CN114806534A - 一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，包括如下各组分：聚合物乳剂、白油、有机蒙脱土、表面活性剂、黏土稳定剂和除氧剂；所述聚合物乳剂以甲基丙烯酸‑2‑乙基己酯醇溶液与引发剂制备得到，所述引发剂为过氧化环己酮与N，N‑二甲基苯胺的混合。还公开了制备方法及应用。本发明以甲基丙烯酸‑2‑乙基己酯作为聚合单体，使得到的降阻剂在应用于压裂液时不会出现絮凝现象；且聚合物为微乳液，避免粉剂类降阻剂的溶解速率低、现场配液不便的问题。降阻剂的合成中引入了表面活性剂，使降阻剂具有聚合物和表面活性剂的双重作用，可以提高该降阻剂的防水锁性能从而可消除页岩气压裂中的水锁效应。
Description
技术领域
本发明涉及压裂液技术领域，具体涉及一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂、制备方法及应用。
背景技术
目前低压低渗的非常规油气田资源成为了勘探开发的重点领域。页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，中国的页岩气可采储量较大。而中国西南地区的震旦系、寒武系、石岩系、二叠系等层系具有很好的页岩气资源，亟待进行开发。
页岩气资源开发过程中，需要使用到降阻剂，如粉剂类降阻剂，多为聚丙烯酰胺类聚合物，这种聚合物存在溶解速率低、现场配液不便的问题。同时现有降阻剂的聚丙烯酰胺类聚合物在聚合时聚合反应速率较快，在聚合过程中温度明显上升，甚至发生爆聚的现象，使聚合反应过早终止，导致聚合产物的分子量较低，无法满足性能要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的乳剂类降阻剂存在诸多问题，以及聚合物聚合速率较快，分子量无法满足要求。目的在于提供一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂、制备方法及应用，以解决以上问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明的第一个目的在于提供一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，包括如下各组分：聚合物乳剂、白油、有机蒙脱土、表面活性剂、黏土稳定剂和除氧剂；
所述聚合物乳剂以甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液与引发剂制备得到，所述引发剂为过氧化环己酮与N，N-二甲基苯胺的混合。
可选地，所述聚合物乳剂、白油、有机蒙脱土、表面活性剂、黏土稳定剂和除氧剂的重量份比为20～25：40～50：0.5～1.5、2～3.5、1～2、0.6～1。
可选地，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液与引发剂的质量比为15～20:2～3，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液的质量百分数为50％。
可选地，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液的醇溶剂为烷基醇，所述烷基醇为烷基二醇或烷基三醇或烷基四醇。
可选地，所述烷基醇中的烷基为碳个数为1～5的烷基。
可选地，所述过氧化环己酮与N，N-二甲基苯胺的质量比为1:1。
可选地，所述白油为3#、5#、7#、10#白油中的任一种；
所述有机蒙脱土的参数为：胶质价≥50mL/g，吸蓝量为30～35g/100，蒙脱石量＞80％，白度＞80％，粒度为380～400目，含水量＜6％。
可选地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与十二胺醋酸盐以质量比为1：1混合。
本发明的第二个目的在于提供上述降阻剂的制备方法，包括：
1)将配方量的白油、有机蒙脱土混合，搅拌，至混合物黏稠度均匀稳定；
2)加入配方量的表面活性剂、黏土稳定剂、除氧剂，至充分溶解；
3)加入配方量的聚合物乳剂，混合均匀，得降阻剂。
本发明的第三个目的在于提供上述降阻剂用于压裂液的应用。
本发明具有如下的优点和有益效果：
(1)本发明以甲基丙烯酸-2-乙基己酯作为聚合单体，使得到的降阻剂在应用于压裂液时不会出现絮凝现象；且聚合物为微乳液，避免粉剂类降阻剂的溶解速率低、现场配液不便的问题。
(2)本发明得到的降阻剂的合成中引入了表面活性剂，表面活性剂具有阳离子单体和阴离子单体，与聚合物乳剂形成了聚表一体架构，使降阻剂具有聚合物和表面活性剂的双重作用，可以提高该降阻剂的防水锁性能从而可消除页岩气压裂中的水锁效应。
(3)本发明得到的降阻剂在0.05％-0.1％的加量可配制出低粘滑溜水体系，0.1％-0.3％的加量可配制出中粘滑溜水体系，0.3％-0.6％可配制出高粘滑溜水体系，适合不同施工场景的各种需求。同时采用无毒化学物质合成，无毒无害、清洁安全环保。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
由于现有的乳剂类聚合物制备的降阻剂溶解速率低、现场配液不便，且聚合物的分子量较低，无法满足性能要求。本发明实施例为了解决该问题，提供了一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，包括如下各组分：聚合物乳剂、白油、有机蒙脱土、表面活性剂、黏土稳定剂和除氧剂；
所述聚合物乳剂以甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液与引发剂制备得到，所述引发剂为过氧化环己酮与N，N-二甲基苯胺的混合。
相较于丙烯酰胺作为聚合单体，甲基丙烯酸-2-乙基己酯上具有烷基链，在氧化还原引发剂：过氧化环己酮与N，N-二甲基苯胺的作用下，聚合速率相对降低；且甲基丙烯酸-2-乙基己酯上的烷基链提高了得到的聚合物的分子量，制备得到的降阻剂上的长链会使该降阻剂在使用过程中不会吸附地层水中的负离子，不会出现絮凝现象；同时，以甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液与引发剂制备得到的聚合物为微乳液，避免粉剂类降阻剂的溶解速率低、现场配液不便的问题，且甲基丙烯酸-2-乙基己酯上的烷基链有助于提高降阻剂的黏性。
进一步地，所述聚合物乳剂、白油、有机蒙脱土、表面活性剂、黏土稳定剂和除氧剂的重量份比为20～25：40～50：0.5～1.5、2～3.5、1～2、0.6～1。
通过合理设计各物质配方量，得到性能最优的降阻剂。其中本发明降阻剂的合成中引入了表面活性剂，表面活性剂具有阳离子单体和阴离子单体，与聚合物乳剂形成了聚表一体架构，使降阻剂具有聚合物和表面活性剂的双重作用，可以提高该降阻剂的防水锁性能，在破胶之后，表面活性剂的阳离子单体、阴离子单体释放，具有很好的降低表界面张力的作用，从而可消除页岩气压裂中的水锁效应。发明人经过大量实验发现，聚合物与表面活性剂的份量对于降阻剂的防水锁性能有较大影响，当聚合物的份量较大时，由于聚合物与表面活性剂的阳离子、阴离子的相互作用，在破胶之后表面活性剂单体的释放受到一定的影响，从而影响形成的破胶液的表面张力。本发明将聚合物乳剂的量降低，聚合物乳剂与表面活性剂的份量比为20～25：2～3.5，明显降低了破胶液的表面张力，降低至22mN/m以下，与煤油的界面张力低于0.31mN/m，从而可消除页岩气压裂中的水锁效应。同时聚合物乳剂的加量降低且高性能，有利于降低成本。
进一步地，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液与引发剂的质量比为15～20:2～3，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液的质量百分数为50％。甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液与引发剂达到最佳配比，可以兼顾聚合速率、形成的聚合物乳剂的分散及稳定性。
进一步地，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液的醇溶剂为烷基醇，所述烷基醇为烷基二醇或烷基三醇或烷基四醇。使用多醇可以提高甲基丙烯酸-2-乙基己酯的溶解性，并提高形成的聚合物乳剂的分散性。
进一步地，所述烷基醇中的烷基为碳个数为1～5的烷基。
进一步地，所述过氧化环己酮与N，N-二甲基苯胺的质量比为1:1。
进一步地，所述白油为3#、5#、7#、10#白油中的任一种；
所述有机蒙脱土的参数为：胶质价≥50mL/g，吸蓝量为30～33g/100，蒙脱石量＞80％，白度＞80％，粒度为380～400目，含水量＜6％。
白油作为降阻剂的连续相，用于有机蒙脱土成胶；有机蒙脱土作为成胶稠化连续相，有助于聚合物乳剂在体系中稳定分散悬浮。
进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与十二胺醋酸盐以质量比为1：1混合。
另外，配方中的黏土稳定剂用来抑制体系的黏土膨胀，除氧剂可以避免降阻剂在高温环境下快速降解，失去原有的功能。黏土稳定剂可以采用聚胺类黏土稳定剂，除氧剂可以采用甲醛或异抗坏血酸。
以上降阻剂的制备方法包括：
1)将配方量的白油、有机蒙脱土混合，搅拌，至混合物黏稠度均匀稳定；
2)加入配方量的表面活性剂、黏土稳定剂、除氧剂，至充分溶解；
3)加入配方量的聚合物乳剂，混合均匀，得降阻剂。
进一步地，所述步骤1)的过程为：将配方量的白油置于反应釜中，升温至50～55℃，加入配方量的有机蒙脱土，搅拌速率为1000～1200r/min，至混合物黏稠度均匀稳定；
所述步骤2)的过程为：将釜内温度降至40～45℃，搅拌速率为400～450r/min，加入配方量的表面活性剂、黏土稳定剂及除氧剂，至充分溶解；
所述步骤3)的过程为：将釜内温度升至50℃，搅拌速率1400～1450r/min，加入配方量的聚合物乳剂，至混合均匀。
聚合物乳剂的制备过程为：
1)取配方量的甲基丙烯酸-2-乙基己酯溶于醇溶液中至充分溶解，得到溶液A；溶液A中甲基丙烯酸-2-乙基己酯的质量百分比为50％；
2)取配方量的引发剂溶于醇溶液中，得到溶液B；其中引发剂的质量与溶液A的质量为2～3:15～20；
3)将溶液A搅拌的同时匀速加入溶液B，保证混合均匀，得到聚合物乳剂。
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明。
一、非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂的制备
实施例1：
1)取50kg甲基丙烯酸-2-乙基己酯溶于乙二醇中得到溶液A；
2)取6kg过氧化环己酮与6kgN，N-二甲基苯胺溶于乙二醇中得到溶液B；
3)将溶液A搅拌的同时匀速加入溶液B，保证混合均匀，得到聚合物乳剂；
4)取5#白油50kg置于反应釜中；
6)将反应釜内温度升至55℃，加入1.5kg的有机蒙脱土，加入后控制搅拌转速为1000r/min，直至混合物黏稠度均匀稳定；
7)将反应釜内温度降至40℃，搅拌转速降为400r/min，加入3.5kg表面活性剂(1.75kg十二烷基苯磺酸钠与1.75kg十二胺醋酸盐混合)、2kg黏土稳定剂及1kg除氧剂，直至充分溶解；
8)将反应釜内温度提高至50℃，搅拌转速提高至1400r/min，加入25kg聚合物乳剂，均匀悬浮分散，得到降阻剂。
实施例2：
1)取50kg甲基丙烯酸-2-乙基己酯溶于乙二醇中得到溶液A；
2)取7.5kg过氧化环己酮与7.5kgN，N-二甲基苯胺溶于乙二醇中得到溶液B；
3)将溶液A搅拌的同时匀速加入溶液B，保证混合均匀，得到聚合物乳剂；
4)取5#白油40kg置于反应釜中；
6)将反应釜内温度升至50℃，加入0.5kg的有机蒙脱土，加入后控制搅拌转速为1100r/min，直至混合物黏稠度均匀稳定；
7)将反应釜内温度降至40℃，搅拌转速降为450r/min，加入2.5kg表面活性剂(1.25kg十二烷基苯磺酸钠与1.25kg十二胺醋酸盐混合)、1.5kg黏土稳定剂及0.6kg除氧剂，直至充分溶解；
8)将反应釜内温度提高至50℃，搅拌转速提高至1450r/min，加入20kg聚合物乳剂，均匀悬浮分散，得到降阻剂。
实施例3：
1)取50kg甲基丙烯酸-2-乙基己酯溶于乙二醇中得到溶液A；
2)取6kg过氧化环己酮与6kgN，N-二甲基苯胺溶于乙二醇中得到溶液B；
3)将溶液A搅拌的同时匀速加入溶液B，保证混合均匀，得到聚合物乳剂；
4)取5#白油45kg置于反应釜中；
6)将反应釜内温度升至55℃，加入1kg的有机蒙脱土，加入后控制搅拌转速为1000r/min，直至混合物黏稠度均匀稳定；
7)将反应釜内温度降至40℃，搅拌转速降为400r/min，加入2kg表面活性剂(1kg十二烷基苯磺酸钠与1kg十二胺醋酸盐混合)、1kg黏土稳定剂及0.8kg除氧剂，直至充分溶解；
8)将反应釜内温度提高至50℃，搅拌转速提高至1400r/min，加入22kg聚合物乳剂，均匀悬浮分散，得到降阻剂。
实施例4：
1)取50kg甲基丙烯酸-2-乙基己酯溶于乙二醇中得到溶液A；
2)取9kg过氧化环己酮与9kgN，N-二甲基苯胺溶于乙二醇中得到溶液B；
3)将溶液A搅拌的同时匀速加入溶液B，保证混合均匀，得到聚合物乳剂；
4)取5#白油40kg置于反应釜中；
6)将反应釜内温度升至55℃，加入1kg的有机蒙脱土，加入后控制搅拌转速为1000r/min，直至混合物黏稠度均匀稳定；
7)将反应釜内温度降至40℃，搅拌转速降为400r/min，加入3kg表面活性剂(1.5kg十二烷基苯磺酸钠与1.5kg十二胺醋酸盐混合)、1kg黏土稳定剂及0.6kg除氧剂，直至充分溶解；
8)将反应釜内温度提高至50℃，搅拌转速提高至1400r/min，加入20kg聚合物乳剂，均匀悬浮分散，得到降阻剂。
对比例1：
对比例1与实施例1的不同在于，配方中的聚合物乳剂加入量为40kg，其余与实施例1相同。
对比例2：
对比例2与实施例1的不同在于，配方中聚合物乳剂的加入量为15kg，其余与实施例1相同。
对比例3：
对比例3与实施例1的不同在于，配方中使用的是聚合物粉剂，聚合单体采用的是丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵与过氧化氢异丙苯按1:1的质量比混合。具体的聚合物粉剂的制备过程为：
1)取50kg丙烯酰胺单体溶于水中至充分溶解，得到溶液A；
2)3.5kg过硫酸铵与3.5kg过氧化氢异丙苯溶于水中得到溶液B；
3)将溶液A搅拌的同时匀速加入溶液B，保证混合均匀，得到溶液C；
4)溶液C静置后得到聚丙烯酰胺胶块，将胶块造粒、干燥、粉碎得到聚合物粉剂。
其余与实施例1相同。
二、实验例
对实施例1～4、对比例1～5制备得到的降阻剂进行性能测试，测试项目如下：
(1)稳定性
分别将实施例1～4、对比例1～5制备得到的降阻剂在室温下静止放置，观察降阻剂的外观。
(2)现场配制的溶解性
分别将实施例1～4、对比例1～5的降阻剂在室温下溶解于清水或矿化度小于10万的返排液中，观察溶解情况。
(3)表面活性评价
研究实施例1～4、对比例1～5的降阻剂对压裂液体系的表面张力和相对煤油界面张力的影响。
结果见下表1。
(4)减阻率
取实施例1的降阻剂在氯化钠水溶液中，测定不同降阻剂质量浓度下的减阻率。结果见下表2。
表1各实施例、对比例降阻剂的性能测试结果
表2不同质量浓度的降阻剂的减阻率
| 质量浓度％ | 减阻率％ |
| 0.02 | 71 |
| 0.03 | 82 |
| 0.04 | 75 |
由表1、2可以看出，实施例1～4的降阻剂性能稳定，该降阻剂可以在40秒内完全溶解于清水或矿化度小于10万的返排液中，具有很好的降低表界面张力的作用，可将破胶液表面张力降低至22mN/m以下，与煤油的界面张力低于0.31mN/m，从而可消除页岩气压裂中的水锁效应，对低渗透油气藏解除水锁损害效果良好，满足现场使用要求。降阻剂的最高减阻率达到80％以上。
(5)在滑溜水体系的应用
以实施例1得到的降阻剂，通过取不同量配制滑溜水体系，研究降阻剂的加量对于滑溜水体系性能影响。发现通过改变该降阻剂的加量可以控制压裂液的粘度，0.05％-0.1％的加量可配制出低粘滑溜水体系，0.1％-0.3％的加量可配制出中粘滑溜水体系，0.3％-0.6％可配制出高粘滑溜水体系，适合不同施工场景的各种需求。
以上各实施例中所使用的各种试剂均可以通过市购或现有的技术获得，过程中涉及到的仪器、设备等均采用已知设备，过程中未提及到的方法等均是采用已知技术，在此不进行赘述。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，其特征在于，包括如下各组分：聚合物乳剂、白油、有机蒙脱土、表面活性剂、黏土稳定剂和除氧剂；
所述聚合物乳剂以甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液与引发剂制备得到，所述引发剂为过氧化环己酮与N，N-二甲基苯胺的混合。
2.根据权利要求1所述的一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，其特征在于，所述聚合物乳剂、白油、有机蒙脱土、表面活性剂、黏土稳定剂和除氧剂的重量份比为20～25：40～50：0.5～1.5、2～3.5、1～2、0.6～1。
3.根据权利要求2所述的一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，其特征在于，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液与引发剂的质量比为15～20:2～3，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液的质量百分数为50％。
4.根据权利要求3所述的一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，其特征在于，所述甲基丙烯酸-2-乙基己酯醇溶液的醇溶剂为烷基醇，所述烷基醇为烷基二醇或烷基三醇或烷基四醇。
5.根据权利要求4所述的一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，其特征在于，所述烷基醇中的烷基为碳个数为1～5的烷基。
6.根据权利要求5所述的一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，其特征在于，所述过氧化环己酮与N，N-二甲基苯胺的质量比为1:1。
7.根据权利要求6所述的一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，其特征在于，所述白油为3#、5#、7#、10#白油中的任一种；
所述有机蒙脱土的参数为：胶质价≥50mL/g，吸蓝量为30～35g/100，蒙脱石量＞80％，白度＞80％，粒度为380～400目，含水量＜6％。
8.根据权利要求7所述的一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与十二胺醋酸盐以质量比为1：1混合。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种非常规油气藏压裂用防水锁降阻剂的制备方法，其特征在于，包括：
1)将配方量的白油、有机蒙脱土混合，搅拌，至混合物黏稠度均匀稳定；
2)加入配方量的表面活性剂、黏土稳定剂、除氧剂，至充分溶解；
3)加入配方量的聚合物乳剂，混合均匀，得降阻剂。
10.权利要求1～8任一项所述的降阻剂或权利要求9所述的制备方法制备得到的降阻剂在压裂液的应用。
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