CN117866140A

CN117866140A - 一种具有耐温抗盐能力的变黏减阻剂及其制备方法

Info

Publication number: CN117866140A
Application number: CN202410002633.XA
Authority: CN
Inventors: 靖波; 赵文森; 姜维东; 徐文江; 薛新生; 张世仑; 朱玥珺; 梁守成; 王大威
Original assignee: Beijing Research Center of CNOOC China Ltd; CNOOC China Ltd
Current assignee: Beijing Research Center of CNOOC China Ltd; CNOOC China Ltd
Priority date: 2024-01-02
Filing date: 2024-01-02
Publication date: 2024-04-12

Abstract

本发明公开了一种具有耐温抗盐能力的变黏减阻剂及其制备方法。所述具有耐温抗盐能力的变黏减阻剂由下述组分在水中聚合得到：丙烯酰胺、阴离子单体、疏水单体、两性离子单体、分散稳定剂和无机盐。本发明采用水分散聚合的方法，使聚合物以颗粒的形式存在于分散体系中，克服反相乳液聚合的不足，引入的两性离子单体促进了聚合物链在盐水环境中的延伸，使乳液具备较好的耐温、耐盐等优异性质，同时疏水功能单体的引入增加了分子链流体力学体积，并且分子间的缔合作用可有效减缓矿化度的提高而导致聚合物分子链卷曲趋势，从而能增强减阻剂的增黏性能，满足减阻与携砂一体的压裂施工的技术需求。

Description

一种具有耐温抗盐能力的变黏减阻剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有耐温抗盐能力的变黏减阻剂及其制备方法，属于石油工业技术领域。

背景技术

滑溜水是指在清水中加入少量的减阻剂、助排剂、黏土防膨剂等添加剂以及一定量的支撑剂，形成低黏度的改造液。滑溜水压裂液具有摩阻低、伤害小、成本低、效果好的特点，可以满足大规模压裂的需求，降阻剂是滑溜水体系中最重要的添加剂，主要以高分于聚合物为主，其性能决定了整个体系的应用范围。

早期压裂施工时采用清水配制滑溜水压裂液，但随着压裂施工规模的扩大，水资源的需求量也越来越大，为了节约水资源以及实现返排液的零排放和循环利用，油田目前多采用返排液配制滑溜水，这导致配制滑溜水的水质的矿化度越来越大，对滑溜水中减阻剂抗盐性能的要求也越来越高，特别是海水配制压裂液更是如此；其次，深层油气开发中常规压裂液有储层伤害大、携砂能力差、变黏工序复杂等问题；再次，聚丙烯酰胺类减阻剂普遍采用W/O型反相乳液聚合方法，体系中含有大量有机溶剂，减阻剂在水中溶解时往往要经历一个反相的过程，这不利于减阻剂的迅速溶解，同时有机溶剂也会对环境带来一定的影响。特此提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有耐温抗盐能力的变黏减阻剂，具有耐温耐盐性，使其适用于多种油气藏的改造。

本发明提供的具有耐温抗盐能力的变黏减阻剂，由下述组分在水中聚合得到；

丙烯酰胺、阴离子单体、疏水单体、两性离子单体、分散稳定剂和无机盐。

其中，各组分的质量百分含量如下：

丙烯酰胺15％～25％；阴离子单体2％～5％；疏水单体0.1％～0.3％；两性离子单体0.1％～0.5％；分散稳定剂1％～5％；无机盐20％～25％；余量的水。

优选地，所述阴离子单体为丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠至少一种。

优选地，所述疏水单体为丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十六烷基酯和N,N二甲基烯丙基十六烷基氯化铵的至少一种。

优选地，所述分散稳定剂为聚乙烯呲咯烷酮、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的至少一种。

优选地，所述两性离子单体为[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐、3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐和4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内鎓盐的至少一种。

优选地，所述无机盐为硫酸铵、硫酸钠和硫酸镁中任一种。

所述变黏减阻剂的组成可为下述中任一种：

1)丙烯酰胺18％～25％；阴离子单体2％～3.5％；疏水单体0.15％～0.2％；两性离子单体0.1％～0.2％；分散稳定剂1％～2％；无机盐24％～25％；余量的水；

2)丙烯酰胺18％～20％；阴离子单体2％～3.5％；疏水单体0.15％～0.2％；两性离子单体0.1％～0.2％；分散稳定剂1％～1.5％；无机盐24％～25％；余量的水；

3)丙烯酰胺18％～23％；阴离子单体2.8％～3.5％；疏水单体0.15％～0.2％；两性离子单体0.1％；分散稳定剂1％～2％；无机盐24％；余量的水；

4)丙烯酰胺18％～25％；阴离子单体3％～3.5％；疏水单体0.15％～0.2％；两性离子单体0.1％；分散稳定剂1％；无机盐24％～25％；余量的水。

制备所述变黏减阻剂时，可按照下述步骤进行：

将所述丙烯酰胺、所述阴离子单体、所述疏水单体和所述两性离子单体溶于所述无机盐的水溶液中，然后加入所述分散稳定剂，在引发剂的作用下进行分散聚合即得；

所述分散聚合的温度为45～60℃，时间为3～6h。

本发明提供的减阻剂为乳白色液体，长久放置无分层现象，通过调整减阻剂与矿化水的比例，可以改变体系的黏性，耐温耐盐，使其适用于多种油气藏的改造。

在所述变黏减阻剂的基础上，本发明还提供了一种压裂液，包括水和所述变黏减阻剂；

优选地，所述变黏减阻剂的质量百分含量为0.5～5％。

本发明采用水分散聚合的方法，使聚合物以颗粒的形式存在于分散体系中，克服反相乳液聚合的不足，在功能单体的选择上引入两性离子单体，其“反聚电解质效应”(如图1所示)促进了聚合物链在盐水环境中的延伸，使乳液具备较好的耐温、耐盐等优异性质，同时将疏水单体引入聚合体系，疏水功能单体的引入增加了分子链流体力学体积，并且分子间的缔合作用可有效减缓矿化度的提高而导致聚合物分子链卷曲趋势，从而能增强减阻剂的增黏性能，满足减阻与携砂一体的压裂施工的技术需求。

附图说明

图1为共聚物的疏水缔合以及反聚电解质效应的示意图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、变黏减阻剂

丙烯酰胺20％；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3％；甲基丙烯酸十六烷基酯0.1％；[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵0.15％，聚乙烯呲咯烷酮1％；硫酸铵25％；余量的去离子水。

按照上述质量比，将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸十六烷基酯、[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵溶于硫酸铵水溶液中，加入聚乙烯呲咯烷酮，再使用质量比分数为0.01％的偶氮脒类体系作为引发剂，在50℃下反应4h进行分散聚合。

实施例2、变黏减阻剂

丙烯酰胺18％；丙烯酸1％；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2.5％；丙烯酸十八烷基酯0.15％；4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内鎓盐0.1％；聚乙烯呲咯烷酮1％；硫酸铵20％；硫酸钠4％；余量的去离子水。

按照上述质量比，将丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸十八烷基酯、4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内鎓盐溶于硫酸铵和硫酸钠的水溶液中，加入聚乙烯呲咯烷酮，再使用质量比分数为0.03％的偶氮脒类体系作为引发剂，在60℃下反应3h进行分散聚合。

实施例3、变黏减阻剂

丙烯酰胺25％；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3％；N,N二甲基烯丙基十六烷基氯化铵0.2％；3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐0.1％；聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1％；硫酸铵25％；余量的去离子水。

按照上述质量比，将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N二甲基烯丙基十六烷基氯化铵、3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐溶于硫酸铵水溶液中，加入聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，再使用质量比分数为0.03％的偶氮脒类体系作为引发剂，在60℃下反应3h进行分散聚合。

实施例4、变黏减阻剂

丙烯酰胺23％；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2.8％；丙烯酸十八烷基酯0.1％；甲基丙烯酸十六烷基酯0.1％；4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内鎓盐0.1％；聚乙烯呲咯烷酮2％；硫酸铵20％；硫酸钠3％；硫酸镁1％；余量的去离子水。

按照上述质量比，将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十六烷基酯、4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内鎓盐溶于硫酸铵水溶液中，加入聚乙烯呲咯烷酮，再使用质量比分数为0.02％的偶氮脒类体系作为引发剂，在50℃下反应4h进行分散聚合。

实施例5、变黏减阻剂

丙烯酰胺20％；苯乙烯磺酸钠2％；甲基丙烯酸十六烷基酯0.2％；3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐0.2％；聚乙烯呲咯烷酮1.5％；硫酸铵25％；余量的去离子水。

按照上述质量比，将丙烯酰胺、苯乙烯磺酸钠、甲基丙烯酸十六烷基酯、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐溶于硫酸铵水溶液中，加入聚乙烯呲咯烷酮，再使用质量比分数为0.02％的偶氮脒类体系作为引发剂，在50℃下反应4h进行分散聚合。

对比例1、

与实施例2的区别，仅在于，不添加疏水单体丙烯酸十八烷基酯和两性离子单体4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内鎓盐。

对比例2、

与实施例2的区别，仅在于，不添加两性离子单体4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内鎓盐。

测试实施例1-5和对比例的减阻剂在清水和盐水(矿化度20000mg/L)中的减阻性能，实验流程参照SY/T 5107—2016《水基压裂液性能评价方法》，采用室内管道摩阻仪对配制的减阻剂进行减阻性能测试。首先用清水与矿化度20000mg/L的盐水(质量分数为2％氯化钠+质量分数为0.06％氯化钙+0.02％的硫酸镁)将配制成压裂液，浓度均为1％，管道内径选择R＝10mm，水平管测试长度L＝2500mm，减阻剂减阻率计算公式如方程所示。

式中：

DR：室内减阻剂对清水的降阻率

ΔP_p:清水流经管路时的压差(Pa)

ΔP_s:减阻剂溶液流经管路时的压差(Pa)

表1不同减阻剂在水溶液和盐水中的减阻率

序号	清水减阻率(％)	盐水减阻率(％)
			实施例1	72.0	67.2
实施例2	73.2	72.2
			实施例3	71.5	70.9
实施例4	75.2	74.6
			实施例5	76.1	75.9
对比例1	68.2	48.6
			对比例2	71.1	60.1

测试实施例1-5和对比例的减阻剂在清水和盐水(矿化度20000mg/L)中的黏度变化，将一定量的乳液解于一定量的清水以及盐水中，快速搅拌充分混合，配置成质量浓度为1％压裂液体系，采用粘度计对减阻剂的粘度进行测试。具体测试在45℃、80℃条件下的黏度，结果如表2所示：

表2不同减阻剂在清水和盐水中的黏度

通过实施例2与对比例1和2的数据可以发现，添加了疏水单体和两性离子单体的减阻剂具有良好的抗温抗盐能力。不加入两种功能单体的对比例1产品，在低温清水条件下，具有一定的增粘减阻能力，但是在高温和高盐条件下，性能降低显著。对比例2加入疏水单体后，可以有效改善聚合物水溶液的流体结构，稳定的结构不仅能提高在高温高盐的环境下的各种力学性能，还可起到降阻的效果；本发明的实施例同时加入两种功能单体后，在高温高盐下黏度的保持率上升，减阻携砂能力进一步加强。

Claims

1.一种具有耐温抗盐能力的变黏减阻剂，由下述组分在水中聚合得到；

2.根据权利要求1所述的变黏减阻剂，其特征在于：各组分的质量百分含量如下：

3.根据权利要求1或2所述的变黏减阻剂，其特征在于：所述阴离子单体为丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠至少一种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的变黏减阻剂，其特征在于：所述疏水单体为丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十六烷基酯和N,N二甲基烯丙基十六烷基氯化铵的至少一种。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的变黏减阻剂，其特征在于：所述分散稳定剂为聚乙烯呲咯烷酮、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的至少一种。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的变黏减阻剂，其特征在于：所述两性离子单体为[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐、3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐和4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内鎓盐的至少一种。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的变黏减阻剂，其特征在于：所述无机盐为硫酸铵、硫酸钠和硫酸镁中任一种。

8.权利要求1-7中任一项所述变黏减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

所述分散聚合的温度为45～60℃，时间为3～6h。

9.一种具有耐温抗盐能力的压裂液，包括水和权利要求1-7中任一项所述变黏减阻剂。

10.根据权利要求9所述的压裂液，其特征在于：所述变黏减阻剂的质量百分含量为0.5～5％。