CN113736443A - 一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂及其制备方法，石油天然气领域，更具体的是涉及压裂用减阻剂领域，解决现有的减阻剂碳足迹较多，碳排放较大，不环保的问题，包括如下组分：稠化剂，分散介质，增稠剂，增稠助剂，湿润分散剂，助分散剂，分散介质为聚乙二醇‑100、聚乙二醇‑200、聚乙二醇‑400中的一种或多种；绝大部分均为水溶性原材料，易降解易返排，不会对地层造成二次伤害，堵塞地层等问题，可以有效提高页岩气储层返排效率，提高产量；悬浮复配工艺仅涉及原材料的投放和搅拌，不涉及温控，碳足迹、碳排放单一；粉末型阴离子聚丙烯酰胺原材料配制为水溶液聚合，低温引发，反应温和，亦不涉及过多的碳足迹和碳排放。

Description

一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油天然气领域，更具体的是涉及压裂用减阻剂技术领域。

背景技术

目前中国正在大力发展可再生能源，天然气作为在中国能源转型中正在扮演着越来越重要的角色。川渝页岩气开发作为国内天然气产出的主要来源之一。川渝页岩气储层虽然丰富，但其地层的复杂程度是目前页岩气开采困难，产气量常年较低的原因。

结合储层的复杂环境，目前的施工工艺已由过去的滑溜水和线性胶施工转变为变粘滑溜水体系施工。变粘滑溜水体系施工的特点在于其根据储层的岩石特性(如脆性指数)，实时调控压裂液的性能，以提高储层复杂人工裂缝的形成，高效沟通储层，提高页岩气返排，达到增产目的。

以往使用的乳液型减阻剂，存在的问题有，第一无法达到实时调控压裂液性能，不再适用于非均质地层；第二乳液减阻剂一般为“油包水”型乳液，其中的油类溶剂不溶于水，容易对地层造成二次伤害，影响储层的沟通，无法达到有效的增产目的；第三乳液减阻剂适用乳液合成工艺，存在使用氮气，冷却水控温等工艺，碳足迹较多、碳排放较大。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述现有的减阻剂碳足迹较多，碳排放较大，不环保技术问题，本发明提供一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂及其制备方法。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，其特征在于，按质量百分比，包括如下组分：稠化剂20-50％，分散介质40-70％，增稠剂0.5-3％，增稠助剂0.5-3％，湿润分散剂0.5-3％，助分散剂0.5-2％，分散介质为聚乙二醇-100、聚乙二醇-200、聚乙二醇-400中的一种或多种。

本申请的技术方案中，绝大部分均为水溶性原材料,如聚乙二醇系列，聚丙烯酰胺，吐温系列等，易降解易返排，不会对地层造成二次伤害，堵塞地层等问题，可以有效提高页岩气储层返排效率，提高产量；同时采用对人体无毒无害，且本身无臭无味的水溶性溶剂作为分散介质，进一步提高产品的安全性。通过使用悬浮复配工艺，将粉末型阴离子聚丙烯酰胺配制成悬浮体系，达到与乳液减阻剂一致的泵抽吸工艺；悬浮复配工艺仅涉及原材料的投放和搅拌，不涉及温控，碳足迹、碳排放单一；粉末型阴离子聚丙烯酰胺原材料配制为水溶液聚合，低温引发，反应温和，亦不涉及过多的碳足迹和碳排放。解决了上述现有的减阻剂碳足迹较多，碳排放较大，不环保的问题。

优选的，按质量百分比，包括如下组分：稠化剂35％，分散介质57％，增稠剂2％，增稠助剂1％，湿润分散剂3％，助分散剂2％，分散介质为聚乙二醇-100、聚乙二醇-200、聚乙二醇-400中的一种或多种。

进一步的，稠化剂为阴离子聚丙烯酰胺，改性阴离子聚丙烯酰胺，疏水缔合型聚丙烯酰胺中的一种或多种

进一步的，增稠剂为有机膨润土、硅酸镁铝、改性有机膨润土，醇基改性膨润土中的一种或多种。

进一步的，增稠助剂为聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-1500、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000、聚乙二醇-6000、聚乙二醇-8000、聚乙二醇-10000、聚乙二醇-20000中的一种或多种。

进一步的，湿润分散剂为乳化剂OP-4、乳化剂OP-10、吐温60、吐温80、乳化剂span-80、乳化剂span-20中的一种或多种。

进一步的，助分散剂为二甲基亚砜。

一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述质量百分比，将分散介质置于容器中，开启搅拌；

步骤2、加入湿润分散剂，持续搅拌5-10分钟；

步骤3、加入增稠助剂，继续搅拌15分钟，随后缓慢均匀地添加增稠剂，继续搅拌20分钟；

步骤4、加入助分散剂，之后缓慢均匀加入稠化剂，继续搅拌30分钟即可。

优选的，步骤1中搅拌速率以搅拌杆末端线速度计，大于16m/s。

本发明的有益效果如下：

1.本发明中，阴离子聚丙烯酰胺粉末，在超低加量下(0.02-0.04％)，即可达到乳液减阻剂0.1％加量的粘度效果通过使用悬浮复配工艺，将粉末型阴离子聚丙烯酰胺配制成悬浮体系，达到与乳液减阻剂一致的泵抽吸工艺；

2.现有的乳液减阻剂一般为油包水型乳液减阻剂，油性溶剂因其水不溶性，容易对地层造成伤害，降低页岩气产量，本申请绝大部分均为水溶性原材料，如聚乙二醇系列，聚丙烯酰胺，吐温系列等，易降解易返排，不会对地层造成二次伤害；

3.采用对人体无毒无害，且本身无臭无味的水溶性溶剂作为分散介质，进一步提高产品的安全性；

4.现有的乳液减阻剂需通过油包水乳液合成工艺制得，其有效含量一般在30％左右，只能通过分子结构改性提高性能，无法提高有效含量简单直接提升性能；同时现有的工艺需要使用控温系统以保证乳液合成的稳定性，增添了碳足迹和碳排放，而本申请悬浮复配工艺仅涉及原材料的投放和搅拌，不涉及温控，碳足迹、碳排放单一；粉末型阴离子聚丙烯酰胺原材料配制为水溶液聚合，低温引发，反应温和，亦不涉及过多的碳足迹和碳排放；

5.本发明的制备方法为按顺序加入，因润湿分散剂需要现在介质中溶解均匀后，在对加入的增稠助剂和增稠剂其到润湿分散作用；当稠度达到一定要求后，才可在加入助分散剂提高产品流动性和稳定性，最后在加入稠化剂，若先加稠化剂将可能出现稠化剂成团搅拌不均匀的情况；

6.本发明步骤1中搅拌速率以搅拌杆末端线速度计，大于16m/s，目的是让增稠剂完全发挥作用(完全活化)；若小于16m/s，前期不能将增稠剂完全活化，为达到更好的稳定性，增稠剂使用量增大，虽然活化量足够，但存在未完全活化的部分，此时若在长期放置过程中，增稠剂可能出现自活化，将使得产品粘度过度增稠，降低产品的流动性，降低使用效果。

附图说明

图1是本发明制备的减阻剂的外观图；

图2是本发明实施例1-6制备的减阻剂(0.5％加量)破胶液外观图；

图3是常规减阻剂(0.5％加量)破胶液外观图；

图4是本发明实施例6制备的减阻剂(0.5％加量)的流变图；

图5是本发明实施例6制备的减阻剂(0.1％加量)的降阻率曲线图；

图6是本发明现场施工曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-2所示，一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，按质量百分比，包括如下组分：30％的阴离子聚丙烯酰胺，42％的PEG-200和20％PEG-400，2％的硅酸镁铝，1％的PEG-8000，3％的吐温60，2％的二甲基亚砜；

一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述质量百分比，将PEG-200、PEG-400置于合适容器中，开启搅拌，搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于16m/s为最佳；

S2、添加吐温60，持续搅拌5-10分钟；

S3、添加PEG-8000，继续搅拌15分钟，随后缓慢匀速地添加硅酸镁铝，继续搅拌20分钟；

S4、添加二甲基亚砜；添加完毕后，缓慢匀速添加阴离子聚丙烯酰胺，添加完毕后，继续搅拌30分钟即可出釜。

实施例2

如图1-2所示，一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，按质量百分比，包括如下组分：35％的阴离子聚丙烯酰胺，47％的PEG-200、10％的PEG-400，2％的硅酸镁铝，1％的PEG-8000，3％的吐温60，2％的二甲基亚砜；

一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述质量百分比，将PEG-200、PEG-400置于合适容器中，开启搅拌，搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于16m/s为最佳；

S2、添加吐温60，持续搅拌5-10分钟；

S3、添加PEG-8000，继续搅拌15分钟，随后缓慢匀速地添加硅酸镁铝，继续搅拌20分钟；

S4、添加二甲基亚砜；添加完毕后，缓慢匀速添加阴离子聚丙烯酰胺，添加完毕后，继续搅拌30分钟即可出釜。

实施例3

如图1-2所示，一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，按质量百分比，包括如下组分：35％的疏水缔合聚丙烯酰胺，47％的PEG-200、10％的PEG-400，2％的硅酸镁铝，1％的PEG-8000，3％的吐温80，2％的二甲基亚砜；

一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述质量百分比，将PEG-200、PEG-400置于合适容器中，开启搅拌，搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于16m/s为最佳；

S2、添加吐温80，持续搅拌5-10分钟；

S3、添加PEG-8000，继续搅拌15分钟，随后缓慢匀速地添加硅酸镁铝，继续搅拌20分钟；

S4、添加二甲基亚砜；添加完毕后，缓慢匀速添加疏水缔合聚丙烯酰胺，添加完毕后，继续搅拌30分钟即可出釜。

实施例4

如图1-2所示，一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，按质量百分比，包括如下组分：35％的阴离子聚丙烯酰胺，5％PEG-100、47％的PEG-200、5％PEG-400，2％的硅酸镁铝，1％的PEG-20000，3％的吐温80，2％的二甲基亚砜；

一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述质量百分比，将PEG-100、PEG-200、PEG-400置于合适容器中，开启搅拌，搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于16m/s为最佳；

S2、添加吐温80，持续搅拌5-10分钟；

S3、添加PEG-20000，继续搅拌15分钟，随后缓慢匀速地添加硅酸镁铝，继续搅拌20分钟；

S4、添加二甲基亚砜；添加完毕后，缓慢匀速添加阴离子聚丙烯酰胺，添加完毕后，继续搅拌30分钟即可出釜。

实施例5

如图1-2所示，一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，按质量百分比，包括如下组分：35％的疏水缔合聚丙烯酰胺，5％PEG-100、47％的PEG-200、5％PEG-400，2％的硅酸镁铝，1％的PEG-20000，OP-4和OP-10(1:1)，2％的二甲基亚砜；

一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述质量百分比，将PEG-100、PEG-200、PEG-400置于合适容器中，开启搅拌，搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于16m/s为最佳；

S2、添加OP-4和OP-10(1:1)，持续搅拌5～10分钟；

S3、添加PEG-20000，继续搅拌15分钟，随后缓慢匀速地添加硅酸镁铝，继续搅拌20分钟；

S4、添加二甲基亚砜；添加完毕后，缓慢匀速添加疏水缔合聚丙烯酰胺，添加完毕后，继续搅拌30分钟即可出釜。

实施例6

如图1-2,4-6所示，一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，按质量百分比，包括如下组分：35％的阴离子聚丙烯酰胺，47％的PEG-200、10％的PEG-400，2％的硅酸镁铝，1％的PEG-8000，3％的OP-4和OP-10(1:1)，2％的二甲基亚砜；

一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述质量百分比，将PEG-200、PEG-400置于合适容器中，开启搅拌，搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于16m/s为最佳；

S2、添加OP-4和OP-10(1:1)，持续搅拌5～10分钟；

S3、添加PEG-8000，继续搅拌15分钟，随后缓慢匀速地添加硅酸镁铝，继续搅拌20分钟；

S4、添加二甲基亚砜；添加完毕后，缓慢匀速添加阴离子聚丙烯酰胺，添加完毕后，继续搅拌30分钟即可出釜。

图4为实施例6的配方，0.5％加量下的流变实验，流变条件为170s-1，90℃剪切2h的粘度变化曲线。可以看出经过2h高温剪切后，胶液依然具有超过100mPa·s的性能。

图5为实施例6的配方，0.1加量下的降阻率曲线，检测时间为350s左右。降阻迅速(加入样品后，曲线从低点迅速拔高到高点)，降阻效果明显(大于70％)；长时间(300s左右)剪切，降阻率保持在70％以上，说明其降阻率优秀。(普通的产品容易出现降阻率下降的趋势。)

图6为实施例6的配方，在现场施工的施工曲线。从曲线可知，该配方在现场施工过程中能够满足现场施工要求，达到稳定大排量施工，并且加砂压力稳定，可实现连续性加砂等。

图1为本申请实施例1-6制备的减阻剂的外观图，从左至有依次为实施例1至实施例6。

图2本发明实施例1-6制备的减阻剂(0.5％加量)破胶液外观图，从左至有依次为实施例1至实施例6，外观清澈。

图3为常规减阻剂(0.5％加量)破胶液外观图，外观浑浊，普遍是油包水或油相型减阻剂添加在水中呈现的乳化状态。

实施例1-6制备的减阻剂(0.5％的加量，即0.5％减阻剂+99.5％自来水)的基液粘度和破胶液残渣如表1所示；实施例1-6制备的减阻剂(0.1％的加量，即0.1％减阻剂+99％自来水)的运动粘度和破胶液残渣如表2所示。

表1实施例1-6各配方(0.5％加量)的基液粘度和破胶液残渣

表2实施例1-6各配方(0.1％加量)的起粘时间和运动粘度

表1为各实施例配方基液的性能情况，主要区别点在于本申请中的减阻剂比常规减阻剂在同加量下具有更好的基液粘度，同时具有更低的残渣值。

表2为各配方配置滑溜水的性能情况，目的是说明本申请的减阻剂是具备比常规更优异的多功能型的性能。

碳足迹

碳足迹的计算公式如下：

简化后：

E_{低碳环保型多功能减阻剂}＝∑_i(E_过程，i+E_{购入电，i})

E_过程，i＝E_{cO2原料，i}×GWP_co2

E_过程，i＝E_{cO2原料，i}×1＝E_{co2原料，i}

本发明的原材料的碳足迹由原材料厂家提供，本发明中设计的碳流入仅有原材料和购入电两部分(生产中的搅拌过程)，输出部分仅仅只有产品本身，不存在其他碳流出。

Claims (9)

1.一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，其特征在于，按质量百分比，包括如下组分：稠化剂20-50％，分散介质40-70％，增稠剂0.5-3％，增稠助剂0.5-5％，湿润分散剂0.5-3％，助分散剂0.5-2％，分散介质为聚乙二醇-100、聚乙二醇-200、聚乙二醇-400中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，其特征在于，按质量百分比，包括如下组分：稠化剂35％，分散介质57％，增稠剂2％，增稠助剂1％，湿润分散剂3％，助分散剂2％，分散介质为聚乙二醇-100、聚乙二醇-200、聚乙二醇-400中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，其特征在于，稠化剂为阴离子聚丙烯酰胺，改性阴离子聚丙烯酰胺，疏水缔合型聚丙烯酰胺中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，其特征在于，增稠剂为有机膨润土、硅酸镁铝、改性有机膨润土，醇基改性膨润土中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，其特征在于，增稠助剂为聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-1500、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000、聚乙二醇-6000、聚乙二醇-8000、聚乙二醇-10000、聚乙二醇-20000中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，其特征在于，湿润分散剂为乳化剂OP-4、乳化剂OP-10、吐温60、吐温80、乳化剂span-80、乳化剂span-20中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂，其特征在于，助分散剂为二甲基亚砜。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的压裂用低碳环保多功能型减阻剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、按上述质量百分比，将分散介质置于容器中，开启搅拌；

步骤2、加入湿润分散剂，持续搅拌5-10分钟；

步骤3、加入增稠助剂，继续搅拌15分钟，随后缓慢均匀地添加增稠剂，继续搅拌20分钟；

步骤4、加入助分散剂，之后缓慢均匀加入稠化剂，继续搅拌30分钟即可。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤1中搅拌速率以搅拌杆末端线速度计，大于16m/s。

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