CN104946227B - 一种滑溜水减阻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滑溜水减阻剂及其制备方法。所述减阻剂包括由式I～IV所示的四种结构单元构成的无规共聚物。其制备所用的原料包括20‑40%的由丙烯酰胺、丙烯酸、乙酸乙烯酯和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸四种单体构成的总单体、0.03‑0.08%的引发体系、0.01‑0.03%的掩蔽剂和水。本发明所述减阻剂可以应用于石油压裂液技术领域，是一种减阻性能良好的耐温减阻剂。
Description
技术领域
本发明涉及石油压裂液技术领域，具体涉及一种滑溜水压裂液用减阻剂及其制备方法。
背景技术
页岩气是近年来潜力巨大的非常规天然气资源，并已成为世界油气勘探开发的热门领域。页岩气藏富含有机质，是典型的自生自储型气藏。与常规天然气藏相比，其中的天然气以游离气和吸附气为主赋存、原位饱和富集于页岩储集系统的微纳米级孔－缝、矿物颗粒表面，具有无明显气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征，一般无自然产能，必须通过压裂工程才能形成工业生产能力，在压裂过程中，随着排量的提高，工作液在管线中的摩擦阻力将成倍地增加，使施工的泵压大部分消耗在克服管路摩阻上，实际作用于产层的压力不大；又因摩阻增大，排量难于提高，裂缝很难向前延伸，压裂强度小，达不到深度压裂的目的。
国外对于页岩油气储层的改造，主要采用滑溜水体系，减阻剂是滑溜水压裂液中最主要的添加剂，是滑溜水体系中的关键组分，在滑溜水体系中能够大幅度降低摩阻，有效减轻对压裂施工设备的高压要求，能够增加对储层岩石的净压力，改善压裂施工效果。
目前国内的减阻剂主要为常规储层压裂用水溶性减阻剂，具体有：天然瓜胶（GuarGum）、洋槐豆胶（Locust Bean Gum）、卡拉亚胶（Karaya Gum）、羟乙基纤维素（Hydroxyethylcellulose）、羧甲基纤维素钠（Sodium Carboxymethyl Cellulose）、聚氧化乙烯（Polyethylene Oxide）、聚丙烯酞胺（PAM）等。而针对页岩尤其是高温储层的压裂滑溜水体系中减阻剂的研究较少。目前使用的国外开发的减阻剂耐温性能均低于100℃，而我国川东南地区的页岩油气储层温度有的能达到110℃，甚至更高。因此，开发新型耐温聚合物作为页岩压裂液减阻剂是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐温减阻剂及其制备方法，所述减阻剂可以应用于石油压裂液领域。
因此，本发明提供一种滑溜水减阻剂，所述减阻剂为由式I～式IV所示的四种结构单元构成的无规共聚物。
在一个具体的实施方式中，所述减阻剂为如式V所示的共聚物，其中，x、y、z和m为四种结构单元分别在所述共聚物中的质量百分含量，且x为65-70%、y为6-10%、z为4-5%、m为15-20%。
本发明还提供一种减阻剂的制备方法，原料包括以下质量百分比的各组分：20-40%的总单体，0.03-0.08%的引发体系，0.01-0.03%的掩蔽剂，其余为水；所述总单体包括丙烯酰胺、丙烯酸、乙酸乙烯酯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。优选地，所述总单体在原料中的质量百分含量为20-30%。
在一种具体实施方式中，所述引发体系包括过硫酸铵、过硫酸钾和亚硫酸氢钠，各组分质量比例为2:2:1。所述掩蔽剂为乙二胺四乙酸二钠。
在另一种具体实施方式中，所述减阻剂的制备步骤如下：
1）将引发体系和掩蔽剂分别配制成备用水溶液；2）在搅拌的条件下将掩蔽剂水溶液加入到水中，然后加入上述四种原料单体和水，使其完全溶解，通氮气除氧；3）加入上述备用引发体系水溶液，搅拌，并抽真空以除去反应体系中的氧气；4）将反应容器置于30-50℃水浴中反应4-6小时；5）将反应得到的胶块切碎，烘干至恒重，用粉粹机打碎即得到所述减阻剂。
本发明还提供所述减阻剂在石油压裂液技术领域中的应用。
本发明所述减阻剂为由丙烯酰胺、丙烯酸、乙酸乙烯酯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸四种单体形成的共聚物，具有耐温性好，与滑溜水其它各组分配伍性好，无絮状物及沉淀生成，能够有效降低流体在管道及井筒内的摩阻，即减阻率高的特点，其中室内实验条件下降低摩阻60%以上，其作为减阻剂能够改善压裂施工效果，对页岩尤其是高温储层的压裂滑溜水体系中的减阻剂是一个有益的补充。
具体实施方式
以下实施例中所使用的0.15%的滑溜水均是指滑溜水中所用的减阻剂的质量百分含量为0.15%，而滑溜水中的其余添加剂（如助排剂）的组分及其含量并不受限制，可以是现有技术中的所用的任意的滑溜水。另外，实施例1～5中使用的滑溜水的添加剂的成份和含量均相同。
实施例1
本实施例为制备滑溜水减阻剂，反应体系组成按照质量分数比为：总单体20%、引发体系0.03%、掩蔽剂0.01%、其余为清水。
以制备1kg反应体系为例，制备方法为：
1）200rpm连续搅拌条件下，792g清水中加入2g5%的掩蔽剂水溶液，依次加入丙烯酰胺140g、丙烯酸16g、乙酸乙烯酯8g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸36g，充分搅拌直至完全溶解。
2）将反应体系通氮气除氧30分钟，快速滴加5%过硫酸铵水溶液2.4g、5%过硫酸钾水溶液2.4g和5%亚硫酸氢钠水溶液1.2g，200rpm条件下搅拌30s，立即抽真空20min以除去反应体系中的氧气。
3）将反应容器置于30℃水浴中反应6小时。
4）反应得到的胶块切碎，60℃烘干至恒重，用粉碎机打碎，即得到减阻剂。
将本实施例中制备得到的减阻剂配制成0.15%的滑溜水溶液，使用管路摩阻测定装置在常温下检测其不同剪切速率时的减阻率，结果见表1。
表1
| 剪切速率（S-1） | 减阻率 | |
| 实施例1-1 | 200 | 29.5% |
| 实施例1-2 | 400 | 34.9% |
| 实施例1-3 | 600 | 37.6% |
| 实施例1-4 | 1500 | 45.4% |
| 实施例1-5 | 2500 | 56.3% |
| 实施例1-6 | 3000 | 59.3% |
| 实施例1-7 | 9000 | 61.6% |
| 实施例1-8 | 12000 | 62.2% |
实施例2
本实施例为制备滑溜水减阻剂，反应体系组成按照质量分数比为：总单体25%、引发体系0.05%、掩蔽剂0.02%、其余为清水。
以制备1kg反应体系为例，制备方法为：
1）200rpm连续搅拌条件下，736g清水中加入4g5%的掩蔽剂水溶液，依次加入丙烯酰胺175g、丙烯酸20g、乙酸乙烯酯10g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸45g，充分搅拌直至完全溶解。
2）将反应体系通氮气除氧30分钟，快速滴加5%过硫酸铵水溶液4g、5%过硫酸钾水溶液4g和5%亚硫酸氢钠水溶液2g，200rpm条件下搅拌30s，立即抽真空20min以出去反应体系中的氧气。
3）将反应容器置于50℃水浴中反应4小时。
4）反应得到的胶块切碎，60℃烘干至恒重，用粉碎机打碎，即得到减阻剂。
将本实施例中制备得到的减阻剂配制成0.15%的滑溜水溶液，使用管路摩阻测定装置在常温下检测其不同剪切速率时的减阻率，结果见表2。
表2
| 剪切速率（S-1） | 减阻率 | |
| 实施例2-1 | 200 | 29.9% |
| 实施例2-2 | 400 | 35.1% |
| 实施例2-3 | 600 | 40.9% |
| 实施例2-4 | 1500 | 48.2% |
| 实施例2-5 | 2500 | 56.9% |
| 实施例2-6 | 3000 | 61.5% |
| 实施例2-7 | 9000 | 63.7% |
| 实施例2-8 | 12000 | 65.5% |
实施例3
本实施例为制备滑溜水减阻剂，反应体系组成按照质量分数比为：总单体30%、引发体系0.06%、掩蔽剂0.02%、其余为清水。
以制备1kg反应体系为例，制备方法为：
1）200rpm连续搅拌条件下，684g清水中加入4g5%的掩蔽剂水溶液，依次加入丙烯酰胺210g、丙烯酸24g、乙酸乙烯酯12g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸54g，充分搅拌直至完全溶解。
2）将反应体系通氮气除氧30分钟，快速滴加5%过硫酸铵水溶液4.8g、5%过硫酸钾水溶液4.8g和5%亚硫酸氢钠水溶液2.4g，200rpm条件下搅拌30s，立即抽真空20min以出去反应体系中的氧气。
3）将反应容器置于45℃水浴中反应5小时。
4）反应得到的胶块切碎，60℃烘干至恒重，用粉碎机打碎，即得到减阻剂。
将本实施例中制备得到的减阻剂配制成0.15%的滑溜水溶液，使用管路摩阻测定装置在常温下检测其不同剪切速率时的减阻率，结果见表3。
表3
| 剪切速率（S-1） | 减阻率 | |
| 实施例3-1 | 200 | 29.6% |
| 实施例3-2 | 400 | 36.3% |
| 实施例3-3 | 600 | 41.2% |
| 实施例3-4 | 1500 | 47.8% |
| 实施例3-5 | 2500 | 56.7% |
| 实施例3-6 | 3000 | 61.3% |
| 实施例3-7 | 9000 | 62.4% |
| 实施例3-8 | 12000 | 64.5% |
实施例4
本实施例为制备滑溜水减阻剂，反应体系组成按照质量分数比为：总单体40%、引发体系0.08%、掩蔽剂0.03%、其余为清水。
以制备1kg反应体系为例，制备方法为：
1）200rpm连续搅拌条件下，578g清水中加入6g5%的掩蔽剂水溶液，依次加入丙烯酰胺280g、丙烯酸32g、乙酸乙烯酯16g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸72g，充分搅拌直至完全溶解。
2）将反应体系通氮气除氧30分钟，快速滴加5%过硫酸铵水溶液6.4g、5%过硫酸钾水溶液6.4g和5%亚硫酸氢钠水溶液3.2g，200rpm条件下搅拌30s，立即抽真空20min以除去反应体系中的氧气。
3）将反应容器置于45℃水浴中反应5小时。
4）反应得到的胶块切碎，60℃烘干至恒重，用粉碎机打碎，即得到减阻剂。
将本实施例中制备得到的减阻剂配制成0.15%的滑溜水溶液，使用管路摩阻测定装置在常温下检测其不同剪切速率时的减阻率，结果见表4。
表4
| 剪切速率（S-1） | 减阻率 | |
| 实施例4-1 | 200 | 29.0% |
| 实施例4-2 | 400 | 37.9% |
| 实施例4-3 | 600 | 42.9% |
| 实施例4-4 | 1500 | 48.1% |
| 实施例4-5 | 2500 | 57.9% |
| 实施例4-6 | 3000 | 60.2% |
| 实施例4-7 | 9000 | 62.9% |
| 实施例4-8 | 12000 | 63.7% |
实施例5
本实施例为实施例2中提供的减阻剂配制的滑溜水的耐温120℃实验。实验方法包括：
先检查耐温耐压容器，将减阻剂配成0.15%的滑溜水溶液，将滑溜水溶液装入该耐温耐压容器中，至滑溜水溢出为止，上紧螺纹，保证密封，放于烘箱中在120℃±1℃的温度下恒温2h后，取出冷却至室温。
首先观察高温后的滑溜水的性状，得到的结果是该滑溜水无分层、沉淀或絮状物出现。
将该耐温后的滑溜水溶液使用管路摩阻测定装置在常温下检测其不同剪切速率时的减阻率，结果见表5。
表5
由表5中耐温前后的数据比对可见，本发明中提供的减阻剂配制的滑溜水的耐温性能好，能耐温120℃。
Claims (7)
1.一种滑溜水减阻剂，其特征在于，所述减阻剂为由式I～式IV所示的四种结构单元构成的无规共聚物，
得到的所述减阻剂为如式V所示的共聚物，其中，x、y、z和m为四种结构单元分别在所述共聚物中的质量百分含量，且x为65-70％、y为6-10％、z为4-5％、m为15-20％，
2.一种如权利要求1所述的减阻剂的制备方法，其特征在于，原料包括以下质量百分比的各组分：20-40％的总单体，0.03-0.08％的引发体系，0.01-0.03％的掩蔽剂，其余为水；所述总单体为丙烯酰胺、丙烯酸、乙酸乙烯酯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述总单体在原料中的质量百分含量为20-30％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述引发体系包括过硫酸铵、过硫酸钾和亚硫酸氢钠，其质量比例为2:2:1。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述掩蔽剂为乙二胺四乙酸二钠。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述减阻剂的制备步骤如下：
1)将引发体系和掩蔽剂分别配制成备用水溶液；
2)在搅拌的条件下将掩蔽剂水溶液加入到水中，然后加入上述四种原料单体和水，使其完全溶解，通氮气除氧；
3)加入上述备用引发体系水溶液，搅拌，并抽真空以除去反应体系中的氧气；
4)将反应容器置于30-50℃水浴中反应4-6小时；
5)将反应得到的胶块切碎，烘干至恒重，用粉粹机打碎即得到所述减阻剂。
7.一种如权利要求1所述的减阻剂或根据权利要求2～6中任意一项所述的制备方法得到的减阻剂在石油压裂液领域中的应用。
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