CN109749009B - 一种减阻膜组合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田增产用的减阻组合物技术领域，具体公开了一种减阻膜组合物的制备方法，包括以下步骤：(1)准备以下原料：水、丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、多烯胺、二甲基二烯丙基氯化铵和引发剂；(2)在反应釜内加入水，升温；(3)搅拌反应釜内的物料，然后依次加入丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、多烯胺、二甲基二烯丙基氯化铵，继续搅拌15‑20min；(4)当物料温度稳定在65‑75℃时，继续搅拌，加入引发剂；然后继续搅拌4‑7min；(5)反应3.5‑4.5h后，检测产品的减阻率，减阻率达到25％以上后出料；减阻率达不到要求，加入氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行调整。本方案的制备得到减阻膜组合物减阻性能优越，能够快速溶解在清水中，对清水进行减阻。
Description
技术领域
本发明属于油田增产用的减阻组合物技术领域，尤其涉及一种减阻膜组合物的制备方法。
背景技术
在油气田开发生产过程中，当油气井钻完后需要压裂投产，油气井生产到一定阶段后，产能和渗透率逐渐降低，为了增加油气井的生产能力，提高油气井产量，需要采取压裂技术进行改造。压裂工艺分为水力压裂和高能气体压裂两大类，目前压裂多采用水力压裂方式。压裂液是水力压裂的重要组成部分，水基压裂液是以水为分散介质，向其中加入稠化剂、添加剂配制而成的，主要采用三种水溶性聚合物作为稠化剂，即植物胶(瓜胶、田菁、魔芋等)、纤维素衍生物及合成聚合物，这几种高分子聚合物在水中溶胀成溶胶，交联后形成粘度极高的冻胶。压裂液配制好后，利用地面高压泵车车组将压裂液及支撑剂送入地层，支撑剂防止裂缝闭合从而增加油气井产能。
成功的压裂作业要求压裂液除具有较高的粘度外，还要求能够迅速破胶，作业后迅速返排，泵送期间摩阻较低，同时还要经济可行。现有的携带液中添加的稠化剂、添加剂存在成本高、对储层伤害严重、对环境污染大的缺点，而且使用现有的携带液在实际应用过程中发现破胶不彻底、返排效率不高的情况仍然存在。采用清水携砂的压裂方式能从根本上解决上述对环境污染大、破胶不彻底、返排率不高的问题，但是清水携砂存在一个无法避免的弊病-泵送摩阻高，泵送摩阻高给施工作业带来了极大的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减阻膜组合物的制备方法，使用制备得到的减阻膜组合物能够解决清水携砂泵送摩阻高的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种减阻膜组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备以下原料：水、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、多烯胺、二甲基二烯丙基氯化铵和引发剂；
(2)在反应釜内加入水，升温到65-75℃；
(3)搅拌反应釜内的物料，然后依次向反应釜内加入丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、多烯胺、二甲基二烯丙基氯化铵，原料加入后，继续搅拌15-20min后停止；
(4)当步骤(3)的物料温度稳定在65-75℃时，继续搅拌，加入引发剂；然后继续搅拌4-7min后停止；
(5)反应3.5-4.5h后，检测产品的减阻率，减阻率达到25％以上后出料；减阻率达不到要求，加入浓度为1.0-1.5％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行调整，直至合格。
本基础方案的有益效果在于：
1、本方案的减阻膜组合物通过丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、多烯胺、二甲基二烯丙基氯化铵等原料聚合得到。制备本方案减阻膜组合物的原料是极有讲究的，只有选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵等原料才能制得流动性好、减阻率可调节的减阻膜组合物。二甲基二烯丙基氯化铵是属于高电荷密度的阳离子单体，与丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚后，将季铵基基团引入到减阻膜组合物中，因而具有极强的极性和对阴离子性物质的亲合力，从而保证制备得到的减阻膜组合物具有较好的流动性。良好的流动性是保证减阻膜组合物能在支撑剂表面覆膜成功的关键，采用其他原料，减阻膜组合物的流动性得不到保证。选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸作为其中的一种原料也是得到本方案减阻膜组合物很关键的一个因素，依据减阻的原理我们知道，减阻作用主要是通过表面活性剂或者是高分子聚合物来实现。因此选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺、多烯胺、二甲基二烯丙基氯化铵进行共聚，将磺酸基团引入到减阻膜组合物中，当聚合反应完成后通过加入1.0-1.5％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，将磺酸基团中和，得到含有磺酸钠或磺酸钾基团的聚合物，最终生成的减阻膜组合物为聚合物类表面活性剂，能有效达到减阻的目的。
2、本发明通过化学方法合成出一种减阻膜组合物，该减阻膜组合物能在清水中快速溶解，对清水进行减阻，减阻率能够高达62.8％，具有良好的减阻性能。
3、现有的减阻剂通常为乳液型的减阻剂，通过乳液聚合得到，该减阻剂用在压裂作业时具体使用方法为：将减阻剂、水和瓜尔胶等增稠剂共同配制成压裂液，利用该压裂液将支撑剂输送到油田中，使用方法较为复杂，而且现场配制过程更为麻烦。本发明的减阻膜组合物与现有的减阻剂有着不同的特性，减阻膜组合物具有良好的流动性且能在支撑剂的表面覆盖形成一层减阻膜，而乳液型的减阻剂由于其特征，并不能在支撑剂表面覆膜。基于减阻膜组合物的特性，本发明的减阻膜组合物与现有的乳液型减阻剂有着完全不同的使用方法，具体使用方法为：利用制备得到的减阻膜组合物在支撑剂的表面覆盖形成一层减阻膜，施工时，直接将覆了减阻膜的支撑剂和清水按一定比例送入泵送车组，由泵送车组将支撑剂和清水直接泵入油田即可，使用方法简单，而且也免去了配制压裂液的麻烦。
4、现有的减阻剂一旦制作完成，其减阻率是相对固定的，无法进行调整，一旦减阻率不符合要求，制备的减阻剂无法使用，会造成极大的浪费。而本发明制备得到的减阻膜组合物，制备后其减阻率还可以进行调整，能够确保减阻率符合要求，避免了减阻膜组合物由于不能使用而造成资源浪费的问题。
进一步，所述水720-760份、丙烯酰胺60-80份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸70-90份、多烯胺20-40份、二甲基二烯丙基氯化铵70-90份和引发剂4-6份。
现有的一些乳液型减阻剂也有用到丙烯酰胺作为其中一种原料的，除了水以外丙烯酰胺的用量是最多的。但在本方案中，明显降低了丙烯酰胺的用量，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵三者的比例中，丙烯酰胺占有的用量不足1/3，本发明通过严格控制原料的种类以及用量，确保本方案的减阻膜组合物具有需要的性能，如粘度适中、具有良好的流动性、能够较好的覆盖在支撑剂的表面、具有良好的减阻性能等。发明人经过长时间的试验发现，将减阻膜组合物的原料控制在上述范围内，减阻膜组合物的综合性能较佳。
进一步，所述水740份、丙烯酰胺70份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸80份、多烯胺30份、二甲基二烯丙基氯化铵80份和引发剂5份。经过发明人长时间的试验发现，选用上述质量份数的原料，将制备得到的减阻膜组合物覆膜在支撑剂表面，清水携砂时，减阻的效果最佳，而且支撑剂能够较好的悬浮在清水中，悬浮性也极好。
进一步，所述多烯胺选用二乙烯三胺、三乙烯二胺、乙烯胺、二乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或多种。经过发明人研究发现，选用上述原料的多烯胺，制备得到的减阻膜组合物效果较好。
进一步，所述引发剂选用过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的任意一种。用上述原料作为引发剂，综合效果较好。
具体实施方式
下面以实施例1为例详细说明减阻膜组合物的制备方法，实施例2、实施例3和对比例1-6在表1中体现，未示出的部分与实施例1相同；对比例7根据下文记载确定。
实施例1
本实施例公开了一种减阻膜组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备以下原料：水740份、丙烯酰胺70份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸80份、多烯胺30份、二甲基二烯丙基氯化铵80份和引发剂5份；其中引发剂选用过硫酸铵，多烯胺选用乙烯胺。
(2)在反应釜内加入水，升温到70℃；
(3)搅拌反应釜内的物料，然后依次向反应釜内加入丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、多烯胺、二甲基二烯丙基氯化铵，原料加入后，继续搅拌20min后停止；
(4)当步骤(3)的物料温度稳定在70℃时，继续搅拌，加入引发剂；然后继续搅拌5min后停止；
(5)反应4h后，检测产品的减阻率，减阻率达到25％以上后出料；减阻率达不到要求，加入1％的氢氧化钠溶液进行调整，直至合格。
表1
对比例7
本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中使用丙烯酰胺替代2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。
对实施例1-3、对比例1-7的减阻膜组合物进行测试，得到以下数据，如表2所示：
表2
(说明：表2中的规定指标是目前所应用的减阻剂的通用指标。)
分析结论：
(1)从表2的数据可以看出，实施例1-3的减阻膜组合物的减阻性能好(减阻率均在49％以上)、流动性佳(产品外观为粘稠状均匀液体,可流动)，由此可知，本发明方案的减阻膜组合物能够较好的覆盖在支撑剂的表面，并能可有效解决泵送摩阻高的问题。
(2)将实施例1的数据分别与对比例1、对比例2相比，根据表2的记载可以看出，对比例1、对比例2减阻膜组合物的流动性丧失，且减阻率也远远低于实施例1的减阻膜组合物，由此可知，增大丙烯酰胺的用量，会降低减阻膜组合物的流动性并使减阻膜组合物的减阻率降低。将实施例1的数据分别与对比例3、对比例4对比，对比例3、对比例4减阻膜组合物的减阻率远远低于实施例1的减阻膜组合物。综合对比例1-4的数据可推断：丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵等原料的用量、比例是有要求的，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵等原料质的比例不符合要求，会影响减阻膜组合物减阻率、流动性等性能。
(3)将实施例1的数据与对比例5的数据进行对比，对比例5的减阻膜组合物为凝胶体，无流动性，由此可知，选用二甲基二烯丙基氯化铵作为其中一种原料是改善减阻膜组合物流动性的关键。
(4)将实施例1的数据与对比例6的数据进行对比，对比例6减阻膜组合物的减阻率极大下降，减阻率达不到要求(25％)，由此可知，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸对减阻膜组合物的减阻性能有很大的影响。
(5)丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为性质较为接近的物质，同为阴离子单体，选用丙烯酰胺替代2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸得到对比例7。将实施例1的数据与对比例7的数据进行对比，对比例7减阻膜组合物的减阻率极大下降，由此可知，选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸作为其中一种原料是改善减阻膜组合物的减阻性能的重要因素。
Claims (3)
1.一种减阻膜组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备以下质量份数的原料：所述水720-760份、丙烯酰胺60-80份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸70-90份、多烯胺20-40份、二甲基二烯丙基氯化铵70-90份和引发剂4-6份；所述多烯胺选用乙烯胺；
(2)在反应釜内加入水，升温到65-75℃；
(3)搅拌反应釜内的物料，然后依次向反应釜内加入丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、多烯胺、二甲基二烯丙基氯化铵，原料加入后，继续搅拌15-20min后停止；
(4)当步骤(3)的物料温度稳定在65-75℃时，继续搅拌，加入引发剂；然后继续搅拌4-7min后停止；
(5)反应3.5-4.5h后，检测产品的减阻率，减阻率达到25％以上后出料；减阻率达不到要求，加入浓度为1.0-1.5％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行调整，直至合格。
2.根据权利要求1所述的一种减阻膜组合物的制备方法，其特征在于：所述水740份、丙烯酰胺70份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸80份、多烯胺30份、二甲基二烯丙基氯化铵80份和引发剂5份。
3.根据权利要求1所述的一种减阻膜组合物的制备方法，其特征在于：所述引发剂选用过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的任意一种。
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