一種壓裂用降阻劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種壓裂用降阻劑，以及一種壓裂用降阻劑的制備方法。
【背景技術】
[0002] 油氣層水力壓裂，簡稱壓裂，是20世紀40年代發(fā)展起來的一項改造油氣層滲流特 性的工藝技術，是油氣井增產、注水井增注的一項重要工藝措施。壓裂液是壓裂過程中的重 要介質，常用的壓裂液包括水基壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液、泡沫壓裂液等。頁巖氣的 儲層具有低孔隙率和低滲透率的特點，開采難度大，目前主要采用滑溜水壓裂工藝開采，壓 裂液由高壓泵注入設備增壓后，通過管柱高速泵入地層，高壓高速條件下流體在管內流動 過程中紊流現象嚴重，壓裂液與管壁之間有較大的摩擦阻力，流體的摩擦阻力限制了流體 在管道中的流動，造成管道輸量降低和能量損耗增加。因此，需要采用在流體中添加降阻劑 的方法來降低摩擦阻力的影響，提高施工效率。
[0003] 滑溜水中常用的壓裂液降阻劑主要為胍膠和反相乳液聚丙烯酰胺類聚合物，胍膠 壓裂液降阻劑的溶解時間較長，一般在10_30min，無法滿足頁巖氣壓裂大排量、大流量在線 配制的需求。另外，胍膠是一種半乳甘露聚糖，容易被微生物降解，添加殺菌劑的方法雖然 可以在一定程序上延緩降解，但殺菌劑的使用同時也造成了更加嚴重的環(huán)境問題。反相乳 液聚丙烯酰胺類聚合物這種壓裂液降阻劑雖然溶解速度比較快，一般在5-15min，但由于反 相乳液聚丙烯酰胺中含有大量的礦物油和表面活性劑，這種壓裂液降阻劑注入地層后會造 成地下水的污染，無法滿足環(huán)保要求，礦物油和表面活性劑的應用也進一步增加了反排液 的處理難度。
[0004] 專利申請CN103045226A公開了一種降阻劑及其制備方法和使用該降阻劑的滑溜 水壓裂液及其制備方法，這種降阻劑有較好的降阻性能和熱穩(wěn)定性，但有機溶劑占了降阻 劑產品質量的40%~85%、非離子表面活性劑占了降阻劑產品質量的0~10%，具有嚴重的 環(huán)境問題。
[0005] 專利申請CN102977877A公開了一種頁巖氣壓裂用減阻劑及其制備方法，它是在 鹽水溶液中在分散劑的保護下通過自由基引發(fā)丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉 和丙烯酸鈉三種單體進行無規(guī)共聚得到乳狀、均勻分散的降阻劑，具有較好的耐剪切性能， 但按照該專利申請的方法制備的產品放置過夜后結塊，粘度很高，流動困難，無法滿足現場 施工要求，而且在流量較低條件下，該發(fā)明合成的降阻劑的降阻效率僅為20%。
[0006] 因此，急需一種不含有機溶劑和表面活性劑，并具有綠色環(huán)保、降阻率高、貯存穩(wěn) 定性好、高抗剪切性能好、地層傷害性低和粘土膨脹抑制性高優(yōu)點的降阻劑及其制備方法。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服上述現有技術中降阻劑的降阻率低、貯存穩(wěn)定性低、粘土膨 脹抑制性低、抗剪切性能差和地層傷害性高等缺陷，提供一種壓裂用降阻劑的制備方法，以 及一種該方法制備的壓裂用降阻劑。
[0008] 本發(fā)明的發(fā)明人在研究中發(fā)現，只要將丙烯酰胺系單體、含雙鍵的陰離子單體、陽 離子聚合物模板、分散劑、分子量調節(jié)劑、無機鹽和水混合制得PH值為4-7的水溶液，然后 將水溶液與引發(fā)劑接觸進行聚合反應，其中，所述陽離子聚合物模板的分子量小于100萬， 所述陽離子聚合物模板的結構式如下面式（I)所示，即可制得綠色環(huán)保、降阻率高、貯存穩(wěn) 定性好、高抗剪切性能好、地層傷害性低和粘土膨脹抑制性高的降阻劑。
[0009]
[0010] R1是氫或甲基；
[0011] A 是 0 或 NH;
[0012] R2是C1-C6的亞烷基；
[0013] R3、R4、R5 是 C1-C6 的烷基；
[0014] Z是氯、溴或碘。
[0015] 因此，為了實現上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種壓裂用降阻劑的制備方法， 該方法包括：
[0016] (1)將丙烯酰胺系單體、含雙鍵的陰離子單體、陽離子聚合物模板、分散劑、分子量 調節(jié)劑、無機鹽和水混合并調節(jié)PH值，得到pH值為4-7的水溶液；
[0017] (2)在惰性氣氛下，將步驟（1)得到的水溶液與引發(fā)劑分批接觸，并進行聚合反 應；
[0018] 其中，所述陽離子聚合物模板的分子量小于100萬，所述陽離子聚合物模板的結 構式如式（I)所示：
[0019]
[0020] R1是氫或甲基；
[0021] A 是 0 或 NH;
[0022] R2是C1-C6的亞烷基；
[0023] R3、R4、R5 是 C1-C6 的烷基；
[0024] Z是氯、溴或碘。
[0025] 另一方面，本發(fā)明還提供了根據上述方法制備的壓裂用降阻劑。
[0026] 與傳統(tǒng)反相乳液的聚合方法相比，本發(fā)明的制備方法采用在聚合反應體系中加入 大分子聚合物模板的方法，通過聚合物模板分子與聚合單體間的氫鍵、范德華相互作用、靜 電引力或共價鍵相互作用，改變聚合反應速度、產品分子量及分子量分布、產品共聚單元的 序列分布排列，產物的空間構型；通過調整丙烯酰胺系單元與陰離子單元嵌段的分布，改變 了降阻劑聚合物的分子構型、空間結構，從而提高了產品的降阻性能，由于不同聚合單元嵌 段的分布，降阻劑產品水解產物無不溶物出現，并且由于陰離子單元的相對集中，水解產物 對粘土的水化膨脹性有著明顯的抑制作用。
[0027] 本發(fā)明制得的降阻劑為流動性良好的乳白色液體，不易燃燒和爆炸，存儲運輸安 全，該降阻劑的表觀粘度為210-420mPas ;另外，該降阻劑不含有機溶劑和表面活性劑，更 加環(huán)保，生產成本也較低；且在水中快速溶解，不會形成魚眼，滿足滑溜水壓裂在線混配的 要求；質量濃度1%的降阻劑的水溶液的最大降阻率為70-82% ;并且降阻劑水解產物無不溶 物出現，對地層傷害性非常低，質量濃度1%降阻劑的水溶液的巖心傷害率為4. 3-7. 6% ;質 量濃度1%的降阻劑的水溶液的粘土膨脹抑制率為73-80. 2%，對粘土膨脹有顯著的抑制作 用，因而在實際使用中不需要再添加新的防膨劑，顯著地降低了滑溜水的成本。因此，本發(fā) 明制得的降阻劑具有綠色環(huán)保、降阻率高、貯存穩(wěn)定性好、粘土膨脹抑制性高和地層傷害性 低等優(yōu)點。
[0028] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0029] 圖1是壓裂用降阻劑的降阻率與流量的關系曲線。
【具體實施方式】
[0030] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0031] 一方面，本發(fā)明提供了一種壓裂用降阻劑的制備方法，該方法包括：
[0032] (1)將丙烯酰胺系單體、含雙鍵的陰離子單體、陽離子聚合物模板、分散劑、分子量 調節(jié)劑、無機鹽和水混合并調節(jié)PH值，得到pH值為4-7的水溶液；
[0033] (2)在惰性氣氛下，將步驟（1)得到的水溶液與引發(fā)劑分批接觸，并進行聚合反 應；
[0034] 其中，所述陽離子聚合物模板的分子量小于100萬，所述陽離子聚合物模板的結 構式如式（I)所示：
[0035]
[0036] R1是氫或甲基；
[0037] A 是 0 或 NH ;
[0038] R2是C1-C6的亞烷基；
[0039] R3、R4、R5 是 C1-C6 的烷基；
[0040] Z是氯、溴或碘。
[0041] 根據本發(fā)明所述的方法，只要將結構式如式（I)所示的且分子量小于100萬的所 述陽離子聚合物模板，與丙烯酰胺系單體、含雙鍵的陰離子單體、分散劑、分子量調節(jié)劑、無 機鹽和水混合，制得PH值為4-7的水溶液，然后再與引發(fā)劑接觸進行聚合反應，即可制得降 阻率高、貯存穩(wěn)定性好、粘土膨脹抑制性高和地層傷害性低的降阻劑。但是為了使得制得的 降阻劑的降阻率更高、貯存穩(wěn)定性更好、粘土膨脹抑制性更高和地層傷害性更低，所述陽離 子聚合物模板優(yōu)選選自聚甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯 化銨、聚丙烯酰氧乙基二甲基氯化銨和聚N, N, N-二甲基_3_[ (1-氧代-2-丙烯基）氨基] 丙基氯化銨中的至少一種，更優(yōu)選為聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨。
[0042] 優(yōu)選地，所述陽離子聚合物模板分子量為1-100萬
[0043] 在本發(fā)明中，分子量均指的是粘均分子量。
[0044] 根據本發(fā)明所述的方法，丙烯酰胺系單體、陽離子聚合物模板、含雙鍵的陰離子 單體、分散劑、分子量調節(jié)劑、無機鹽和水的用量可以為本領域的常規(guī)用量，但是為了使得 制得的降阻劑的降阻率更高、貯存穩(wěn)定性更好、粘土膨脹抑制性更高和地層傷害性更低，相 對于100重量份的所述丙烯酰胺系單體，所述陽離子聚合物模板的用量優(yōu)選為1-10重量 份，更優(yōu)選為1-5重量份；所述含雙鍵的陰離子單體的用量優(yōu)選為0. 1-40重量份，更優(yōu)選 為10-30重