頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑及其制備方法。所述頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，由水相和油相結合進行反向乳液聚合而成，其中水相中各單體與水的重量份配比為：丙烯酰胺:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸:水依次為0.7-1.3:0.7-1.5:1；油相中各單體與油的重量份配比為：吐溫80：OP-10：白油依次為0.1-0.35：0.1-0.35：1；水相與油相的重量份配比為：1：0.35-0.85。其制備方法包括如下步驟：（1）選定丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，按照一定比例溶解于去離子水中，配制成水相；（2）選定吐溫80：白油按照一定比例進行配比組成油相；（3）將上述水相與油相按照一定比例配比，充分混合后形成穩(wěn)定的油包水反相乳液基液；（4）利用引發(fā)劑進行催化引發(fā)，進行降阻劑合成。
【專利說明】頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備，更具體地說，涉及一種油包水型聚合物乳液降阻劑及其制備方法，該方法制備的聚合物乳液，可以在水中快速實現(xiàn)相反轉并溶解于水中，以該聚合物乳液為降阻劑的滑溜水具有耐高溫、低摩阻、低膨脹、低傷害、易返排、性能穩(wěn)定和溶解速度快等特點。
【背景技術】
[0002]隨著非常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)，因其儲層的特殊性，在相應的壓裂改造中所需要的壓裂液會不同。致密頁巖氣儲層具有低孔、低滲的特點，勘探開發(fā)難度較大，大多數(shù)頁巖氣井需要儲層改造才能獲得比較理想的產(chǎn)量。目前，國外頁巖氣開發(fā)最主要的增產(chǎn)措施是降阻壓裂，也即利用降阻劑作為主劑配置而成的降阻水，常稱為滑溜水，也就是用滑溜水壓裂液進行體積改造。
[0003]滑溜水壓裂液體系是針對頁巖氣儲層改造而發(fā)展起來的一種新的壓裂液體系。在美國、加拿大等國，滑溜水壓裂液的在頁巖氣儲層改造使用上獲得了顯著的經(jīng)濟效益，并且已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的凝膠壓裂液而成為最受歡迎的壓裂液。近年來，頁巖氣能源的開采在中國受到越來越高的重視。作為頁巖氣體積改造的關鍵技術，滑溜水壓裂液具有廣闊的應用前景。
[0004]由于國內(nèi)外非常規(guī)油氣藏的開采得到快速發(fā)展，主要進行體積改造、縫網(wǎng)改造、規(guī)模改造，對滑溜水的使用量要求一般很大，對現(xiàn)場空間，配液設備和儲液設備都提出很高要求，那么在線連續(xù)混配就越來越迫切，原有的天然聚合物和人工合成聚合物降阻劑不能實現(xiàn)在線連續(xù)混配，不能滿足規(guī)模壓裂改造。
[0005]因此，快速溶解`的聚合物乳液型降阻劑的研制已成為一種發(fā)展趨勢。但是，許多研究者誤認為油包水型乳液一定要達到相當穩(wěn)定的狀態(tài)。中國專利CN1709561A利用較高的HLB值的親水型乳化劑獲得了具有相當穩(wěn)定的油包水乳液，同時所得的乳液在水中溶解也較快。實際上，油包水乳液產(chǎn)品應用時有效產(chǎn)物最好能在水中直接溶解、稀釋。過于穩(wěn)定的油包水乳液與水混合后，高分子聚合物難以從水相液滴中溶出，需要通過沉降作用將水溶性聚合物從乳液中分離出來，造成生產(chǎn)中不必要的浪費。為解決油包水乳液的穩(wěn)定性問題，日東化學工業(yè)株式會社在中國專利CN1052869A中公開了一種在水中能夠快速進行相反轉并由此實現(xiàn)快速溶解的聚合物乳液制備方法，但是，該乳液產(chǎn)品中有含磷乳化劑，長期使用可造成水體系富養(yǎng)化的環(huán)保問題。
[0006]因此，研制出一種環(huán)保、速溶型聚合物乳液降阻劑已是一個迫在眉睫的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，解決了與上述技術有關的穩(wěn)定性與溶解性問題，制備兼顧長期穩(wěn)定和快速溶解能力、耐高溫、同時具有較高有效產(chǎn)物含量的油包水乳液
女口
廣叩；本發(fā)明同時提供該頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，工藝簡單，易于實現(xiàn)該降阻劑的在線配制。
[0008]本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，由水相和油相結合進行反向乳液聚合而成，其中水相基本組成為丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；油相基本組成為白油、吐溫80、0P-10 ；
水相中各單體與水的重量份配比:
丙烯酰胺:2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸:水依次為0.7-1.3:0.7-1.5:1 ；
油相中各單體與油的重量份配比:
吐溫 80:0P-10:白油依次為 0.1-0.35:0.1-0.35:1 ；
其中水相與油相的重量份配比為:1:0.35-0.85。
[0009]所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，水相組成包括水溶性高分子乳化劑，所述水溶性高分子乳化劑采用聚乙烯醇和聚乙二醇兩者中的任一種或者兩種；所述水溶性高分子乳化劑的用量為水相重量的0.5-1.5%。
[0010]所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，水相組成包括水溶性陽離子乳化劑，所述水溶性陽離子乳化劑采用十二烷基二甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨或十六烷基二甲基氯化銨中的任意一種、兩種或三種；水溶性陽離子乳化劑的用量為水相重量的1.0-1.5%。
[0011]所述的頁巖氣滑溜`水壓裂用降阻劑，水相組成包括水溶性乳化劑，所述水溶性乳化劑的用量為水相重量的1.0-1.5%，所述水溶性乳化劑包括水溶性陽離子乳化劑和水溶性高分子乳化劑；其中水溶性陽離子乳化劑使用十二烷基二甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨或十六烷基二甲基氯化銨中的任意一種、兩種或三種；水溶性高分子乳化劑采用聚乙烯醇和聚乙二醇兩者中的任一種或者兩種。
[0012]所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，油相中各單體與油的重量份配比為:吐溫80:0P-10:白油依次為 0.20-0.23:0.10-0.12:1。
[0013]所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，水相與油相的重量份組成為:1:0.40-0.7。
[0014]所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，水相與油相的重量百分比組成為:1:0.45-0.55。
[0015]一種所述頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，包括如下步驟:
(1)選定丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，按照一定比例溶解于去離子水中，配制成水相;PH值控制在6.5-8.5之間;
(2)選定吐溫80:白油按照一定比例進行配比組成油相；
(3)將上述水相與油相按照一定比例配比，在一定的攪拌速度下將水相加入油相中，并持續(xù)攪拌1-2小時，充分混合后形成穩(wěn)定的油包水反相乳液基液；
(4 )利用引發(fā)劑進行催化引發(fā)，進行降阻劑合成。
[0016]所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，在合成過程中，首先向配制好的反相乳液基液中吹氮氣30-60分鐘，以除去水中溶解的氧；然后停止吹氮氣，向溶液中加入催化劑，并將聚合釜密閉，誘發(fā)15-20分鐘，如果誘發(fā)期內(nèi)有不小于2°C的溫升，視為引發(fā)成功，否則重新加入催化劑再次引發(fā)，加入催化劑的量為配制好的反相乳液基液的0.001-3% ；在保溫密閉條件下直至升溫結束，最后按比例加入op-10，攪拌保溫3小時。[0017]所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，引發(fā)起始溫度控制在5_20°C范圍之內(nèi)，PH值控制在7.0±0.5之間；使用油溶性乳化劑和水溶性乳化劑時，將油溶性乳化劑和水溶性乳化劑分別配制在油相和水相中，充分混合后得到油包水乳液，然后加入催化劑引發(fā)聚合得到聚合物乳液，即制得所述降阻劑；其中所述油溶性乳化劑使用吐溫80或/和0P-10，油溶性乳化劑的用量為油相重量的1.0-1.5%。
[0018]本發(fā)明有益效果:
1、本發(fā)明頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，屬于一種聚合物降阻劑，作為滑溜水壓裂液的主劑，用它配置好的滑溜水壓裂液具有耐高溫、低摩阻、低膨脹、低傷害、易返排、性能穩(wěn)定和溶解速度快等特點，易于實現(xiàn)在線配制、適應性強，能夠滿足不同頁巖油、氣井壓裂的需要。
[0019]2、本發(fā)明頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑制備方法，工藝簡單，容易實現(xiàn)。根據(jù)發(fā)明降阻劑配方進行聚合得到的產(chǎn)品，其降摩阻性能可達到78.01%，并且和其他添加劑配伍良好、對儲藏無傷害性等特性。
[0020]3、本發(fā)明頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑制備方法，易于實現(xiàn)降阻劑的在線配制，能夠制備兼顧長期穩(wěn)定和快速溶解能力、耐高溫、同時具有較高有效產(chǎn)物含量的油包水乳液
產(chǎn)品[0021]4、本發(fā)明頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑制備方法，通過巧妙的利用乳化劑，提供充分的空間位阻作用來保證油包水乳液的穩(wěn)定性；同時，在乳液溶解的過程中提供足夠的相反轉動力，使乳液具有快速溶解特性，所合成乳液型聚合物含有一定量的磺酸基，使聚合物具有一定的耐溫性能，從而制得穩(wěn)定、耐高溫、速溶的油包水型聚合物乳液降阻劑。
【具體實施方式】
[0022]下面通過【具體實施方式】，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0023]實施例1
本發(fā)明頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，由水相和油相結合進行反向乳液聚合而成，其中水相基本組成為丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；油相基本組成為白油、吐溫80、0P-10 ；
水相中各單體與水的重量份配比:
丙烯酰胺:2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸:水依次為0.7-1.3:0.7-1.5:1 ；
油相中各單體與油的重量份配比:
吐溫 80 =OP-1O:白油依次為 0.1-0.35:0.1-0.35:1 ；
其中水相與油相的重量份配比為:1:0.35-0.85。
[0024]實施例2
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中水相中丙烯酰胺、2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與水的重量份配比:0.7:0.7:1。
[0025]實施例3
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂 用降阻劑，與實施例1不同的是:其中水相中丙烯酰胺、2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與水的重量份配比:0.7:1.5:1。
[0026]實施例4本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中水相中丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與水的重量份配比:0.7:1.0:1。
[0027]實施例5
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中水相中丙烯酰胺、2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與水的重量份配比:1.3:0.7:1。
[0028]實施例6
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中水相中丙烯酰胺、2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與水的重量份配比:1.3:1.5:1。
[0029]實施例7
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中水相中丙烯酰胺、2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與水的重量份配比:1.3:1.2:1。
實施例8
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中油相中吐溫80:0P-10:白油的重量份配比為:0.1:0.1:1。
[0030]實施例9
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中油相中吐溫80:0P-10:白油的重量份配比為:`0.1:0.2:1。
[0031]實施例10
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中油相中吐溫80:0P-10:白油的重量份配比為:0.1:0.35:1。
[0032]實施例11
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與實施例1不同的是:其中水相中丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與水的重量份配比:1.0:1.1:1 ;
油相中各單體與油的重量份配比為:吐溫80 =OP-1O:白油依次為
0.20-0.23:0.10-0.12:1 ;水相與油相的重量百分比組成為:1:0.45-0.55。
[0033]實施例12
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，與前述各實施例不同的是:可水相組成包括水溶性乳化劑，所述水溶性乳化劑包括水溶性陽離子乳化劑和水溶性高分子乳化劑；其中水溶性陽離子乳化劑使用十二烷基二甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨或十六烷基二甲基氯化銨中的任意一種、兩種或三種；水溶性高分子乳化劑采用聚乙烯醇和聚乙二醇兩者中的任一種或者兩種。水溶性乳化劑的用量為水相重量的1.0-1.5%，
實施例13
本實施例為頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，包括如下步驟:
(1)選定丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，按照一定比例溶解于去離子水中，配制成水相;PH值控制在6.5-8.5之間;
(2)選定吐溫80:白油按照一定比例進行配比組成油相；
(3)將上述水相與油相按照一定比例配比，在100-200r/min速度下將水相加入油相中，并持續(xù)攪拌1-2小時，期間觀察溶液均一，沒有抱團、分層現(xiàn)象，充分混合后形成穩(wěn)定的油包水反相乳液基液；(4 )利用引發(fā)劑進行催化引發(fā)，進行降阻劑合成。
[0034]實施例14
本實施例所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，其與實施例14不同的是:進一步的，在合成過程中，首先向配制好的反相乳液基液中吹氮氣30-60分鐘，以除去水中溶解的氧；然后停止吹氮氣，向溶液中加入催化劑，并將聚合釜密閉，誘發(fā)15-20分鐘，如果誘發(fā)期內(nèi)有不小于2°C的溫升，視為引發(fā)成功，否則重新加入催化劑再次引發(fā)，加入催化劑的量為配制好的反相乳液基液的0.001-3% ;在保溫密閉條件下直至升溫結束，最后按比例加入op-10，攪拌保溫3小時。
[0035]引發(fā)起始溫度控制在5_20°C范圍之內(nèi)，優(yōu)選的起始溫度是8±1°C。pH值控制在7.0±0.5之間；使用油溶性乳化劑和水溶性乳化劑時，將油溶性乳化劑和水溶性乳化劑分別配制在油相和水相中，充分混合后形成穩(wěn)定的油包水反向乳液基液，乳液粘度大于200mPa.S。然后加入催化劑引發(fā)聚合，得到聚合物乳液即降阻劑。
[0036]油溶性乳化劑使用吐溫80或/和0P-10，其用量為油相重量的1.0-1.5%。
[0037]實施例15
本實施例的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，其中水相中各單體與水的重量配比為:丙烯酰胺:2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸:水為0.918:0.838:1 ；
油相中各單體與油的重量配比為:吐溫80:0P-10:白油為0.216:0.108:1 ；
水相與油相的重量配比為:1:0.48。
`[0038]制備方法及過程如下:
水相溶液的配制:在2000mL燒杯中加入蒸餾水600g，加入丙烯酰胺550.8g，加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸502.Sg，攪拌溶解30分鐘，在攪拌條件下緩慢加入中和劑(氫氧化鈉)至pH7.0±0.5。繼續(xù)攪拌溶液熟化30分鐘。
[0039]油相溶液的配制:在2000mL燒杯中加入白油600g，加入丙烯酰胺吐溫80 129.6g,攪拌乳化30分鐘，然后停止攪拌，觀察乳化狀態(tài)，均一透明為好，備用。
[0040]溶液的調整:再次調節(jié)pH值到7.0，調節(jié)溫度8± 1°C。
[0041]反相溶液的調整:將上述水相與油相混合在50-260轉/分鐘的攪拌下充分混合60分鐘，在這個過程中吹氮氣除氧。
[0042]反相溶液的聚合:在氮氣保護下調整轉速100轉/分鐘，依次加入催化劑亞硫酸氫鈉0.5g/L，N, N-亞甲基雙丙烯酰胺0.05g/L,過硫酸銨0.5g/L，繼續(xù)吹氮氣并將聚合釜密閉，誘發(fā)15-20分鐘，觀察是否有溫升，當誘發(fā)期內(nèi)有2°C的溫升，視為引發(fā)成功，否則需要重新加入催化劑再次引發(fā)。在保溫密閉條件下直至升溫結束，加入0P-10 31.104g攪拌保溫3小時。取出在聚合釜里的液體即為降阻劑樣品。
[0043]對上述實施例產(chǎn)品進行性能檢測(結果如表1)。
[0044]表1乳液降阻劑的穩(wěn)定性實驗
【權利要求】
1.一種頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，由水相和油相結合進行反向乳液聚合而成，其特征在于: 其中水相基本組成為丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；油相基本組成為白油、吐溫80、OP-1O ； 水相中各單體與水的重量份配比: 丙烯酰胺:2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸:水依次為0.7-1.3:0.7-1.5:1 ； 油相中各單體與油的重量份配比:
吐溫 80 =OP-1O:白油依次為 0.1-0.35:0.1-0.35:1 ； 其中水相與油相的重量份配比為:1:0.35-0.85。
2.根據(jù)權利要求1所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，其特征在于:水相組成包括水溶性高分子乳化劑，所述水溶性高分子乳化劑采用聚乙烯醇和聚乙二醇兩者中的任一種或者兩種；所述水溶性高分子乳化劑的用量為水相重量的0.5-1.5%。
3.根據(jù)權利要求1所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，其特征在于: 水相組成包括水溶性陽離子乳化劑，所述水溶性陽離子乳化劑采用十二烷基二甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨或十六烷基二甲基氯化銨中的任意一種、兩種或三種；水溶性陽離子乳化劑的用量為水相重量的1.0-1.5%。
4.根據(jù)權利要求1所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，其特征在于:水相組成包括水溶性乳化劑，所述水溶性乳化劑的用量為水相重量的1.0-1.5%，所述水溶性乳化劑包括水溶性陽離子乳化劑和水溶性高分子乳化劑；其中水溶性陽離子乳化劑使用十二烷基二甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨或十六烷基二甲基氯化銨中的任意一種、兩種或三種；水溶性高分子乳化劑采用聚乙烯醇和聚乙二醇兩者中的任一種或者兩種。
5.根據(jù)權利要求1~4任一項所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，其特征在于:油相中各單體與油的重量份配比為:吐溫80:0P-10:白油依次為0.20-0.23:0.10-0.12:1。
6.根據(jù)權利要求1~5任一項所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，其特征在于:水相與油相的重量份組成為:1:0.40-0.7。
7.根據(jù)權利要求1~5任一項所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑，其特征在于:水相與油相的重量百分比組成為:1:0.45-0.55。
8.—種權利要求1~7任一項所述頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，其包括如下步驟: (1)選定丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，按照一定比例溶解于去離子水中，配制成水相;PH值控制在6.5-8.5之間; (2)選定吐溫80:白油按照一定比例進行配比組成油相； (3)將上述水相與油相按照一定比例配比，在一定的攪拌速度下將水相加入油相中，并持續(xù)攪拌1-2小時，充分混合后形成穩(wěn)定的油包水反相乳液基液； (4 )利用引發(fā)劑進行催化引發(fā)，進行降阻劑合成。
9.根據(jù)權利要求8所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，其特征是:在合成過程中，首先向配制好的反相乳液基液中吹氮氣30-60分鐘，以除去水中溶解的氧；然后停止吹氮氣，向溶液中加入催化劑，并將聚合釜密閉，誘發(fā)15-20分鐘，如果誘發(fā)期內(nèi)有不小于2°C的溫升，視為引發(fā)成功，否則重新加入催化劑再次引發(fā)，加入催化劑的量為配制好的反相乳液基液的0.001-3% ;在保溫密閉條件下直至升溫結束，最后按比例加入OP-10，攪拌保溫3小時。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的頁巖氣滑溜水壓裂用降阻劑的制備方法，其特征是:弓丨發(fā)起始溫度控制在5-20°C范圍之內(nèi)，pH值控制在7.0±0.5之間；使用油溶性乳化劑和水溶性乳化劑時，將油溶性乳化劑和水溶性乳化劑分別配制在油相和水相中，充分混合后得到油包水乳液，然后加入催 化劑引發(fā)聚合得到聚合物乳液，即制得所述降阻劑；其中所述油溶性乳化劑使用吐溫80或/和0P-10，油溶性乳化劑的用量為油相重量的1.0-1.5%。
【文檔編號】C08F220/58GK103755868SQ201310712341
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2013年12月23日
【發(fā)明者】王永政, 趙俊勇, 孫紅玲, 魏志鵬 申請人:鄭州三山石油技術有限公司