CN117186288A - 一种油藏酸化压裂用减阻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种油藏酸化压裂用减阻剂及其制备方法。所述制备方法如下：四口烧瓶中依次加入5‑烯丙基‑3‑甲氧基水杨酸甲酯、N‑烯丙基‑N,N‑双(三甲基甲硅烷基)胺、2‑(三氟甲基)丙烯酸、1‑乙烯基‑3‑甲基咪唑三氟甲磺酸盐、对乙烯苯磺酸、MS‑1、羧甲基纤维素、硫酸钡、缓冲盐、去离子水，调节pH值，形成乳状液；向四口烧瓶滴加引发剂，搅拌，自动升温，升温结束后，继续搅拌，升温，继续搅拌，调节pH值，降温到40℃以下，得到粘稠液体；将粘稠液体沉降出产品，清洗，烘干，造粒，得到产品减阻剂。本发明具有原料来源广泛、合成工艺简单、安全环保的优点；同时具有高粘度、高减阻率特点。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种油藏酸化压裂用减阻剂及其制备方法。
背景技术
压裂工艺是油气井增产的一项重要措施，在各油田普遍采用，它是利用地面高压泵组将压裂液以超过地层吸收能力的排量泵入地层，在地层形成裂缝，改善油气层的导流能力，提高油层的渗透能力，以增加注水量或产油量，从而达到增产目的。
目前主要采用滑溜水压裂工艺进行开采，将压裂液由高压泵注入设备进行增压后，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，造成管道输量降低以及能量损耗增加。因此，需要采用在流体中添加减阻剂的方法来降低摩擦阻力的影响，从而提高施工效率。
CN108864387B公开了一种二氧化碳干法压裂用减阻剂及其应用。该发明的减阻剂主要包括：由氟化丙烯酸酯聚合物、磺化聚苯乙烯以及苯乙烯通过聚合反应制备得到的氟化丙烯酸酯-苯乙烯-磺化苯乙烯嵌段共聚物，其中，三者的质量比为(55-65):(20-30):(10-20)。该减阻剂与二氧化碳具有较好的相容性，将其溶解在二氧化碳压裂液中，能够降低压裂时的摩擦阻力，进而减小地面泵压，降低管线的承压，使二氧化碳干法压裂工程更安全、管线更能满足工作要求，提高注入液态二氧化碳的速度，使二氧化碳干法压裂能够使用到更深、条件更极端的储层中，并且在更极端的条件下仍能保持较好的减阻效果，在压裂作业中减阻效果能够达到30％-40％。但该发明的降阻率较低影响现场试验效果，减阻效果有待进一步提高。
CN103013488A公开了一种能应用于滑溜水压裂液的减阻剂及其制备方法，将有机盐加入丙烯酰胺与功能单体水溶液中制备水相，在高速搅拌下将水相加入到由表面活性剂与基础油构成的油相体系中，形成稳定的W/O型微乳液体系，再通氮气驱氧，加入引发剂聚合，形成无支化的长链结构。该聚合物微乳胶为透明或半透明状的热力学稳定体系，能够迅速溶胀于水中，可以直接使用，在流体输送时加入少量的该减阻剂，可一定程度的提高流量、降低能耗，与清水相比，减阻效果可达到30％-65％。该发明的减阻剂具有稳定性好、溶解速度快、溶解性能好、使用方便、减阻效果显著等特点，适用于滑溜水压裂技术，并且已经应用于现场压裂作业，取得了良好的增产效果。但是该发明在水中分散效果不理想，96h后还是浑浊状态，在一定程度上影响压裂液体系的性能，而且该减阻剂的减阻率为仅为30-60％，效果无法满足生产需要。
发明内容
本发明针对现有技术的不足而提供一种油藏酸化压裂用减阻剂及其制备方法。本发明具有原料来源广泛、合成工艺简单、安全环保的优点；同时本发明具有高粘度、高减阻率的特点，0.2wt％浓度的表观粘度大于100mPa.s，减阻率大于70％。
为了实现上述目的，本发明的目的之一公开了一种油藏酸化压裂用减阻剂的制备方法，所述制备方法具体步骤如下：
(1)四口烧瓶中依次加入5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、2-(三氟甲基)丙烯酸、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、对乙烯苯磺酸、MS-1(烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐)、羧甲基纤维素、硫酸钡、缓冲盐、去离子水，氮气吹扫除氧，高速搅拌1500-2000rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液；
(2)向四口烧瓶滴加引发剂，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌30-60min，之后升温到80-85℃，继续搅拌30-60min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体；
(3)将上述粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗2-3次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
在本发明中，优选地，步骤(1)中所述N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、2-(三氟甲基)丙烯酸、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、对乙烯苯磺酸与5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯的摩尔比为0.1-0.2：0.2-0.5：0.1-0.2：0.05-0.1：1。
在本发明中，优选地，步骤(1)中所述MS-1、羧甲基纤维素、硫酸钡、缓冲盐、去离子水与5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯的重量比为0.02-0.05：0.02-0.05：0.01-0.02：0.02-0.04：6-8：1。
在本发明中，优选地，步骤(1)中所述缓冲盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵中的一种。
更优选地，所述缓冲盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的一种。
在本发明中，优选地，步骤(2)中所述引发剂为过硫酸盐与还原性含硫钠盐的混合溶液，其中过硫酸盐的浓度为10-15wt％，还原性含硫钠盐的浓度为5-8wt％；引发剂与5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯的重量比为0.3-0.6：1。
更优选地，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种，所述还原性含硫钠盐为亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠中的一种。
本发明的酸化压裂用减阻剂的合成反应方程式如下所示：
本发明另一个目的公开了一种油藏酸化压裂用减阻剂，所述减阻剂分子结构式如下：
其中：
a＝5000-50000；
b＝1000-10000；
c＝2000-20000；
d＝1000-10000；
e＝500-5000。
优选地，所述减阻剂的粘均分子量为10000000-20000000。
本发明的酸化压裂用减阻剂的作用原理主要包括以下几个方面：
(1)本发明减阻剂中的5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯为主要单体，属于亲油性，可以形成类似滑溜水的物质，可以降低运移过程中的摩擦阻力；
(2)本发明减阻剂中的N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、2-(三氟甲基)丙烯酸属于特殊表面活性剂，可以大幅度降低运移过程中的摩擦阻力；
(3)本发明减阻剂中的1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、对乙烯苯磺酸属于两性、阴离子表面活性剂，可以降低运移过程中的摩擦阻力；
(4)本发明减阻剂中的MS-1属于乳化剂，可以提高聚合质量；
(5)本发明减阻剂中的羧甲基纤维素、硫酸钡属于有机、无机分散剂，可以提高聚合质量；
(6)本发明减阻剂中的缓冲盐可以控制合成过程中pH的波动，提高聚合质量。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的酸化压裂用减阻剂合成工艺简单，原材料易得，安全环保；
(2)本发明的酸化压裂用减阻剂具有高表观粘度的特点，0.2wt％浓度的表观粘度大于100mPa.s；
(3)本发明的酸化压裂用减阻剂具有较好的减阻效应，0.2wt％浓度的减阻率大于70％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
(1)四口烧瓶中依次加入0.1mol 5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、0.02mol N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、0.02mol 2-(三氟甲基)丙烯酸、0.015mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、0.01mol对乙烯苯磺酸、0.444g MS-1、0.89g羧甲基纤维素、0.33g硫酸钡、0.444g磷酸二氢钠、133.2g去离子水，氮气吹扫除氧。高速搅拌1500rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液。
(2)向四口烧瓶滴加引发剂13.32g，其中过硫酸钾的浓度为10wt％，亚硫酸氢钠的浓度为5wt％，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌30min，之后升温到80℃，继续搅拌50min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体。
(3)将上述的粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗2次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
实施例2
(1)四口烧瓶中依次加入0.1mol 5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、0.018mol N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、0.025mol 2-(三氟甲基)丙烯酸、0.01mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、0.009mol对乙烯苯磺酸、0.58g MS-1、0.77g羧甲基纤维素、0.222g硫酸钡、0.458g磷酸二氢钾、147.8g去离子水，氮气吹扫除氧。高速搅拌2000rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液。
(2)向四口烧瓶滴加引发剂10.88g，其中过硫酸铵的浓度为12wt％，亚硫酸氢钠的浓度为6wt％，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌60min，之后升温到85℃，继续搅拌40min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体。
(3)将上述的粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗3次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
实施例3
(1)四口烧瓶中依次加入0.1mol 5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、0.015mol N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、0.03mol 2-(三氟甲基)丙烯酸、0.02mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、0.008mol对乙烯苯磺酸、0.78g MS-1、0.444g羧甲基纤维素、0.39g硫酸钡、0.888g磷酸二氢铵、158.7g去离子水，氮气吹扫除氧。高速搅拌1600rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液。
(2)向四口烧瓶滴加引发剂6.66g，其中过硫酸钾的浓度为15wt％，硫代硫酸钠的浓度为8wt％，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌40min，之后升温到82℃，继续搅拌30min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体。
(3)将上述的粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗2次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
实施例4
(1)四口烧瓶中依次加入0.1mol 5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、0.015mol N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、0.035mol 2-(三氟甲基)丙烯酸、0.018mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、0.008mol对乙烯苯磺酸、0.66g MS-1、1.11g羧甲基纤维素、0.24g硫酸钡、0.76g磷酸氢二钠、144.3g去离子水，氮气吹扫除氧。高速搅拌1800rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液。
(2)向四口烧瓶滴加引发剂8.34g，其中过硫酸钠的浓度为14wt％，亚硫酸氢钠的浓度为6wt％，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌50min，之后升温到83℃，继续搅拌40min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体。
(3)将上述的粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗3次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
实施例5
(1)四口烧瓶中依次加入0.1mol 5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、0.012mol N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、0.04mol 2-(三氟甲基)丙烯酸、0.016mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、0.007mol对乙烯苯磺酸、0.83g MS-1、0.64g羧甲基纤维素、0.444g硫酸钡、0.84g磷酸氢二钾、166.4g去离子水，氮气吹扫除氧。高速搅拌1900rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液。
(2)向四口烧瓶滴加引发剂11.88g，其中过硫酸钠的浓度为12wt％，亚硫酸氢钠的浓度为5wt％，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌45min，之后升温到81℃，继续搅拌50min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体。
(3)将上述的粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗2次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
实施例6
(1)四口烧瓶中依次加入0.1mol 5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、0.012mol N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、0.045mol 2-(三氟甲基)丙烯酸、0.013mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、0.006mol对乙烯苯磺酸、0.96g MS-1、0.77g羧甲基纤维素、0.36g硫酸钡、0.82g磷酸氢二铵、177.6g去离子水，氮气吹扫除氧。高速搅拌1800rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液。
(2)向四口烧瓶滴加引发剂10.14g，其中过硫酸铵的浓度为15wt％，亚硫酸氢钠的浓度为6wt％，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌55min，之后升温到84℃，继续搅拌30min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体。
(3)将上述的粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗2次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
实施例7
(1)四口烧瓶中依次加入0.1mol 5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、0.01mol N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、0.05mol 2-(三氟甲基)丙烯酸、0.012mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、0.006mol对乙烯苯磺酸、1.02g MS-1、0.92g羧甲基纤维素、0.38g硫酸钡、0.82g磷酸二氢钠、171g去离子水，氮气吹扫除氧。高速搅拌1700rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液。
(2)向四口烧瓶滴加引发剂12.63g，其中过硫酸钾的浓度为14wt％，亚硫酸氢钠的浓度为6wt％，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌35min，之后升温到80℃，继续搅拌40min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体。
(3)将上述的粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗3次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
实施例8
(1)四口烧瓶中依次加入0.1mol 5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、0.01mol N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、0.05mol 2-(三氟甲基)丙烯酸、0.015mol 1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、0.005mol对乙烯苯磺酸、1.11g MS-1、1.01g羧甲基纤维素、0.25g硫酸钡、0.78g磷酸二氢钠、173g去离子水，氮气吹扫除氧。高速搅拌1800rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液。
(2)向四口烧瓶滴加引发剂11.12g，其中过硫酸钾的浓度为15wt％，亚硫酸氢钠的浓度为7wt％，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌40min，之后升温到85℃，继续搅拌60min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体。
(3)将上述的粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗2次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
实施例9表观粘度测试
测试本发明的表观粘度，测试浓度为0.2wt％，测试方法参考SY/T 6376－2008《压裂液通用技术条件》中7.1。用陕西森瑞石油开发技术有限公司的乳液减阻剂进行表观粘度对比，测试结果见表1。
从表1可以看出：本发明的酸化压裂用减阻剂(实施例1-8)在使用浓度为0.2wt％时的表观粘度均大于100mPa.s，其中最高达到125mPa.s，而对比例陕西森瑞石油开发技术有限公司乳液减阻剂的表观粘度为46mPa.s，明显低于本发明。
实施例10减阻率测试
测试本发明的减阻率，测试浓度为0.05wt％、0.1wt％、0.2wt％，测试方法参考SY/T 6376－2008《压裂液通用技术条件》中7.13.1。用陕西森瑞石油开发技术有限公司的乳液减阻剂进行减阻率对比，测试结果见表1。
表1表观粘度、减阻率测试结果
从表1可以看出：
(1)本发明的酸化压裂用减阻剂(实施例1-8)在使用浓度为0.05wt％时的减阻率均大于60％，其中最高达到66％，而对比例陕西森瑞石油开发技术有限公司乳液减阻剂的减阻率为52％，明显低于本发明减阻剂；
(2)本发明的酸化压裂用减阻剂(实施例1-8)在使用浓度为0.1wt％时的减阻率均大于68％，其中最高达到75％，而对比例陕西森瑞石油开发技术有限公司乳液减阻剂的减阻率为60％，明显低于本发明减阻剂；
(3)本发明的酸化压裂用减阻剂(实施例1-8)在使用浓度为0.2wt％时的减阻率均大于70％，其中最高达到80％，而对比例陕西森瑞石油开发技术有限公司乳液减阻剂的减阻率为65％，明显低于本发明减阻剂。
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)
1.一种油藏酸化压裂用减阻剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体步骤如下：
(1)四口烧瓶中依次加入5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、2-(三氟甲基)丙烯酸、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、对乙烯苯磺酸、MS-1(烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐)、羧甲基纤维素、硫酸钡、缓冲盐、去离子水，氮气吹扫除氧，高速搅拌1500-2000rpm，用氢氧化钠溶液调节pH7-8，直到所有原材料完全成为均匀的乳状液；
(2)向四口烧瓶滴加引发剂，滴加完毕，继续搅拌，混合液自动升温，升温结束后，继续搅拌30-60min，之后升温到80-85℃，继续搅拌30-60min，用氢氧化钠溶液调节pH6-7，降温到40℃以下，得到粘稠液体；
(3)将上述粘稠液体加入乙醇沉降出产品，用乙醇清洗2-3次，烘干，造粒，得到产品减阻剂。
2.根据权利要求1所述一种油藏酸化压裂用减阻剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述N-烯丙基-N,N-双(三甲基甲硅烷基)胺、2-(三氟甲基)丙烯酸、1-乙烯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、对乙烯苯磺酸与5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯的摩尔比为0.1-0.2：0.2-0.5：0.1-0.2：0.05-0.1：1。
3.根据权利要求1所述一种油藏酸化压裂用减阻剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述MS-1、羧甲基纤维素、硫酸钡、缓冲盐、去离子水与5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯的重量比为0.02-0.05：0.02-0.05：0.01-0.02：0.02-0.04：6-8：1。
4.根据权利要求1或3所述一种油藏酸化压裂用减阻剂的制备方法，其特征在于，所述缓冲盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵中的一种。
5.根据权利要求4所述一种油藏酸化压裂用减阻剂的制备方法，其特征在于，所述缓冲盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的一种。
6.根据权利要求1所述一种油藏酸化压裂用减阻剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述引发剂为过硫酸盐与还原性含硫钠盐的混合溶液，其中过硫酸盐的浓度为10-15wt％，还原性含硫钠盐的浓度为5-8wt％；引发剂与5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯的重量比为0.3-0.6：1。
7.根据权利要求6所述一种油藏酸化压裂用减阻剂的制备方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种，所述还原性含硫钠盐为亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠中的一种。
8.一种油藏酸化压裂用减阻剂，其特征在于，所述减阻剂分子结构式如下：
其中：
a＝5000-50000；
b＝1000-10000；
c＝2000-20000；
d＝1000-10000；
e＝500-5000。
9.根据权利要求8所述一种油藏酸化压裂用减阻剂，其特征在于，所述减阻剂的粘均分子量为10000000-20000000。
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Effective date of registration: 20240815 Address after: 237000 Jinzhai Economic Development Zone, Lu'an City, Anhui Province Applicant after: ANHUI LUHAI PETROLEUM AUXILIARY TECHNOLOGY CO.,LTD. Country or region after: China Address before: 257000 Shandong Dongying Guangrao County Da Wang Economic Development Zone Applicant before: SHANDONG KEXING CHEMICAL Co.,Ltd. Country or region before: China |
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