CN110194816A - 一种抗盐减阻剂聚合物及合成工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗盐减阻剂聚合物及合成工艺，其特征在于各原料重量份为，纯水320—360份，Edta‑2Na0.1—0.3份，小苏打35—45份，丙烯酸18—22份，AMPS 8—12份，丙烯酰胺75—85份，尿素14—18份。本发明生产操作简单，产品质量稳定，对环境污染影响极低等突出优势。同时，产品技术指标具有溶解快、耐温耐盐、抗剪切、配伍性良好、减阻率高等优点，主要用于降低页岩油气藏和致密砂岩油气藏的压裂施工和其它流体管道输送阻力，起到增大排量，降低功耗的作用。
Description
技术领域
本发明属于油田化学品减阻剂技术领域，具体涉及一种抗盐减阻剂聚合物及合成工艺。
背景技术
减阻剂按形态可以分为固体颗粒型和乳液型，在添加过程中能减少摩擦，降低70％以上泵送压力。乳液型减阻剂与水接触时，将完全水解，使液体混乱的流体方式得到改善，从而减少泵送所需压力，达到既定流速目的。对水基液能有效减阻，既能增强瓜尔胶压裂体系粘度，也可以用于页岩气体系压裂。固体减阻剂是细颗粒形态，如果以较高的溶解浓度使用，可以作为携砂液。
现有技术中，如CN201410194632.6《一种页岩气井滑溜水压裂液体系高效乳态快速水溶减阻剂》，它由组分A、组分B、组分C经由自由基引发剂在水中引发聚合获得，所述的组分A为多种具有碳碳双键的非离子型的水溶型单体，
组分B为水溶的单价阳离子单体的聚合物稳定剂，组分C为单价阳离子无机盐。组分A由下述重量百分比的原料构成：2-羟乙基丙烯酸酯1-5％，2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯1-8％，2-羟丙基丙烯酸酯1-5％，2-羟丙基甲基丙烯酸酯1-10％，乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯1-10％，乙氧基化-2-羟乙基甲基丙烯酸酯1-2％，羟甲基苯乙烯1-3％，醋酸乙烯酯1-5％，丙烯酰胺1-20％；所述的组分B为水溶的单价阳离子单体的聚合物稳定剂，并且分子量在100000到2000000之间，组分B由下述重量百分比的原料构成：聚[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵1-6％，聚[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵1-8％，聚乙烯基苄基三甲基氯化铵1-16％，聚二甲基二烯丙基氯化铵1-12％；所述的组分C为单价阳离子无机盐，组分C由下述重量百分比的原料构成：氯化钠1-12％，硫酸铵1-32％，氯化钾1-33％，硫酸钠1-33％；所述的水为余量。该发明在压力裂化中使用可达到70％减阻效率。解决了现有减阻剂采用干粉使用过程中容易成球，不易水和，以及与压力裂化液中的各种不同离子及化学助剂的相容性差，直接影响滑溜水压力裂化的可行性和有效性的问题。
CN201510603409.7《一种页岩气压裂专用抗温抗盐减阻剂及生产工艺》，由以下质量百分比的原料制成：非离子单体：20％—40％、抗盐单体：10％—30％、乳化剂：1％—10％、引发剂：0.1％—0.8％、亚硫酸氢钠：0.1％—1.5％、有机溶剂：5％—20％、转相剂：1％—3％，余量为去离子水；其生产工艺包括原料混合、调制改性、提纯去杂及调制改性。减阻剂溶解快，能耗小，抗剪切性好，无毒无污染无粉尘，无损健康，流动性好易于操作，耐温抗盐性好。非离子单体为非离子单体是N-甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺，乳化剂为斯潘20系列、斯潘40系列，引发剂是氧化还原引发剂、偶氮类热分散引发剂，氧化还原剂是碳酸钾/亚硫酸氢钠，有机溶剂为聚合油，转相剂为壬基酚聚氧乙烯醚。
CN201510407458.3《抗盐型稠油分散减阻剂及制备方法》，中间体5～10％，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚5～10％，EDY20～30％，其余为水；中间体各组分重量百分比为：改性丙烯酸5～10％，丙烯酰胺80～90％，脂肪醇聚氧乙烯醚丙烯酸酯5～10％，改性丙烯酸配比为十二烷基苯胺75～85％，丙烯酸15～25％。该发明适用于油田稠油开采，盐型稠油分散减阻剂能在无搅拌或微搅拌的情况下渗透到原油中的胶质沥青质分子当中，分散堆叠的胶质沥青质分子结构,其中的反相组分可以改变胶质沥青质分子的亲水亲油平衡，从而降低稠油的生产粘度，增加原油产量。
CN201510428565.4《一种改性卤水减阻剂及其制备方法》，非离子单体、耐温耐盐单体、阴离子单体在氧化还原引发体系中进行水溶液聚合，得改性卤水减阻剂；所述的非离子单体为丙烯酰胺，所述的耐温耐盐单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述的阴离子单体为衣康酸。此减阻剂不仅减阻性能好、适用范围广，而且合成简单、成本较低。经实验，该发明所涉及的卤水改性减阻剂对各矿化度的模拟卤水均有较好的减阻性能和耐温抗盐性能，其中对150g/L的模拟卤水,流量为950L/h，温度为25℃时，其减阻率可达到36.8％。
CN201510970643.3《一种滑溜水减阻剂的合成方法》，合成方法如下：一、将反应釜内清洗干净后，根据生产总量倒入去离子水，将丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和乙烯基磺酸钠依次倒入反应釜中，每种物质完全溶解后再倒入另外一种，将反应釜内溶液混合均匀，此时反应釜内总溶液质量为A，总溶液各组成成分及其质量百分比为：丙烯酰胺18.43％、丙烯酸3.74％、氢氧化钠2.08％，乙烯基磺酸钠1.69％，其余为水，各组分质量百分数之和为100％；二、继续使用氢氧化钠调节反应釜内溶液的pH值至7.4-7.8，在溶液中通入氮气一小时以上鼓气除去溶液内氧气，同时控制反应釜内温度在18-25℃之间；三、将反应釜内溶液维持在无氧环境条件下，在搅拌条件下依次加入(0.025％～0.1％)*A的偶氮二异丁腈、(0.0002％～0.0003％)*A的次磷酸钠、(0.0004％～0.0005％)*A的过硫酸铵、(0.0007％～0.0008％)*A的甲醛合次硫酸氢钠、(0.00007％～0.0001％)*A的乙二胺四乙酸，均匀搅拌直至溶液温度开始升高，聚合反应开始；四、若10分钟内溶液粘度不发生变化、溶液温度升高小于50℃，可加入(0.00005％～0.0001％)*A的硫酸铜；五、聚合反应开始后，停止氮气通入，静置反应釜，充分熟化3-6h；六、完全反应后，得到高分子凝胶，依次进行造粒、干燥、粉碎和筛选步骤，制得减阻剂产品。该发明实现了滑溜水减阻剂易溶于水，减阻效果好，降低液体管路流动摩阻效果明显，不堵塞油气产出通道，压后不对储层造成伤害，抗盐抗剪切能力强，配制简单，环保，可循环使用，使用成本低，具有较好通用性，尤其适用于对潜在储量较大的页岩油气藏和致密砂岩油气藏等资源进行压裂施工开发。
CN201611154065.7《一种抗温抗盐反相乳液减阻剂的制备方法》，同时分别流加第三单体和引发剂控制聚合温度的变化，防止聚合过程发生“暴聚”和因链转移而导致分子量不高。高温改性引入大量磺酸基团，大大降低残余单体含量，具有更好的抗温抗盐性能，减少对地下岩层和地下水的伤害。通过使用复配乳化剂聚异丁烯丁二酸酐共聚物二乙醇胺盐与甲基葡萄糖苷倍半硬脂酸酯，实现反相乳液在高分子量及大量磺酸基团条件下，达到长期稳定保存的效果。最终可获得分子量不低于1500万、耐受温度高达200℃、高矿化度条件下仍保持高减阻率的阴离子改性聚丙烯酰胺反相乳液的减阻剂产品，其残单含量远低于0.01％，乳液体系稳定，放置12个月不分层。
现有技术中大都采用共聚后水解工艺，存在工艺设备较复杂、生产周期较长等技术不足。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题与不足，本发明提供了一种新的抗盐减阻剂聚合物及合成工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明技术方案之一，一种抗盐减阻剂聚合物，各原料重量份为，纯水320—360份，Edta-2Na 0.1—0.3份，小苏打35—45份，丙烯酸18—22份，AMPS 8—12份，丙烯酰胺75—85份，尿素14—18份。
进一步，纯水340份，Edta-2Na 0.2份，小苏打40份，丙烯酸19份，AMPS 10份，丙烯酰胺80份，尿素16.8份；其中，纯水溶解速度2-3分钟，Edta-2Na抗5万矿化度盐水。
本发明技术方案之二，一种抗盐减阻剂聚合物合成工艺，包括以下步骤：
(1)、向反应釜加入纯水，开启反应釜搅拌电机，调节转速为18±2r/min；加入EDTA，搅拌时间5±0.5分钟；
(2)、再缓慢加入小苏打，搅拌时间30±5分钟，至料液变为澄清为止；调节转速为8r±2/min缓慢加入丙烯酸，加料时间30±5分钟，防止反应釜内产生大量气泡；
(3)、待反应釜内气泡消失后，调节转速为15±1.5r/min；开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10±1分钟，循环过程中用温度计测料液温度，若超过20℃，立即停止循环。
(4)、关闭循环系统阀门，调节转速为18±2r/min，缓慢加入AMPS，搅拌20±2分钟；再缓慢加入酰胺，酰胺加料时间20±2分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20±2分钟；再加入尿素，搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清，调节转速为12±1r/min，搅拌10±1分钟；
(5)、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10±1分钟；若高于-3℃，需要循环降温，但应避免低于-5℃；
(6)、缓慢加入引发剂体系，打开釜底气动阀门，向釜内排空气5±0.5秒钟；调节转速为6-8r/min，准备放料；放料完毕后，把胶体推入烘房，在90±2℃条件下水解2±0.1个小时，然后拉出烘房，得抗盐减阻剂聚合物。
其中，步骤(2)中通过调节阀门开度和液位计显示，控制流加速度为11±1ml/s，缓慢加入丙烯酸。
步骤(4)中用振动给料器以30±3g/s的速度缓慢加入AMPS，搅拌20±2分钟，防止产生大量气泡，使AMPS沾附于反应釜壁和搅拌杆上。
步骤(4)中如发现酰胺大量结块应经外力破碎后再投入反应釜，丙烯酸、AMPS、酰胺投料过程应穿戴防静电工作服，佩戴耐酸碱橡胶手套、口罩和护目镜，不能皮肤直接接触物料。
步骤(5)中用温度计测料液温度，若高于-3℃，用冷冻盐水对反应釜适当循环降温，但应避免低于-5℃温度。
本发明技术方案之三，一种抗盐减阻剂聚合物在页岩油气藏和致密砂岩油气藏的压裂施工或其它流体管道输送中的应用。
本发明与上述现有技术相比，具有生产操作简单，产品质量稳定，对环境污染影响极低等突出优势。同时，产品技术指标具有溶解快、耐温耐盐、抗剪切、配伍性良好、减阻率高等优点，主要用于降低页岩油气藏和致密砂岩油气藏的压裂施工和其它流体管道输送阻力，起到增大排量，降低功耗的作用。
具体为溶解速度快(3min溶胀，地层伤害小)，耐温耐盐(适用于90℃、50000ppm矿化度以下油气藏条件)、配伍性良好(可用清水、地下水、返排水配液)、减阻效果好(减阻率≥60％)等特点。
相比现有技术中减阻剂的常用组分：丙烯酰胺、丙烯酸、乙二胺四乙酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，本发明采用乙二胺四乙酸作为杂质离子螯合剂，丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸小分子单体共聚合以及复合引发体系低温引发，反应过程易于控制，可防止产生暴聚，减少酰亚胺化交联，提高了反应转化率，保证了聚合物的分子量和柔性结构，使其具有更好的粘性和更高的降阻率；耐盐性磺酸基团的引入使分子具有较强的抗盐性，能够在20×104ppm矿化度盐水条件下稳定使用；同时，本发明属于共聚前水解工艺，产品水解度可控可调，水解均匀，溶解性能好，胶体可借助外温熟化，也可依靠自身聚合热完成熟化，具有工艺设备简单、低能耗、低成本和产品质量稳定、应用范围宽广等优势。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明技术方案进一步说明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
实施例1
抗盐减阻剂聚合物配比
| 原料 | 用量 | 技术指标 | 特点 |
| 纯水 | 340 | 溶解速度2-3分钟 | 溶解快，抗盐好 |
| Edta-2Na | 0.2 | 可以抗5万矿化度盐水 | |
| 小苏打 | 40 | ||
| 丙烯酸 | 19 | ||
| AMPS | 10 | ||
| 丙烯酰胺 | 80 | ||
| 尿素 | 16.8 |
合成工艺如下：
1、向反应釜加入纯水，开启反应釜搅拌电机，调节转速为18r/min。
2、加入EDTA。搅拌时间5分钟。
3、缓慢加入小苏打，搅拌时间30分钟，至料液变为澄清为止。
4、调节转速为8r/min。加入丙烯酸，缓慢加入，加料时间30分钟，防止反应釜内产生大量气泡。
5、待反应釜内气泡消失后，调节转速为15r/min。开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
6、用温度计测料液温度。若超过20℃，立即停止循环。
7、关闭循环系统阀门，调节转速为18r/min。加入AMPS，缓慢加入，搅拌20分钟。
8、加入酰胺，缓慢加入，加料时间20分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20分钟。丙烯酸、AMPS、酰胺投料过程应穿戴防静电工作服，佩戴耐酸碱橡胶手套、口罩和护目镜，不能皮肤直接接触物料。
9、加入尿素。搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清。调节转速为12r/min，搅拌10分钟。
10、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
11、用温度计测料液温度，若高于-3℃，用冷冻盐水对反应釜适当循环降温，但应避免低于-5℃；
12、加入引发剂体系，需要缓慢加入；打开釜底气阀门，向釜内排空气5秒钟。调节转速为6-8r/min，准备放料。放料完毕，把胶体推入烘房，在90℃条件下水解2个小时，然后拉出烘房。
实施例2
抗盐减阻剂聚合物配比
| 原料 | 用量 | 技术指标 | 特点 |
| 纯水 | 340 | 溶解速度2-3分钟 | 溶解快，抗盐好 |
| Edta-2Na | 0.2 | 可以抗5万矿化度盐水 | |
| 小苏打 | 30 | ||
| 丙烯酸 | 19 | ||
| AMPS | 10 | ||
| 丙烯酰胺 | 80 | ||
| 尿素 | 16.8 |
合成工艺如下：
1、向反应釜加入纯水，开启反应釜搅拌电机，调节转速为18r/min。
2、加入EDTA。搅拌时间5分钟。
3、缓慢加入小苏打，搅拌时间30分钟，至料液变为澄清为止。
4、调节转速为8r/min。加入丙烯酸，缓慢加入，加料时间30分钟，防止反应釜内产生大量气泡。
5、待反应釜内气泡消失后，调节转速为15r/min。开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
6、用温度计测料液温度。若超过20℃，立即停止循环。
7、关闭循环系统阀门，调节转速为18r/min。加入AMPS，缓慢加入，搅拌20分钟。
8、加入酰胺，缓慢加入，加料时间20分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20分钟。丙烯酸、AMPS、酰胺投料过程应穿戴防静电工作服，佩戴耐酸碱橡胶手套、口罩和护目镜，不能皮肤直接接触物料。
9、加入尿素。搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清。调节转速为12r/min，搅拌10分钟。
10、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
11、用温度计测料液温度，若高于-5℃，用冷冻盐水对反应釜适当循环降温，但应避免低于-5℃度；
12、加入引发剂体系，需要缓慢加入；打开釜底气阀门，向釜内排空气5秒钟。调节转速为6-8r/min，准备放料。放料完毕，把胶体推入烘房，在90℃条件下水解1.5个小时，然后拉出烘房。
实施例3
抗盐减阻剂聚合物配比
| 原料 | 用量 | 技术指标 | 特点 |
| 纯水 | 340 | 溶解速度2-3分钟 | 溶解快，抗盐好 |
| Edta-2Na | 0.2 | 可以抗5万矿化度盐水 | |
| 小苏打 | 48 | ||
| 丙烯酸 | 19 | ||
| AMPS | 10 | ||
| 丙烯酰胺 | 80 | ||
| 尿素 | 16.8 |
合成工艺如下：
1、向反应釜加入纯水，开启反应釜搅拌电机，调节转速为18r/min。
2、加入EDTA。搅拌时间5分钟。
3、缓慢加入小苏打，搅拌时间30分钟，至料液变为澄清为止。
4、调节转速为8r/min。加入丙烯酸，缓慢加入，加料时间30分钟，防止反应釜内产生大量气泡。
5、待反应釜内气泡消失后，调节转速为15r/min。开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
6、用温度计测料液温度。若超过20℃，立即停止循环。
7、关闭循环系统阀门，调节转速为18r/min。加入AMPS，缓慢加入，搅拌20分钟。
8、加入酰胺，缓慢加入，加料时间20分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20分钟。丙烯酸、AMPS、酰胺投料过程应穿戴防静电工作服，佩戴耐酸碱橡胶手套、口罩和护目镜，不能皮肤直接接触物料。
9、加入尿素。搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清。调节转速为12r/min，搅拌10分钟。
10、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
11、用温度计测料液温度，若高于0℃，用冷冻盐水对反应釜适当循环降温，但应避免低于-5℃；
12、加入引发剂体系，需要缓慢加入；打开釜底气阀门，向釜内排空气5秒钟。调节转速为6-8r/min，准备放料。放料完毕，把胶体推入烘房，在90℃条件下水解2.5个小时，然后拉出烘房。
各实施例检测数据
以上对本发明提供的抗盐减阻剂聚合物及合成工艺进行了详细说明并引证了实施例，但对于本技术领域的研究人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰都应包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种抗盐减阻剂聚合物，其特征在于各原料重量份为，纯水320—360份，乙二胺四乙酸二钠（Edta-2Na）0.1— 0.3份，小苏打35—45份，丙烯酸18—22份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS ）8—12份，丙烯酰胺75—85份，尿素14—18份。
2.根据权利要求1所述的一种抗盐减阻剂聚合物，其特征在于，纯水340份，Edta-2Na0.2份，小苏打40份，丙烯酸19份，AMPS 10份，丙烯酰胺80份，尿素16.8份；其中，纯水溶解速度2-3分钟，Edta-2Na抗5万矿化度盐水。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗盐减阻剂聚合物，其特征在于合成工艺包括以下步骤：
（1）、向反应釜加入纯水，开启反应釜搅拌电机，调节转速为18±2r/min；加入EDTA，搅拌时间5±0.5分钟；
（2）、再缓慢加入小苏打，搅拌时间30±5分钟，至料液变为澄清为止；调节转速为8r±2/min缓慢加入丙烯酸，加料时间30±5分钟，防止反应釜内产生大量气泡；
（3）、待反应釜内气泡消失后，调节转速为15±1.5r/min；开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10±1分钟，循环过程中用温度计测料液温度，若超过20℃，立即停止循环。
4.（4）、关闭循环系统阀门，调节转速为18±2r/min，缓慢加入AMPS，搅拌20±2分钟；再缓慢加入酰胺，酰胺加料时间20±2分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20±2分钟；再加入尿素，搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清，调节转速为12±1r/min，搅拌10±1分钟；
（5）、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10±1分钟；若高于-3℃，需要循环降温，但应避免低于规定温度；
（6）、缓慢加入引发剂体系，打开釜底气动阀门，向釜内排空气5±0.5秒钟；调节转速为6-8r/min，准备放料；放料完毕后，把胶体推入烘房，在90±2℃条件下水解2±0.1个小时，然后拉出烘房，得抗盐减阻剂聚合物。
5.根据权利要求3所述的一种抗盐减阻剂聚合物，其特征在于，步骤（2）中通过调节阀门开度和液位计显示，控制流加速度为11±1ml/s，缓慢加入丙烯酸。
6.根据权利要求3所述的一种抗盐减阻剂聚合物，其特征在于，步骤（4）中用振动给料器以30±3g/s的速度缓慢加入AMPS，搅拌20±2分钟，防止产生大量气泡，使AMPS沾附于反应釜壁和搅拌杆上。
7.根据权利要求3所述的一种抗盐减阻剂聚合物，其特征在于，步骤（4）中如发现酰胺大量结块应经外力破碎后再投入反应釜，丙烯酸、AMPS、酰胺投料过程应穿戴防静电工作服，佩戴耐酸碱橡胶手套、口罩和护目镜，不能皮肤直接接触物料。
8.根据权利要求3所述的一种抗盐减阻剂聚合物，其特征在于，步骤（5）中用温度计测料液温度，若高于-3℃，用冷冻盐水对反应釜适当循环降温，但应避免低于-5℃温度。
9.一种如权利要求1所述的一种抗盐减阻剂聚合物在页岩油气藏和致密砂岩油气藏的压裂施工或其它流体管道输送中的应用。
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Denomination of invention: A salt resistant and drag reducing agent polymer and its synthesis process Granted publication date: 20211022 Pledgee: Agricultural Bank of China Fuzhou Branch Pledgor: Jiangxi Fucheng Eco-environment Science and Technology Group Co.,Ltd. Registration number: Y2024980020025 |