CN115011325B - 一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，涉及降阻剂技术领域，解决现有矿物油分散介质，分散慢，降阻剂溶液浑浊，溶解速度相对慢，碳足迹高的问题，包括水，复合抑制剂，耐温稳定剂，乳化增稠剂，耐温悬浮剂，水溶聚合物；本申请的降阻剂因采用全水溶材料，具有遇水自分散、不团聚的特点，工程实践中较低的搅拌速度下即可使其快速、均匀的分散在水中，因采用高浓度复合阳离子盐，其溶于水后在浓差作用和化学势的作用下，促进产品分散，因而具有速溶、速生黏的特点；本发明的降阻剂因不采用矿物油，相对于传统降阻剂具有降低碳足迹，促进低碳化的特点；本发明采用的原料均为对环境无毒、害作用的水溶性材料，提高了产品的环保性能。
Description
技术领域
本发明涉及油气开发技术领域，更具体的是涉及降阻剂技术领域。
背景技术
非常规油气是国家能源开发的重要环节。水力压裂改造储层增产技术是非常规油气开发最主要、最有效和应用最广泛的技术手段。水力压裂改造技术是指将大量的压裂工作液注入油气产层，对产层进行液压碎裂改造，增加油气渗流通道和渗透率，从而达到增加油气产量的目的。
申请号：CN201810865857.8公开了一种页岩气压裂液用速溶型悬浮抗盐降阻剂，所述页岩气压裂液用速溶型悬浮抗盐降阻剂由包括以下重量份数的原料制成：水溶性单体20-30份、油溶性分散剂5-8份、无机颗粒分散剂5-8份、氧化-还原引发剂0.01-0.02份、油相30-50份、清水30-50份。该专利制备合成的降阻剂采用悬浮聚合法制备，其有效成分悬浮于体系当中，未被油相包裹，不需要转相过程，在水中能够迅速分散溶解；进而添加有降阻剂的页岩气压裂液具有摩阻低，粘度高，抗温耐盐性能好的特点，特别适合页岩气压裂改造。
上述专利存在的缺陷是：其一该专利的矿物油分散介质因为不溶于水，加入到水中后分散慢，其二由于矿物油不溶于水，加入到水中后会在乳化剂作用下形成水包油浑浊液，导致降阻剂溶液浑浊，其三由于矿物油体系中的悬浮颗粒外是包覆了一层油的，要先溶散油再溶颗粒，所以溶解速度相对慢，其四以矿物油分散介质，碳足迹高，不环保。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述矿物油分散介质，分散慢，降阻剂溶液浑浊，溶解速度相对慢，碳足迹高的技术问题，本发明提供一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，按质量百分比计，包括以下原料，25～45％的水，15～35％的复合抑制剂，5～15％的耐温稳定剂，1～3％的乳化增稠剂，0.2～1.5％的耐温悬浮剂，15～45％的水溶聚合物。
本申请的技术方案中，以水为分散介质，以乳化增稠剂作为乳液稳定剂形成的水基乳液，通过向水中加入复合抑制剂，即高浓度阳离子复合盐，在水中形成高阳离子电荷，从而改变水的电解平衡，降低活性氢离子数量，从而抑制改性聚丙烯酰胺水解，因改性聚丙烯酰胺会在水中溶胀，从而导致体系失去流动性，而聚丙烯酰胺在水中会溶胀的主要原因是水中存在大量活性氢离子，会导致聚丙烯酰胺通过水解形成氢键而溶胀，本申请抑制了改性聚丙烯酰胺水解，使体系的流动性好，制备的降阻剂均匀；同时在体系中加入耐温稳定剂，其属于亲水性型、非极性弱电解质，具有电解平衡受温度影响不敏感特点，可以抑制温度波动对水基乳液分散介质的氢离子浓度影响；此外，体系中加入了耐温悬浮剂、乳化增稠剂，增加体系的稳定性，防止降阻剂原料改性聚丙烯酰胺的沉淀。本申请的体系属于高浓度电解质体系，密度大于水，其加入到水中会自然下沉，在下沉过程中电解质溶解扩散产生浓度差和高化学势能，促使体系向低浓度区域扩散，从而使得产品在水中具有自分散效果；本发明采用的原料均为对环境无毒、害作用的水溶性材料，提高了产品的环保性能；本发明提供的自分散清洁速溶降阻剂因不采用矿物油作，相对于传统降阻剂具有降低碳足迹，促进低碳化的特点。
优选的，按质量百分比计，包括以下原料，30～40％的水，20～30％的复合抑制剂，8～12％的耐温稳定剂，1.5～2.5％的乳化增稠剂，0.5～1.2％的耐温悬浮剂，20～40％的水溶聚合物。
更为优选的，按质量百分比计，包括以下原料，35％的水，20％的复合抑制剂，12％的耐温稳定剂，2％的乳化增稠剂，1％的耐温悬浮剂，30％的水溶聚合物。
进一步的，复合抑制剂为氯化铵与氯化钾的复合阳离子盐。
更进一步的，氯化铵与氯化钾的质量比为3～4:1。
进一步的，耐温稳定剂包括聚乙二醇、羟乙基纤维素或聚乙烯醇。
进一步的，乳化增稠剂包括司盘80、司盘85、丙二醇单月桂酸酯或丙二醇脂肪酸酯中的任一种。
进一步的，耐温悬浮剂包括羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或改性淀粉。
进一步的，水溶聚合物为改性聚丙烯酰胺，改性聚丙烯酰胺包括阴离子聚丙烯酰胺或非离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺的分子量为1000万、2000万或3000万，非离子聚丙烯酰胺的分子量为1000万或2000万。
一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按上述质量百分比，向水中加入复合抑制剂，形成均匀分散体系；
步骤2、向上述分散体系中加入乳化增稠剂，耐温悬浮剂，耐温稳定剂形成悬浊液体系；
步骤3、向上述悬浊液体系中加入水溶聚合物搅拌均匀即得低碳型自分散清洁速溶降阻剂成品。
本发明的有益效果如下：
1、本申请的降阻剂分散性能好：因采用全水溶材料，具有遇水自分散、不团聚的特点，工程实践中较低的搅拌速度下即可使其快速、均匀的分散在水中，不产生“鱼眼”；
2、本申请的降阻剂速溶性能好：因采用高浓度复合阳离子盐，其溶于水后在浓差作用和化学势的作用下，促进产品分散，因而具有速溶、速生黏的特点，工程实践中可实现连续混配溶解时间15s，高于行业标准≤40s的要求；
3、本申请的降阻剂清洁无残渣：原料均为无色或浅色的水溶性材料，配置出的降阻剂基液及破胶液均呈无色、透明状，因而具有清洁无残渣的特点；
4、本发明提供的降阻剂产品，因加入了复合阳离子盐抑制剂，可以抑制黏土膨胀，能改变水基乳液活性，形成惰性分散介质的材料，具有岩心伤害率低的特点，有助于压裂施工过程中的产层保护，促进压裂增产施工目的；
5、相对于原采用矿物油作为分散介质的降阻剂产品，油性分散介质在高浓度盐水中分散速度变慢，影响溶胀效果，本发明提供的降阻剂产品，在返排液中可正常分散和溶胀，相对于现行的降阻剂产品，其应用于返排液环境下的适应性更好；
6、本申请的乳化增稠剂还增加了分散介质的粘度，提高悬浮能力，促进聚丙烯酰胺粉末悬浮在分散体系中，形成稳定的产品。
7、相对于原采用矿物油作为分散介质的降阻剂产品，本发明提供的降阻剂产品，无挥发、无异味，不含对环境有害的材料，对降低压裂液的环境污染有促进作用；
8、相对于原采用矿物油作为分散介质的降阻剂产品，本发明提供的降阻剂产品，无挥发、无异味，不含对人体有害的材料，对应用施工人员的健康保护有促进作用；
9、对于原采用矿物油作为分散介质的降阻剂产品，本发明提供的降阻剂产品，以水作为分散介质，不采用石化类原材料，有效的降低了碳足迹，促进水力压裂施工材料的低碳化发展。
附图说明
图1是实施例1制备的降阻剂的分散效果图；
图2是实施例1制备的降阻剂产品与参比样的清洁性对比图；
图3是实施例1制备的降阻剂产品的降阻率测试图。
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。
因此，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到3所示，本实施例提供一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，按质量百分比计，包括以下原料，35％的水，20％的氯化铵与氯化钾的复合阳离子盐，12％的聚乙二醇，2％的司盘80，1％的羟乙基纤维素，30％的阴离子聚丙烯酰胺，分子量为2000万，其中，氯化铵与氯化钾的质量比为4:1。
上述一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按上述质量百分比，向水中加入氯化铵与氯化钾的复合阳离子盐，形成均匀分散体系；
步骤2、向上述分散体系中加入司盘80，羟乙基纤维素，聚乙二醇形成悬浊液体系；
步骤3、向上述悬浊液体系中加入阴离子聚丙烯酰胺，分子量为2000万，搅拌均匀即得低碳型自分散清洁速溶降阻剂成品。
图1是本实施例制备的低碳型自分散清洁速溶降阻剂的分散效果图，图1中(a)是刚加入，(b)是加入2s后，(c)是加入5s后，加入到水中，在下沉过程中自由扩散开，形成分散效果，本实施例的降阻剂产品可在无搅拌或低速搅拌下快速分散到水中，促进快速形成均匀、澄清、无鱼眼的降阻剂基液。
图2是本实施例的降阻剂产品与参比样的清洁性对比图，图2中(a)是本实施例的降阻剂溶液，是将本实施例的降阻剂加入水中搅拌溶解均匀形成的粘性液体，(b)是(a)的破胶液，是(a)通过加热老化，或者加入氧化剂(破胶剂)破胶，使聚丙烯酰胺分子链断裂，形成的无黏性液体，(c)是现行的降阻剂产品溶液，(d)是(c)的破胶液。
图3是本实施例降阻剂产品降阻率测试图，降阻率符合行业标准要求(要求＞70％)。
实施例2
一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，按质量百分比计，包括以下原料，30％的水，22％的复合抑制剂，8％的耐温稳定剂，1.5％的乳化增稠剂，0.5％的耐温悬浮剂，38％的水溶聚合物；其中，复合抑制剂为氯化铵与氯化钾的复合阳离子盐，氯化铵与氯化钾的质量比为3:1，耐温稳定剂为羟乙基纤维素，乳化增稠剂为司盘85，耐温悬浮剂为改性淀粉，水溶聚合物为阴离子聚丙烯酰胺，分子量为1000万。
上述一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，包括如下步骤：
步骤1、按上述质量百分比，向水中加入复合抑制剂，形成均匀分散体系；
步骤2、向上述分散体系中加入乳化增稠剂，耐温悬浮剂，耐温稳定剂形成悬浊液体系；
步骤3、向上述悬浊液体系中加入水溶聚合物搅拌均匀即得低碳型自分散清洁速溶降阻剂成品。
实施例3
一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，按质量百分比计，包括以下原料，40％的水，26％的复合抑制剂，10％的耐温稳定剂，2.5％的乳化增稠剂，1.5％的耐温悬浮剂，20％的水溶聚合物；其中，复合抑制剂为氯化铵与氯化钾的复合阳离子盐，氯化铵与氯化钾的质量比为4:1，耐温稳定剂为聚乙烯醇，乳化增稠剂为丙二醇单月桂酸酯，耐温悬浮剂为羟丙基纤维素，水溶聚合物为阴离子聚丙烯酰胺，分子量为3000万。
该低碳型自分散清洁速溶降阻剂的制备方法同实施例2所述。
实施例4
一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，按质量百分比计，包括以下原料，45％的水，25％的复合抑制剂，10％的耐温稳定剂，1％的乳化增稠剂，1％的耐温悬浮剂，18％的水溶聚合物；其中，复合抑制剂为氯化铵与氯化钾的复合阳离子盐，氯化铵与氯化钾的质量比为3:1，耐温稳定剂为聚乙二醇，乳化增稠剂为丙二醇脂肪酸酯，耐温悬浮剂为羟乙基纤维素，水溶聚合物为非离子聚丙烯酰胺，分子量为1000万。
该低碳型自分散清洁速溶降阻剂的制备方法同实施例2所述。
实施例5
一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，按质量百分比计，包括以下原料，29％的水，21％的复合抑制剂，9％的耐温稳定剂，1.8％的乳化增稠剂，1.2％的耐温悬浮剂，38％的水溶聚合物；其中，复合抑制剂为氯化铵与氯化钾的复合阳离子盐，氯化铵与氯化钾的质量比为4:1，耐温稳定剂为聚乙烯醇，乳化增稠剂为司盘80，耐温悬浮剂为羟丙基纤维素，水溶聚合物为非离子聚丙烯酰胺，分子量为2000万。
该低碳型自分散清洁速溶降阻剂的制备方法同实施例2所述。
试验例
本发明制备的低碳型自分散清洁速溶降阻剂产品符合行业标准(NB/T 14003.2-2016页岩气压裂液第2部分：降阻剂性能指标及测试方法)要求，实施例各指标检测结果如表1。
表1各实施例及参比样品各指标检测结果
由表1知，本发明提供的低碳型自分散清洁速溶降阻剂符合行业标准对降阻剂性能指标的要求，且其残渣含量、连续混配溶解时间指标均超过行业标准要求。
Claims (7)
1.一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，其特征在于，按质量百分比计，包括以下原料，25～45％的水，15～35％的复合抑制剂，5～15％的耐温稳定剂，1～3％的乳化增稠剂，0.2～1.5％的耐温悬浮剂，15～45％的水溶聚合物；耐温稳定剂包括聚乙二醇、羟乙基纤维素或聚乙烯醇；乳化增稠剂包括司盘80、司盘85、丙二醇单月桂酸酯或丙二醇脂肪酸酯中的任一种；耐温悬浮剂包括羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或改性淀粉。
2.根据权利要求1所述的一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，其特征在于，按质量百分比计，包括以下原料，30～40％的水，20～30％的复合抑制剂，8～12％的耐温稳定剂，1.5～2.5％的乳化增稠剂，0.5～1.2％的耐温悬浮剂，20～40％的水溶聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，其特征在于，按质量百分比计，包括以下原料，35％的水，20％的复合抑制剂，12％的耐温稳定剂，2％的乳化增稠剂，1％的耐温悬浮剂，30％的水溶聚合物。
4.如权利要求3所述的一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，其特征在于，复合抑制剂为氯化铵与氯化钾的复合阳离子盐。
5.如权利要求4所述的一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，其特征在于，氯化铵与氯化钾的质量比为3～4:1。
6.如权利要求3所述的一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂，其特征在于，水溶聚合物为改性聚丙烯酰胺，改性聚丙烯酰胺包括阴离子聚丙烯酰胺或非离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺的分子量为1000万、2000万或3000万，非离子聚丙烯酰胺的分子量为1000万或2000万。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种压裂用低碳型自分散清洁速溶降阻剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、按上述质量百分比，向水中加入复合抑制剂，形成均匀分散体系；
步骤2、向上述分散体系中加入乳化增稠剂，耐温悬浮剂，耐温稳定剂形成悬浊液体系；
步骤3、向上述悬浊液体系中加入水溶聚合物搅拌均匀即得低碳型自分散清洁速溶降阻剂成品。
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