CN116410402A - 一种压裂用降阻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油开采技术领域,具体涉及一种压裂用降阻剂及其制备方法。所述的制备方法如下:反应釜中依次加入丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、1‑乙烯基‑2‑吡咯烷酮、3‑[(3‑丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、1‑乙烯基‑3‑甲基咪唑三氟甲磺酸盐、TX‑10(壬基酚聚氧乙烯醚)、SP‑60(山梨醇酐硬脂酸酯)、7号白油、螯合剂、缓冲盐、去离子水,搅拌形成均匀的乳状液,调节pH,缓慢升温到45‑50℃后,继续搅拌;高位槽滴加引发剂,将反应釜升温到70‑80℃,继续搅拌,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂。本发明具有合成工艺简单、无副产物的优点;同时具有粘度高、减阻率高、防膨效果好的特点。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域,具体涉及一种压裂用降阻剂及其制备方法。
背景技术
近年来,我国石油天然气勘探开发正处于全球油气价格下调和对外依存度持续攀升的双重压力之下,非常规油气资源开发变得日趋重要。非常规储层的物性差、孔隙度小、渗透率低,注入水容易沿高渗透层突破、冲刷使高渗透层的渗透率进一步提高,油藏的非均质性进一步扩大,致使油井大量出水,产能降低,经济效益变差。
压裂已逐渐成为非常规油气储层的主流改造技术,也是低渗、超低渗油气储层经济开发的关键技术。压裂液是压裂过程的工作液,压裂液在高压泵注设备的增压后泵入地层,在地层中压开裂缝,并延伸裂缝从而调整水井的吸水剖面以提高采收率。
压裂液由高压泵注入设备增压后,通过管柱高速泵入地层,高压高速条件下流体在管内流动过程中紊流现象严重,压裂液与管壁之间有较大的摩擦阻力,流体的摩擦阻力限制了流体在管道中的流动,造成管道输量降低和能量损耗增加。因此,需要采用在压裂液中添加降阻剂的方法来降低摩擦阻力的影响,提高施工效率。
降阻剂是在液体中加入少量的高分子聚合物或表面活性剂,使液体在湍流流动时,通过影响湍流结构大幅度减小摩擦阻力。
CN103045226A公开了一种降阻剂及其制备方法和使用该降阻剂的滑溜水压裂液及其制备方法,该降阻剂的组成及质量百分比为:聚氧化乙烯10%~40%、有机溶剂40%~85%、非离子表面活性剂0~10%、分散剂0~10%;滑溜水压裂液的组成及质量百分比为:降阻剂0.05%~0.2%、助排剂0.2%~0.5%、防膨剂1.0%~3.0%、杀菌剂0.1%~0.3%、余量为清水。本发明的降阻剂能大幅度降低压裂管路及近井摩阻,成本低廉且与地层水及其他添加剂配伍性良好;使用该降阻剂的滑溜水压裂液,能保持较好的降阻性能和热稳定性,同时具有较低的降阻剂浓度,对于需要大规模改造的页岩油气藏,经济效益显著。但有机溶剂占了降阻剂产品比重过高,会带来一定的环保问题,而且聚氧化乙烯耐剪切能力较差,在高剪切的压裂施工中会迅速降解,导致降阻性能下降。
CN103333672A公开了一种应用于页岩气藏的耐盐降阻剂;所述的降阻剂是由丙烯酰胺单元和丙烯基季铵盐单元组成的二元共聚物;所述二元共聚物中丙烯酰胺的质量百分比浓度为10%~80%;所述的丙烯基季铵盐是丙烯基三烷基氯化铵、烷基丙烯酰胺基丙基三烷基氯化铵或二烷基二烯丙基氯化铵中的一种,质量百分比浓度为20~90%,分子量为1×106~2×106;应用于含二价金属离子的压裂返排液、溶洞水、地下产出水的降阻剂,使用质量百分比浓度为0.05%~0.1%;本降阻剂具有较好的耐盐、降阻性能,克服了目前其他类聚丙酰胺降阻剂在使用过程中其耐盐性能不足,尤其是不能应用于Ca2+、Mg2+同时存在的高矿化度水中的问题。但是该产品为粉剂,会给现场施工带来一定的难度。
发明内容
本发明针对现有技术的不足而提供一种压裂用降阻剂及其制备方法。本发明具有合成工艺简单、无副产物的优点;同时本发明降阻剂具有粘度高、减阻率高、防膨效果好的特点。
为了实现上述目的,第一个方面,本发明公开了一种压裂用降阻剂,所述压裂用降阻剂分子结构式如下:
其中,a=10000-200000;
b=5000-100000;
c=2000-40000;
d=5000-100000;
e=5000-100000;
所述压裂用降阻剂粘均分子量为3000000-30000000。
第二个方面,本发明公开了上述压裂用降阻剂的制备方法,具体步骤如下:
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min;
(2)反应釜中依次加入丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、TX-10(壬基酚聚氧乙烯醚)、SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、7号白油、螯合剂、缓冲盐、去离子水,高速搅拌,搅拌速度为1500-2000rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8;
(3)将反应釜搅拌速度调节为200-300rpm,同时缓慢升温,温度达到45-50℃后,停止升温,继续搅拌;高位槽滴加引发剂,滴加时间控制在2-3h,滴加完毕后,将反应釜升温到70-80℃,继续搅拌2-3h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂。
优选地,所述的丙烯酸丁酯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐与丙烯酰胺的摩尔比为0.2-0.8:0.05-0.5:0.2-0.8:0.2-0.8:1;更优选地,所述的丙烯酸丁酯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐与丙烯酰胺的摩尔比为0.3-0.7:0.1-0.3:0.3-0.7:0.3-0.7:1。
优选地,步骤(2)中,所述的TX-10、SP-60、7号白油、螯合剂、缓冲盐、去离子水与丙烯酰胺的重量比为0.1-0.2:0.1-0.2:2-4:0.05-0.1:0.02-0.05:12-15:1。
优选地,步骤(2)中,所述的螯合剂为EDTA、氨三乙酸中的一种。
优选地,步骤(2)中,所述的缓冲盐为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种。
优选地,步骤(3)中,所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种与亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠中的一种的混合溶液,其中过硫酸盐的浓度为8-10wt%,还原性含硫盐的浓度为5-6wt%,引发剂与丙烯酰胺的重量比为0.2-0.5:1。
本发明的压裂用降阻剂的合成的反应方程式如下:
本发明是以丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐为单体的五元高分子聚合物和7号白油的混合物。其中,五元高分子聚合物中丙烯酰胺为聚合物主体;丙烯酸丁酯分子亲油,可以使得高分子聚合物更好地与7号白油混合;3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐1-乙烯基-2-吡咯烷酮可以提高压裂液的刚性、耐剪切力;3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐一方面可以降低表面张力,一方面可以抑制粘土膨胀;1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐属于含氟表面活性剂,可以大幅度降低表面张力和界面张力;7号白油属于亲油物质,首先可以大幅度降低摩擦阻力,其次可以抑制粘土膨胀,再次可以提高产品的抗剪切能力;螯合剂的加入可以进一步提高了压裂液的防膨率。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果:
(1)本发明的压裂用降阻剂合成为一锅法,合成工艺简单,没有副产物,安全环保。
(2)本发明的压裂用降阻剂具有高表观粘度的特点,0.5wt%浓度的表观粘度达到170mPa.s以上。
(3)本发明的压裂用降阻剂具有较好的减阻效应,0.5wt%浓度的减阻率达到68%以上。
(4)本发明的压裂用降阻剂具有较好的防膨效果,使用浓度为2wt%条件下,防膨率达到80%以上。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min。
(2)反应釜中依次加入0.5mol丙烯酰胺、0.1mol丙烯酸丁酯、0.25mol 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、0.4mol 3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、0.1mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、7.1g TX-10、3.55g SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、71g 7号白油、1.78gEDTA、0.71g磷酸二氢钾、533g去离子水,高速搅拌,搅拌速度为1500rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8。
(3)将反应釜搅拌速度调节为200rpm,同时缓慢升温,温度达到48℃后,停止升温,继续搅拌。高位槽滴加17.8g引发剂,其中过硫酸钾的浓度为8wt%,硫代硫酸钠的浓度为5wt%。滴加时间控制在2h,滴加完毕后,将反应釜升温到77℃,继续搅拌2h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂A。
实施例2
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min。
(2)反应釜中依次加入0.5mol丙烯酰胺、0.4mol丙烯酸丁酯、0.025mol 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、0.1mol 3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、0.4mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、3.55g TX-10、7.1g SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、85g 7号白油、2.14gEDTA、1.78g磷酸氢二钾、508g去离子水,高速搅拌,搅拌速度为2000rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8。
(3)将反应釜搅拌速度调节为300rpm,同时缓慢升温,温度达到45℃后,停止升温,继续搅拌。高位槽滴加13.4g引发剂,其中过硫酸钾的浓度为10wt%,亚硫酸氢钠的浓度为5wt%。滴加时间控制在3h,滴加完毕后,将反应釜升温到73℃,继续搅拌3h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂B。
实施例3
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min。
(2)反应釜中依次加入0.5mol丙烯酰胺、0.15mol丙烯酸丁酯、0.2mol 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、0.35mol 3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、0.15mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、5.98g TX-10、4.14g SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、96g 7号白油、2.68g EDTA、0.88g磷酸二氢钠、483g去离子水,高速搅拌,搅拌速度为1600rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8。
(3)将反应釜搅拌速度调节为250rpm,同时缓慢升温,温度达到47℃后,停止升温,继续搅拌。高位槽滴加7.1g引发剂,其中过硫酸钠的浓度为8wt%,硫代硫酸钠的浓度为6wt%。滴加时间控制在2h,滴加完毕后,将反应釜升温到76℃,继续搅拌2.5h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂C。
实施例4
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min。
(2)反应釜中依次加入0.5mol丙烯酰胺、0.35mol丙烯酸丁酯、0.05mol 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、0.15mol 3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、0.2mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、4.17g TX-10、5.06g SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、104g 7号白油、2.98g EDTA、1.11g磷酸氢二钠、467g去离子水,高速搅拌,搅拌速度为1800rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8。
(3)将反应釜搅拌速度调节为250rpm,同时缓慢升温,温度达到48℃后,停止升温,继续搅拌。高位槽滴加9.6g引发剂,其中过硫酸钠的浓度为8wt%,亚硫酸氢钠的浓度为5wt%。滴加时间控制在3h,滴加完毕后,将反应釜升温到72℃,继续搅拌2.3h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂D。
实施例5
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min。
(2)反应釜中依次加入0.5mol丙烯酰胺、0.2mol丙烯酸丁酯、0.15mol 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、0.3mol 3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、0.25mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、5.64g TX-10、5.44g SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、117g 7号白油、3.14g氨三乙酸、1.46g磷酸二氢铵、447g去离子水,高速搅拌,搅拌速度为1600rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8。
(3)将反应釜搅拌速度调节为200rpm,同时缓慢升温,温度达到46℃后,停止升温,继续搅拌。高位槽滴加17.8g引发剂,其中过硫酸铵的浓度为9wt%,亚硫酸钠的浓度为6wt%。滴加时间控制在2.5h,滴加完毕后,将反应釜升温到75℃,继续搅拌2.7h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂E。
实施例6
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min。
(2)反应釜中依次加入0.5mol丙烯酰胺、0.3mol丙烯酸丁酯、0.1mol 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、0.2mol 3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、0.3mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、6.01g TX-10、4.62g SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、134g 7号白油、3.33g氨三乙酸、1.46g磷酸二氢铵、436g去离子水,高速搅拌,搅拌速度为1700rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8。
(3)将反应釜搅拌速度调节为220rpm,同时缓慢升温,温度达到50℃后,停止升温,继续搅拌。高位槽滴加11.2g引发剂,其中过硫酸铵的浓度为8wt%,亚硫酸氢钠的浓度为6wt%。滴加时间控制在2.3h,滴加完毕后,将反应釜升温到70℃,继续搅拌2.6h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂F。
实施例7
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min。
(2)反应釜中依次加入0.5mol丙烯酰胺、0.25mol丙烯酸丁酯、0.12mol 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、0.25mol 3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、0.35mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、5.27g TX-10、6.11g SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、142g 7号白油、3.55g氨三乙酸、1.58g磷酸氢二铵、426g去离子水,高速搅拌,搅拌速度为2000rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8。
(3)将反应釜搅拌速度调节为280rpm,同时缓慢升温,温度达到45℃后,停止升温,继续搅拌。高位槽滴加12.8g引发剂,其中过硫酸铵的浓度为10wt%,亚硫酸钠的浓度为6wt%。滴加时间控制在2.6h,滴加完毕后,将反应釜升温到80℃,继续搅拌2.8h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂G。
实施例8表观粘度测试
测试本发明的表观粘度,测试浓度为0.5wt%,测试方法参考SY/T6376-2008《压裂液通用技术条件》中7.1。用森瑞石油乳液减阻剂作为对比样品,测试结果见表1。
从表1可以看出:本发明的压裂用降阻剂A、B、C、D、E、F、G在使用浓度为0.5wt%时表观粘度均大于170mPa.s,G最高表观粘度为198mPa.s,而对比样品表观粘度为147mPa.s,明显低于本发明。本发明的压裂用降阻剂具有良好的表观粘度。
实施例9减阻率测试
测试本发明的减阻率,测试浓度为0.3wt%、0.5wt%,测试方法参考SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》中7.13.1。用森瑞石油乳液减阻剂作为对比样品,测试结果见表1。
从表1可以看出:本发明的压裂用降阻剂A、B、C、D、E、F、G在使用浓度为0.3wt%时减阻率均大于55%,F最高减阻率为65%,而对比样品减阻率为50%,明显低于本发明。在使用浓度为0.5wt%时减阻率均大于68%,F最高减阻率为78%,而对比样品减阻率为62%,明显低于本发明。本发明的压裂用降阻剂具有良好的减阻效果。
实施例10压裂液的防膨率能力评价
取本发明2g,加入100g蒸馏水摇匀。
称取0.50g钠膨润土,装入10mL离心管中,加人10mL压裂液溶液,充分摇匀,在室温下放置2h,装入离心机内,在转速为1500r/min下离心分离15min,读出钠膨润土膨胀后的体积V1。
用蒸馏水代替压裂液溶液,钠膨润土膨胀后的体积V2。
用煤油代替压裂液溶液,钠膨润土膨胀后的体积V0。
防膨率的计算方法:
用森瑞石油乳液减阻剂作为对比样品,测试结果见表1。
表1表观粘度、减阻率、防膨率测试结果
从表1可以看出:本发明的压裂用降阻剂A、B、C、D、E、F、G在使用浓度为2wt%时防膨率均大于80%,G最高防膨率为90%,而对比样品防膨率为35%,明显低于本发明。本发明的压裂用降阻剂具有良好的防膨效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种压裂用降阻剂的制备方法,其特征在于,所述的制备方法如下:
(1)将反应釜和管路用氮气吹扫3-5min,氮气通入速度为1000mL/min,后期合成过程调整氮气的通入速度为200mL/min;
(2)反应釜中依次加入丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、TX-10(壬基酚聚氧乙烯醚)、SP-60(山梨醇酐硬脂酸酯)、7号白油、螯合剂、缓冲盐、去离子水,高速搅拌,搅拌速度为1500-2000rpm,直到所有原材料完全成为均匀的乳状液,用2wt%的氨水溶液调节pH7-8;
(3)将反应釜搅拌速度调节为200-300rpm,同时缓慢升温,温度达到45-50℃后,停止升温,继续搅拌;高位槽滴加引发剂,滴加时间控制在2-3h,滴加完毕后,将反应釜升温到70-80℃,继续搅拌2-3h,降温到40℃以下,得到产品压裂用降阻剂。
2.根据权利要求1所述一种压裂用降阻剂的制备方法,其特征在于,所述的丙烯酸丁酯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐与丙烯酰胺的摩尔比为0.2-0.8:0.05-0.5:0.2-0.8:0.2-0.8:1。
3.根据权利要求2所述一种压裂用降阻剂的制备方法,其特征在于,所述的丙烯酸丁酯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、3-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基铵]丙酸盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐与丙烯酰胺的摩尔比为0.3-0.7:0.1-0.3:0.3-0.7:0.3-0.7:1。
4.根据权利要求1所述一种压裂用降阻剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的TX-10、SP-60、7号白油、螯合剂、缓冲盐、去离子水与丙烯酰胺的重量比为0.1-0.2:0.1-0.2:2-4:0.05-0.1:0.02-0.05:12-15:1。
5.根据权利要求1所述一种压裂用降阻剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的螯合剂为EDTA、氨三乙酸中的一种。
6.根据权利要求1所述一种压裂用降阻剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的缓冲盐为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种。
7.根据权利要求1所述一种压裂用降阻剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种与亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠中的一种的混合溶液,其中过硫酸盐的浓度为8-10wt%,还原性含硫盐的浓度为5-6wt%,引发剂与丙烯酰胺的重量比为0.2-0.5:1。
9.根据权利要求8所述一种压裂用降阻剂,其特征在于,所述的压裂用降阻剂粘均分子量为3000000-30000000。
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