CN116925282A - 一种高聚物减阻剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于资源开采技术领域,提供了一种高聚物减阻剂及其制备方法和应用,解决了压裂液摩阻大的问题。本发明将N,N‑二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠、pH调节剂和水混合,得到水相;将α‑十二烯、乳化剂和煤油混合,得到油相;在保护气氛中,将水相和油相混合后加入引发剂,进行反应即得所述高聚物减阻剂。本发明以N,N‑二甲基丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠作为反应单体,引入α‑十二烯,通过增加支链的长度,来起到减阻的效果。本发明提供的减阻剂可以降低湍流的产生,聚合物在水中舒展可以疏导流体,降低流动阻力。本发明提供的减阻剂,减阻率达到了78.3%,返排率达到了75.7%,且性能稳定,静置45天没有出现分层现象。
Description
技术领域
本发明涉及资源开采技术领域,尤其涉及一种高聚物减阻剂及其制备方法和应用。
背景技术
在油气资源开采过程中发现更多的资源是存在岩石层中,常见的有页岩气、煤层气、致密气等。上述资源的开发需要将岩层破开裂缝,从而使油气资源从岩石层中逸出,来达到增产的目的。而这种岩层破拆的主要产品是压裂液,压裂液是由多种添加剂按照一定配比形成的化学体系,利用液体传压的原理,将压裂液在井底憋起高压,当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石的抗张强度时,便在井底附近地层产生裂缝;然后注入带有砂粒等支撑剂的液体,延伸并支撑裂缝,达到开采油气的目的。但是目前压裂液携带支撑剂的能力较差,是依靠泵压携带,大排量输送的情况下会产生更大的摩阻。因此解决压裂液摩阻大,携砂能力低的问题成为了资源开采的重点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的问题,提供一种高聚物减阻剂及其制备方法和应用。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种高聚物减阻剂的制备方法,包含下列步骤:
(1)将N,N-二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠、pH调节剂和水混合,得到水相;
(2)将α-十二烯、乳化剂和煤油混合,得到油相;
(3)在保护气氛中,将水相和油相混合后加入引发剂,进行反应即得所述高聚物减阻剂。
作为优选,步骤(1)中N,N-二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠和水的质量比为10~20:1~5:40~50。
作为优选,步骤(1)中所述pH调节剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾;
步骤(1)中所述水相的pH值为7.5~8.5。
作为优选,步骤(2)中所述乳化剂包含乳化剂SP-80和乳化剂TX10;
所述乳化剂SP-80和乳化剂TX10的质量比为1.5~1.8:1.1~1.2。
作为优选,步骤(2)中所述α-十二烯、乳化剂和煤油的质量比为1.2~1.8:1~2:50~60。
作为优选,步骤(2)中所述α-十二烯和步骤(1)中所述N,N-二甲基丙烯酰胺的质量比为1.2~1.8:10~20。
作为优选,步骤(3)中所述引发剂包含偶氮二异丁腈和过硫酸钾;
所述偶氮二异丁腈和过硫酸钾的质量比为2~4:1~1.5;
步骤(3)中所述引发剂和步骤(2)中α-十二烯的质量比为0.5~0.8:1.2~1.8。
作为优选,步骤(3)中所述反应的温度为45~55℃,时间为5~5.5h。
本发明还提供了所述制备方法得到的高聚物减阻剂。
本发明还提供了所述高聚物减阻剂在压裂液中的应用。
本发明提供了一种高聚物减阻剂的制备方法,将N,N-二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠、pH调节剂和水混合,得到水相;将α-十二烯、乳化剂和煤油混合,得到油相;在保护气氛中,将水相和油相混合后加入引发剂,进行反应即得所述高聚物减阻剂。本发明以N,N-二甲基丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠作为反应单体,引入α-十二烯,通过增加支链的长度,来起到减阻的效果。本发明提供的减阻剂可以降低湍流的产生,聚合物在水中舒展可以疏导流体,降低流动阻力。本发明提供的制备方法简单,工艺要求低,产率高,可以大规模的推广生产。
具体实施方式
本发明提供了一种高聚物减阻剂的制备方法,包含下列步骤:
(1)将N,N-二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠、pH调节剂和水混合,得到水相;
(2)将α-十二烯、乳化剂和煤油混合,得到油相;
(3)在保护气氛中,将水相和油相混合后加入引发剂,进行反应即得所述高聚物减阻剂。
在本发明中,步骤(1)中N,N-二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠和水的质量比优选为10~20:1~5:40~50,进一步优选为12~18:2~4:42~48,更优选为14~16:2.5~3.5:44~46。
在本发明中,步骤(1)中所述pH调节剂优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
在本发明中,步骤(1)中所述水相的pH值优选为7.5~8.5,进一步优选为7.6~8.4,更优选为7.8~8.2。
在本发明中,步骤(1)中所述混合的搅拌转速优选为100~200rpm,进一步优选为120~180rpm,更优选为140~160rpm;时间优选为5~10min,进一步优选为6~9min,更优选为7~8min。
在本发明中,步骤(2)中所述乳化剂优选包含乳化剂SP-80和乳化剂TX10。
在本发明中,所述乳化剂SP-80和乳化剂TX10的质量比优选为1.5~1.8:1.1~1.2,进一步优选为1.55~1.75:1.12~1.18,更优选为1.6~1.7:1.14~1.16。
在本发明中,步骤(2)中所述α-十二烯、乳化剂和煤油的质量比优选为1.2~1.8:1~2:50~60,进一步优选为1.3~1.7:1.2~1.8:52~58;更优选为1.4~1.6:1.3~1.5:54~56。
在本发明中,步骤(2)中所述α-十二烯和步骤(1)中所述N,N-二甲基丙烯酰胺的质量比优选为1.2~1.8:10~20,进一步优选为1.3~1.7:12~18,更优选为1.4~1.6:14~16。
在本发明中,步骤(2)中所述混合的转速优选为300~400rpm,进一步优选为320~380rpm,更优选为340~360rpm;时间优选为20~40min,进一步优选为25~35min,更优选为28~32min。
在本发明中,步骤(3)中所述引发剂优选包含偶氮二异丁腈和过硫酸钾。
在本发明中,所述偶氮二异丁腈和过硫酸钾的质量比优选为2~4:1~1.5,进一步优选为2.5~3.5:1.1~1.4,更优选为2.8~3.2:1.2~1.3。
在本发明中,步骤(3)中所述引发剂和步骤(2)中α-十二烯的质量比优选为0.5~0.8:1.2~1.8,进一步优选为0.6~0.7:1.3~1.7,更优选为0.65~0.68:1.4~1.6。
在本发明中,步骤(3)中所述保护气氛优选为氮气、氩气或氖气。
在本发明中,步骤(3)中油相与水相混合的方式为将水相加入到油相中,引发剂的加入方式为滴加,所述滴加的时间优选为5~10min,进一步优选为6~9min,更优选为7~8min。
在本发明中,步骤(3)中所述反应的温度优选为45~55℃,进一步优选为46~54℃,更优选为48~52℃;时间优选为5~5.5h,进一步优选为5.1~5.4h,更优选为5.2~5.3h;转速优选为100~150rpm,进一步优选为110~140rpm,更优选为120~130rpm。
在本发明中,步骤(3)中反应结束后使用无水乙醇进行洗涤,所述洗涤的次数优选≥3次,进一步优选≥4次,更优选≥5次;然后进行干燥,所述干燥的温度优选为40~50℃,进一步优选为42~48℃,更优选为44~46℃;时间优选为24~36h,进一步优选为26~34h,更优选为28~32h。
本发明还提供了所述制备方法得到的高聚物减阻剂。
本发明还提供了所述高聚物减阻剂在压裂液中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
取15g的N,N-二甲基丙烯酰胺,4g对苯乙烯磺酸钠和45g的水混合,并加入氢氧化钠控制pH值为7.8,然后在150rpm转速下搅拌10min得到水相。
取1.6g的α-十二烯,1.5g的乳化剂(其中SP-80和TX10的质量比为1.6:1.1)和55g的煤油混合,在350rpm转速下搅拌30min得到油相。
将水相加入到油相中,然后通入氮气,在10min内滴加0.8g的引发剂(其中偶氮二异丁腈和过硫酸钾的质量比为3:1),控制反应温度为50℃、150rpm转速下反应5h;反应结束后使用无水乙醇洗涤3次,然后在45℃环境下干燥24h,得到固体颗粒即为高聚物减阻剂。
实施例2
取120g的N,N-二甲基丙烯酰胺,10g对苯乙烯磺酸钠和400g的水混合,并加入氢氧化钠控制pH值为8,然后在160rpm转速下搅拌6min得到水相。
取17g的α-十二烯,15g的乳化剂(其中SP-80和TX10的质量比为1.5:1.2)和600g的煤油混合,在400rpm转速下搅拌25min得到油相。
将水相加入到油相中,然后通入氮气,在8min内滴加7g的引发剂(其中偶氮二异丁腈和过硫酸钾的质量比为4:1),控制反应温度为55℃、110rpm转速下反应5.3h;反应结束后使用无水乙醇洗涤4次,然后在40℃环境下干燥36h,得到固体颗粒即为高聚物减阻剂。
实施例3
取90g的N,N-二甲基丙烯酰胺,20g对苯乙烯磺酸钠和210g的水混合,并加入氢氧化钾控制pH值为8.4,然后在200rpm转速下搅拌10min得到水相。
取6.5g的α-十二烯,9g的乳化剂(其中SP-80和TX10的质量比为1.7:1.14)和260g的煤油混合,在320rpm转速下搅拌20min得到油相。
将水相加入到油相中,然后通入氩气,在6min内滴加3.25g的引发剂(其中偶氮二异丁腈和过硫酸钾的质量比为2.5:1.5),控制反应温度为48℃、120rpm转速下反应5.4h;反应结束后使用无水乙醇洗涤5次,然后在46℃环境下干燥28h,得到固体颗粒即为高聚物减阻剂。
实施例4
取28g的N,N-二甲基丙烯酰胺,5g对苯乙烯磺酸钠和88g的水混合,并加入氢氧化钾控制pH值为8.2,然后在180rpm转速下搅拌8min得到水相。
取3.2g的α-十二烯,3.6g的乳化剂(其中SP-80和TX10的质量比为1.6:1.2)和108g的煤油混合,在380rpm转速下搅拌40min得到油相。
将水相加入到油相中,然后通入氩气,在5min内滴加1g的引发剂(其中偶氮二异丁腈和过硫酸钾的质量比为4:1.2),控制反应温度为46℃、110rpm转速下反应5.5h;反应结束后使用无水乙醇洗涤4次,然后在50℃环境下干燥24h,得到固体颗粒即为高聚物减阻剂。
实施例5
取84g的N,N-二甲基丙烯酰胺,6g对苯乙烯磺酸钠和252g的水混合,并加入氢氧化钠控制pH值为7.5,然后在140rpm转速下搅拌5min得到水相。
取10.2g的α-十二烯,12g的乳化剂(其中SP-80和TX10的质量比为1.6:1.2)和324g的煤油混合,在380rpm转速下搅拌35min得到油相。
将水相加入到油相中,然后通入氮气,在8min内滴加4.8g的引发剂(其中偶氮二异丁腈和过硫酸钾的质量比为4:1),控制反应温度为52℃、150rpm转速下反应5h;反应结束后使用无水乙醇洗涤4次,然后在40℃环境下干燥30h,得到固体颗粒即为高聚物减阻剂。
将实施例1~5制备的减阻剂配制成滑溜水,按照0.5%减阻剂、0.5%助排剂、0.5%粘土稳定剂和0.1%的杀菌剂,余量为水进行配置,按照《SY/T 6376-2008压裂液通用技术条件》规定的方法对实施例1~5滑溜水的性能进行测试,结果记录在表1中。
表1实施例1~5的测试结果
由以上实施例可知,本发明提供了一种高聚物减阻剂,本发明将N,N-二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠、pH调节剂和水混合,得到水相;将α-十二烯、乳化剂和煤油混合,得到油相;在保护气氛中,将水相和油相混合后加入引发剂,进行反应即得所述高聚物减阻剂。本发明以N,N-二甲基丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠作为反应单体,引入α-十二烯,通过增加支链的长度,来起到减阻的效果。本发明提供的减阻剂可以降低湍流的产生,聚合物在水中舒展可以疏导流体,降低流动阻力。根据实施例的结果可以看出,本发明提供的减阻剂,减阻率达到了78.3%,返排率达到了75.7%,且性能稳定,静置45天没有出现分层现象,是一种性能优异且稳定的减阻剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高聚物减阻剂的制备方法,其特征在于,包含下列步骤:
(1)将N,N-二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠、pH调节剂和水混合,得到水相;
(2)将α-十二烯、乳化剂和煤油混合,得到油相;
(3)在保护气氛中,将水相和油相混合后加入引发剂,进行反应即得所述高聚物减阻剂。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中N,N-二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠和水的质量比为10~20:1~5:40~50。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述pH调节剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾;
步骤(1)中所述水相的pH值为7.5~8.5。
4.如权利要求1~3任意一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述乳化剂包含乳化剂SP-80和乳化剂TX10;
所述乳化剂SP-80和乳化剂TX10的质量比为1.5~1.8:1.1~1.2。
5.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述α-十二烯、乳化剂和煤油的质量比为1.2~1.8:1~2:50~60。
6.如权利要求1或5所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述α-十二烯和步骤(1)中所述N,N-二甲基丙烯酰胺的质量比为1.2~1.8:10~20。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述引发剂包含偶氮二异丁腈和过硫酸钾;
所述偶氮二异丁腈和过硫酸钾的质量比为2~4:1~1.5;
步骤(3)中所述引发剂和步骤(2)中α-十二烯的质量比为0.5~0.8:1.2~1.8。
8.如权利要求1或7所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述反应的温度为45~55℃,时间为5~5.5h。
9.权利要求1~8任意一项所述制备方法得到的高聚物减阻剂。
10.权利要求9所述高聚物减阻剂在压裂液中的应用。
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2023
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