CN114410288A - 一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂及其制备方法，其中制备方法包括以下步骤，步骤一：水相的制备，将丙烯酰胺和三乙醇胺油酸皂先后加入至水中混合均匀；步骤二：油相的制备，将司盘80加入白油中，然后搅拌混合均匀；步骤三：乳液的制备，在搅拌状态下，将所述步骤一所述的水相缓慢加入到所述步骤二中所述油相中，加完后再用均质乳化泵循环乳化1～3次；步骤四：聚合反应，将所述步骤三制得的乳液置于带有搅拌器的反应釜中，搅拌、充氮气20分钟以上后加氧化剂，升温后缓慢滴加还原剂。本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂用于配制压裂液时具有增稠性能好、施工摩阻低；用于配制连续油管施工液体时具有润滑性能好、抗磨能力强。
Description
技术领域
本发明属于油气井水力压裂用抗磨减阻技术领域，具体涉及一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂及其制备方法。
背景技术
油气井水力压裂就是利用地面高压泵组，将含有化学剂的压裂液以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，随即在井底附近憋起高压。此压力超过井壁附近地应力及岩石的抗张强度后，在地层中形成裂缝。如果在液体中带有石英砂、陶粒等支撑剂，停泵后，液体在地层压力挤压作用下返出地面，而支撑剂则留在地层、在地层中形成具有足够长度、一定宽度和高度的填砂裂缝。填砂裂缝具有很高的渗滤能力，可以大大改善油层的渗透性，使油气畅通，起到增产的作用。
随着近年来页岩（油）气、致密（油）气、煤层气水平井压裂增产技术的进步，大排量、大规模的压裂作业逐步替代传统中低排量、常规规模的压裂作业，动辄数千方乃至数万方压裂液需要携带数百吨支撑剂泵入地层，以提高油气井产量。这种大排量、大规模的现场作业向传统压裂方式提出了挑战，要求压裂工序尽量简洁化、压裂液具有更低的摩阻。
同时，在水平井施工作业中，需要广泛使用连续油管进行入井作业。而连续油管在进入水平井水平段作业时，往往需要加入减少金属摩擦的抗磨剂，以保护入井工具和连续油管。
油气井水力压裂作业和连续油管作业虽然是不同的工序，但往往是连续作业和交叉进行。在现有技术中，水力压裂用减阻剂及油气井连续油管用金属抗磨剂分属两种不同的产品，并分别用于水力压裂作业与连续油管作业之中、随着工序的切换而及时改用相应的产品。在现有技术中，水力压裂用减阻剂主要为长链聚丙烯酰胺类高分子聚合物；为了方便现场使用，主要加工成乳液型产品；油气井连续油管用金属抗磨剂则主要是在水中加入润滑油和乳化剂形成乳液，或者加入三乙醇胺油酸皂、噻二唑衍生物等水溶分散型抗磨剂。
目前还没有使用同一种产品，既可满足水力压裂减阻要求、又可满足连续油管抗磨要求的相关专利技术及研究报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的问题，提供了一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂及其制备方法，通过以三乙醇胺油酸皂表面活性剂为原料，与丙烯酰胺通过乳液聚合而制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂，用于配制压裂液时具有增稠性能好、施工摩阻低；用于配制连续油管施工液体时具有润滑性能好、抗磨能力强。
为实现上述技术目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂，由重量份配比为1:0.005～0.1:0.005～0.1的乳液、氧化剂和还原剂组成；
其中所述乳液由水相和油相组成；
所述水相包括以下重量份的组分：水37～84份、三乙醇胺油酸皂6～23份和丙烯酰胺10～40份；
所述油相包括以下重量份的组分：白油95～99份和司盘80为1～5份。
本发明提供了一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：水相的制备，将丙烯酰胺和三乙醇胺油酸皂先后加入至水中，搅拌至全部溶解、混合均匀即为水相；
步骤二：油相的制备，将司盘80加入白油中，然后搅拌混合均匀即为油相；
步骤三：乳液的制备，在搅拌状态下，将所述步骤一所述的水相缓慢加入到所述步骤二中所述油相中，加完后再用均质乳化泵循环乳化1～3次，制得后续反应所需乳液；
步骤四：聚合反应，将所述步骤三制得的乳液置于带有搅拌器的反应釜中，搅拌、充氮气20分钟以上后加氧化剂，升温后缓慢滴加还原剂制得乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂。
优选的，所述水为纯净水或软化水。
优选的，所述氧化剂为双氧水、叔丁基过氧化氢、过硫酸钠或过硫酸铵。
优选的，其中所述过硫酸钠和所述过硫酸铵需配制为蒸馏水或软化水溶液。
优选的，所述还原剂为亚硫酸钠或焦亚硫酸钠。
优选的，其中所述亚硫酸钠和所述焦亚硫酸钠需配制为蒸馏水或软化水溶液。
优选的，所述步骤四中添加氧化剂后需升温至40～50℃后再缓慢滴加还原剂2－5小时，滴完完毕后需在50～60℃保持恒温1小时。
优选的，所述步骤四中在添加所述氧化剂、所述还原剂以及在所述恒温过程中均需充入氮气。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂为油包水型乳液，白油将高度浓缩卷曲的高分子水溶液以微粒的形式进行包覆，当乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂遇水稀释后能迅速破乳，卷曲的高分子在水中快速增粘而形成具有高减阻率的压裂液或具有润滑性能好、抗磨承压能力强的金属抗磨减阻液。
（2）本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂以线性高分子为主，溶于水后具有极佳的粘度及降摩阻能力。
（3）本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂具有丰富的三乙醇胺油酸皂支链，溶于水后通过吸附在金属表面形成高分子皂保护膜，以增加润滑性，减轻金属间的摩擦、提高抗磨承压能力。
（4）本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂所配制的压裂液破胶后产生具有表面活性的三乙醇胺皂，可以替代表面活性剂降低油气水表界面张力，不需要再添加表面活性剂。
附图说明
图1为本发明中液型压裂用抗磨减阻稠化剂工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步描述。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明实施例提供一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法，如图1所示，该方法通过以下步骤实现：
步骤一：水相的制备，其重量份配比为：水37～84份、三乙醇胺油酸皂6～23份、丙烯酰胺10～40份；
具体地，所述水为纯净水、软化水。
按照所述配比，将丙烯酰胺和三乙醇胺油酸皂先后加入至水中，搅拌至全部溶解、混合均匀即为水相。
步骤二：油相的制备，其重量份配比为：白油95～99份、司盘80为1～5份；
具体地，按照所述配比，将司盘80加入白油中，然后搅拌混合均匀即为油相。
步骤三：乳液的制备，其重量份配比为：所述步骤一制得的水相30～60份和所述步骤二制得的油相40～70份；在搅拌状态下，将所述水相缓慢加入到所述油相中，加完后再用均质乳化泵循环乳化1～3次，制得后续反应所需乳液；
步骤四：聚合反应。将所述步骤三制得的乳液置于带有搅拌器的反应釜中，搅拌、充氮气20分钟以上，加氧化剂0.005～0.1份，升温至40～50℃，缓慢滴加还原剂0.005～0.1份、2－5小时滴完，滴完在50～60℃保温1小时而制得乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂。滴加及恒温过程中始终保持充氮气。
具体地，所述氧化剂为双氧水、叔丁基过氧化氢、过硫酸钠蒸馏水溶液或过硫酸铵蒸馏水溶液中的一种或多种。
所述还原剂为亚硫酸钠蒸馏水溶液或焦亚硫酸钠蒸馏水溶液中的一种或多种。
所述的聚合反应化学反应式如下：
实施例1：
于带搅拌器的容器A中加入水49份，启动搅拌器，再分别加入丙烯酰胺35份、三乙醇胺油酸皂16份，搅拌至全部溶解，制备为水相。
于带搅拌器的容器B中加入白油97份、司盘80为3份，搅拌20分钟至混合均匀，制备为油相。
于带搅拌器的容器C中，先加入上述制备的油相60份，启动搅拌器，然后匀速加入上述制备的水相40份，加完后继续搅拌30分钟、形成乳液。
启动反应器D的搅拌器，在容器C继续搅拌的情况下，利用均质乳化泵将其中的乳液泵送至反应器D中；加完后，再将反应器D中的乳液利用均质乳化泵泵送至容器C中；加完后，再将容器C中乳液利用均质乳化泵泵送至反应器D中进行反应。
反应器D继续搅拌，充氮气十分钟，用滴定仪在10分钟内将叔丁基过氧化氢0.01份匀速加入反应器。继续充氮气二十分钟，升温至45℃，开始滴加2%亚硫酸钠蒸馏水溶液0.7份，总时间为3小时、匀速加完；滴加过程中需通过加热或冷凝、以控制温度在40～50℃。2%亚硫酸钠蒸馏水溶液加完后，再在50～60℃下保温1小时即制得乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂。
利用该方法制备的产品性能见附表1中的实施例1。利用实施例1制备的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂，在水中加量为0.1%时，配制的压裂液的减阻率为75.3%；在水中加量为0.3%时，配制的金属抗磨减阻液抗磨承压能力为12.9Kg；2项指标都满足行业要求。
实施例2：
于带搅拌器的容器A中加入水49份，启动搅拌器，再分别加入丙烯酰胺35份、三乙醇胺油酸皂16份，搅拌至全部溶解，制备为水相。
于带搅拌器的容器B中加入白油97份、司盘80为3份，搅拌20分钟至混合均匀，制备为油相。
于带搅拌器的容器C中，先加入上述制备的油相40份，启动搅拌器，然后匀速加入上述制备的水相60份，加完后继续搅拌30分钟、形成乳液。
启动反应器D的搅拌器，在容器C继续搅拌的情况下，利用均质乳化泵将其中的乳液泵送至反应器D中；加完后，再将反应器D中的乳液利用均质乳化泵泵送至容器C中；加完后，再将容器C中乳液利用均质乳化泵泵送至反应器D中进行反应。
反应器D继续搅拌，充氮气十分钟，用滴定仪在10分钟内将含量为30%的双氧水溶液0.7份匀速加入反应器。继续充氮气二十分钟，升温至45℃，开始滴加2%亚硫酸钠蒸馏水溶液0.7份，总时间为3小时、匀速加完；滴加过程中需通过加热或冷凝、以控制温度在40～50℃。2%亚硫酸钠蒸馏水溶液加完后，再在50～60℃下保温1小时即制得乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂。
利用该方法制备的产品性能见附表1中的实施例2。利用实施例2制备的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂，在水中加量为0.1%时，配制的压裂液的减阻率为77.8%；在水中加量为0.3%时，配制的金属抗磨减阻液抗磨承压能力为14.3Kg；2项指标都满足行业要求。
实施例3：
于带搅拌器的容器A中加入水40份，启动搅拌器，再分别加入丙烯酰胺40份、三乙醇胺油酸皂20份，搅拌至全部溶解，制备为水相。
于带搅拌器的容器B中加入白油95份、司盘80为5份，搅拌20分钟至混合均匀，制备为油相。
于带搅拌器的容器C中，先加入上述制备的油相50份，启动搅拌器，然后匀速加入上述制备的水相50份，加完后继续搅拌30分钟、形成乳液。
启动反应器D的搅拌器，在容器C继续搅拌的情况下，利用均质乳化泵将其中的乳液泵送至反应器D中；加完后，再将反应器D中的乳液利用均质乳化泵泵送至容器C中；加完后，再将容器C中乳液利用均质乳化泵泵送至反应器D中进行反应。
反应器D继续搅拌，充氮气十分钟，用滴定仪在10分钟内将30%过硫酸铵蒸馏水溶液0.2份匀速加入反应器。继续充氮气二十分钟，升温至45℃，开始滴加2%亚硫酸钠蒸馏水溶液5份，总时间为3小时、匀速加完；滴加过程中需通过加热或冷凝、以控制温度在40～50℃。2%亚硫酸钠蒸馏水溶液加完后，再在50～60℃下保温1小时即制得乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂。
利用该方法制备的产品性能见附表1中的实施例3。利用实施例3制备的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂，在水中加量为0.1%时，配制的压裂液的减阻率为77.1%；在水中加量为0.3%时，配制的金属抗磨减阻液抗磨承压能力为13.8Kg；2项指标都满足行业要求。
表1
| 实施案例编号 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 0.1%压裂液的减阻率 % | 75.3 | 77.8 | 77.1 |
| 0.3%金属抗磨减阻液抗磨承压能力 Kg | 12.9 | 14.3 | 13.8 |
从表1可以看出，本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂为油包水型乳液，白油将高度浓缩卷曲的高分子水溶液以微粒的形式进行包覆，当乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂遇水稀释后能迅速破乳，卷曲的高分子在水中快速增粘而形成具有高减阻率的压裂液或具有润滑性能好、抗磨承压能力强的金属抗磨减阻液。
本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂以线性高分子为主，溶于水后具有极佳的粘度及降摩阻能力。
本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂具有丰富的三乙醇胺油酸皂支链，溶于水后通过吸附在金属表面形成高分子皂保护膜，以增加润滑性，减轻金属间的摩擦、提高抗磨承压能力。
本发明制得的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂所配制的压裂液破胶后产生具有表面活性的三乙醇胺皂，可以替代表面活性剂降低油气水表界面张力，不需要再添加表面活性剂。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂，其特征在于，由重量份配比为1:0.005～0.1:0.005～0.1的乳液、氧化剂和还原剂组成；
其中所述乳液由水相和油相组成；
所述水相包括以下重量份的组分：水37～84份、三乙醇胺油酸皂6～23份和丙烯酰胺10～40份；
所述油相包括以下重量份的组分：白油95～99份和司盘80为1～5份。
2.一种如权利要求1所述的乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：水相的制备，将丙烯酰胺和三乙醇胺油酸皂先后加入至水中，搅拌至全部溶解、混合均匀即为水相；
步骤二：油相的制备，将司盘80加入白油中，然后搅拌混合均匀即为油相；
步骤三：乳液的制备，在搅拌状态下，将所述步骤一所述的水相缓慢加入到所述步骤二中所述油相中，加完后再用均质乳化泵循环乳化1～3次，制得后续反应所需乳液；
步骤四：聚合反应，将所述步骤三制得的乳液置于带有搅拌器的反应釜中，搅拌、充氮气20分钟以上后加氧化剂，升温后缓慢滴加还原剂制得乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂。
3.根据权利要求2所述的一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法，其特征在于，所述水为纯净水或软化水。
4.根据权利要求2所述的一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为双氧水、叔丁基过氧化氢、过硫酸钠或过硫酸铵。
5.根据权利要求4所述的一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法的制备方法，其特征在于，其中所述过硫酸钠和所述过硫酸铵需配制为蒸馏水或软化水溶液。
6.根据权利要求2所述的一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法的制备方法，其特征在于，所述还原剂为亚硫酸钠或焦亚硫酸钠。
7.根据权利要求6所述的一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法的制备方法，其特征在于，其中所述亚硫酸钠和所述焦亚硫酸钠需配制为蒸馏水或软化水溶液。
8.根据权利要求2所述的一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法的制备方法，其特征在于，所述步骤四中添加氧化剂后需升温至40～50℃后再缓慢滴加还原剂2－5小时，滴完完毕后需在50～60℃保持恒温1小时。
9.根据权利要求2所述的一种乳液型压裂用抗磨减阻稠化剂的制备方法的制备方法，其特征在于，所述步骤四中在添加所述氧化剂、所述还原剂以及在所述恒温过程中均需充入氮气。
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