反应釜至35℃，通入氮气40min除氧。加入氧化还原反应引发剂：10g甲醛合次硫酸氢钠和30g过硫酸铵。待反应釜温度升至40℃，加入偶氮引发剂偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐30g。反应6h后，造粒，采用氢氧化钠和碳酸钠按质量比1:3的混合物为水解剂，水解温度60℃，水解时间4h，水解度35%。干燥造粒后粉碎过100目筛后可得产品。
产品配制滑溜水体系，浓度0.02%，降阻率75.5%；配制增黏滑溜水体系，浓度0.08%，表观粘度9.5mPa.s, 降阻率71%；配制线性胶体系，浓度0.15%，表观粘度22mPa.s，降阻率62%；配制弱凝胶体系，浓度0.4%，悬砂性能良好，200kg/m3石英砂，静置2h无明显沉降。配制冻胶体系，浓度0.5%，耐温110℃以上，170s-1连续剪切60min，黏度63mPa.s，破胶液残渣≤100mg/L。
实施例2
本实施例按200kg生产对本发明进行说明。
反应釜内加入500kg清水，加入173kg丙烯酰胺、15kg二甲基二烯丙基氯化铵、11kg丙烯酸钠、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵和十八烷基二甲基烯丙基氯化铵按照质量比2.5:1混合的混合物1kg，调节pH值7.1，加入链转移剂甲酸钠0.2kg。加热反应釜至30℃，通入氮气50min除氧。加入氧化还原反应引发剂：12g甲醛合次硫酸氢钠和35g过硫酸铵。待反应釜温度升至45℃，加入偶氮引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐25g。反应6h后，造粒，采用氢氧化钠和碳酸钠按质量比1:3的混合物为水解剂，水解温度80℃，水解时间4h，水解度40%。干燥造粒后粉碎过100目筛后可得产品。
产品配制滑溜水体系，浓度0.02%，降阻率74%；配制增黏滑溜水体系，浓度0.08%，表观粘度9mPa.s, 降阻率70.5%；配制线性胶体系，浓度0.15%，表观粘度24mPa.s，降阻率61%；配制弱凝胶体系，浓度0.4%，悬砂性能良好，200kg/m3石英砂，静置2h无明显沉降。配制冻胶体系，浓度0.5%，耐温110℃以上，170s-1连续剪切60min，黏度67mPa.s，破胶液残渣≤100mg/L。
实施例3
通过本发明配制，滑溜水体系降阻率≥70%（图1所示），相对常规乳液降阻剂，用量减少70%以上，配制每方滑溜水压裂液的成本降低50%以上。增黏滑溜水体系表观粘度≥10mPa.s, 降阻率≥70%（图2所示）。线性胶体系表观粘度≥20mPa.s、降阻率≥60%（图3所示）；弱凝胶体系，悬砂性能良好，200kg/m3石英砂，静置2h无明显沉降。冻胶体系耐温110℃以上，170s-1连续剪切60min，黏度≥50mPa.s，破胶液残渣≤100mg/L（图4所示）。
实施例4
一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂，由如下质量分数的组份构成：
亲水单体 85.5%～86.5%；
阳离子单体 7.5%～8.5%；
阴离子单体 5.5%～6.5%；
超分子作用单体 0.5%～1%。
所述亲水单体为丙烯酰胺。
所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
所述阴离子单体为丙烯酸纳。
所述超分子作用单体为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵和十八烷基二甲基烯丙基氯化铵按照质量比2.5:1混合的混合物。
一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂的制备方法，包括如下步骤：
1）将4种单体按照比例加入反应釜中，用纯水充分溶解成总单体质量分数为30%~35%的水溶液，加入链转移剂，并调节pH值至7±0.1；
2）加热反应釜至30~35℃，通入氮气30~60min除氧；
3）加入氧化还原反应引发剂；
4）待反应釜温度升至40~45℃，加入偶氮引发剂；
5）反应6h后，造粒水解，水解度控制在30%~40%；
6）干燥后制粉。
所述的链转移剂为甲酸钠，加量为单体总质量的0.1%~0.4%。
所述的氧化还原反应引发剂为甲醛合次硫酸氢钠和过硫酸铵，其加量分别为单体总质量的0.005%~0.02%和0.01%~0.05%。
所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮二异丁脒盐酸盐的一种或按任意比例的混合，其加量为单体总质量的0.01%~0.05%。
所述水解是采用氢氧化钠和碳酸钠按质量比1:3的混合物为水解剂，水解温度60~80℃，水解时间4h，水解度30%~40%。
实施例5
本实施例与上述实施例基本相同，主要区别在于：
一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂，由如下质量分数的组份构成：
亲水单体 85.5%；
阳离子单体 7.5%；
阴离子单体 6.5%；
超分子作用单体 0.5%。
所述亲水单体为丙烯酰胺。
一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂的制备方法，包括如下步骤：
1）将4种单体按照比例加入反应釜中，用纯水充分溶解成总单体质量分数为30%的水溶液，加入链转移剂，并调节pH值至7±0.1；
2）加热反应釜至30℃，通入氮气60min除氧；
3）加入氧化还原反应引发剂；
4）待反应釜温度升至45℃，加入偶氮引发剂；
5）反应6h后，造粒水解，水解度控制在35%；
6）干燥后制粉。
所述的链转移剂为甲酸钠，加量为单体总质量的0.4%。
所述的氧化还原反应引发剂为甲醛合次硫酸氢钠和过硫酸铵，其加量分别为单体总质量的0.005%和0.05%。
所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮二异丁脒盐酸盐的一种或按任意比例的混合，其加量为单体总质量的0.05%。
所述水解是采用氢氧化钠和碳酸钠按质量比1:3的混合物为水解剂，水解温度80℃，水解时间4h。

Claims (10)

1.一种环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂，其特征在于，由如下质量分数的组份构成：
亲水单体 85.5%～86.5%；
阳离子单体 7.5%～8.5%；
阴离子单体 5.5%～6.5%；
超分子作用单体 0.5%～1%。
2.根据权利要求1所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂，其特征在于：所述亲水单体为丙烯酰胺。
3.根据权利要求2所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂，其特征在于：所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
4.根据权利要求3所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂，其特征在于：所述阴离子单体为丙烯酸纳。
5.根据权利要求4所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂，其特征在于：所述超分子作用单体为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵和十八烷基二甲基烯丙基氯化铵按照质量比2.5:1混合的混合物。
6.根据权利要求1所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将4种单体按照比例加入反应釜中，用纯水充分溶解成总单体质量分数为30%~35%的水溶液，加入链转移剂，并调节pH值至7±0.1；
2）加热反应釜至30~35℃，通入氮气30~60min除氧；
3）加入氧化还原反应引发剂；
4）待反应釜温度升至40~45℃，加入偶氮引发剂；
5）反应6h后，造粒水解，水解度控制在30%~40%；
6）干燥后制粉。
7.根据权利要求6所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂的制备方法，其特征在于：所述的链转移剂为甲酸钠，加量为单体总质量的0.1%~0.4%。
8.根据权利要求7所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂的制备方法，其特征在于：所述的氧化还原反应引发剂为甲醛合次硫酸氢钠和过硫酸铵，其加量分别为单体总质量的0.005%~0.02%和0.01%~0.05%。
9.根据权利要求8所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂的制备方法，其特征在于：所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮二异丁脒盐酸盐的一种或按任意比例的混合，其加量为单体总质量的0.01%~0.05%。
10.根据权利要求9所述的环保多用途页岩气藏体积改造用稠化剂的制备方法，其特征在于：所述水解是采用氢氧化钠和碳酸钠按质量比1:3的混合物为水解剂，水解温度60~80℃，水解时间4h。
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