一種壓裂用降阻劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002] 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(shè)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(nèi)流動過程中紊流現(xiàn)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] 降阻劑是在液體中加入少量的高分子聚合物或表面活性劑，使液體在湍流流動時 通過影響湍流結(jié)構(gòu)大幅度減小阻力，也稱為Toms效應。高分子聚合物降阻率高，價格便宜， 滑溜水壓裂液中常用的高分子降阻劑主要為胍膠和聚丙烯酰胺類聚合物，胍膠的不溶物一 般在8%左右，同時破膠后殘渣較多，對地層和裂縫的傷害較大。聚丙烯酰胺類聚合物水不 溶物相對較少，具有一定的降阻性能和耐剪切能力。
[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，這種降阻劑以聚氧化乙烯作為主要降阻成份，具有較好的降阻性 能，但有機溶劑占了降阻劑產(chǎn)品質(zhì)量的40%~85%、非離子表面活性劑占了降阻劑產(chǎn)品質(zhì)量 的0~10%，具有嚴重的環(huán)境問題，另外聚氧化乙烯耐剪切能力較差，在高剪切的滑溜水壓 裂施工中會迅速降解，導致降阻性能下降。
[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(chǎn)品放置過夜后結(jié)塊，粘度很高，流動困難，無法滿足現(xiàn)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] 現(xiàn)在急需一種溶解速度快、降阻率高、貯存穩(wěn)定性高、粘土膨脹抑制性和抗剪切性 能高，地層傷害性低等優(yōu)點的降阻劑及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中降阻劑的溶解速度慢、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(xiàn)，只要將丙烯酰胺系單體、含雙鍵的帶羥基非離子 系單體、多羥基非離子聚合物模板、螯合劑、分子量調(diào)節(jié)劑和水混合制得水溶液；然后將該 水溶液制成油包水乳液，在惰性氣氛下，將油包水乳液進行聚合反應，然后將聚合反應得到 的混合物與轉(zhuǎn)相劑接觸；其中，所述乳化劑的親水親油平衡值為4-6,所述多羥基非離子聚 合物模板的分子量小于50萬，所述多羥基非離子聚合物模板的結(jié)構(gòu)式如式（I)或式（II)所 示，即可制得溶解速度快、降阻率高、粘土膨脹抑制性高、抗剪切性能好和地層傷害性低的 降阻劑。
[0009]
[0010] A 是 0 或 NH;
[0011] R1是氫或甲基；
[0012] R2是C1-C12的亞烷基或異構(gòu)亞烷基。
[0013] 因此，為了實現(xiàn)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：
[0014] (1)將丙烯酰胺系單體、含雙鍵的帶羥基非離子系單體、多羥基非離子聚合物模 板、螯合劑、分子量調(diào)節(jié)劑和水混合，得到水溶液；
[0015] (2)將有機溶劑與乳化劑接觸，得到油溶液；
[0016] (3)將步驟（1)得到的水溶液與步驟（2)得到的油溶液接觸，得到油包水乳液；
[0017] (4)在惰性氣氛下，將步驟（3)得到的油包水乳液與引發(fā)劑分批接觸，并進行聚合 反應，然后將聚合反應得到的混合物與轉(zhuǎn)相劑接觸；
[0018] 其中，所述乳化劑的親水親油平衡值為4-6,所述多羥基非離子聚合物模板的分子 量小于50萬，所述多羥基非離子聚合物模板的結(jié)構(gòu)式如式（I)或式（II)所示：
[0019]
[0020] A 是 0 或 NH ;
[0021] R1是氫或甲基；
[0022] R2是C1-C12的亞烷基或異構(gòu)亞烷基。
[0023] 另一方面，本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法制備的壓裂用降阻劑。
[0024] 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，改 變聚合反應速度、產(chǎn)品分子量及分子量分布、產(chǎn)品共聚單元的序列分布排列，產(chǎn)物的空間構(gòu) 型；通過調(diào)整丙烯酰胺系單元與帶羥基非離子單元嵌段的分布，改變了降阻劑聚合物的分 子構(gòu)型、空間結(jié)構(gòu)，從而提高產(chǎn)品的降阻性能，由于不同聚合單元嵌段的分布，降阻劑產(chǎn)品 水解產(chǎn)物無不溶物出現(xiàn)，并且由于帶羥基非離子單元的相對集中，水解產(chǎn)物對粘土的水化 膨脹性有著明顯的抑制作用。
[0025] 本發(fā)明制得的降阻劑在水中快速溶解，不會形成魚眼，滿足滑溜水壓裂在線混配 的要求；質(zhì)量濃度1%的降阻劑的水溶液的最大降阻率為75-80% ;并且降阻劑水解產(chǎn)物無不 溶物出現(xiàn)，對地層傷害性非常低，質(zhì)量濃度1%降阻劑的水溶液的巖心傷害率為2. 8-4. 8% ; 質(zhì)量濃度1%的降阻劑的水溶液的粘土膨脹抑制率為81. 5-85%，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，采 用本發(fā)明的方法制備的壓裂用降阻劑的降阻率高、粘土膨脹抑制性高、水溶性好、抗剪切性 能好和地層傷害性低。
[0026] 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】
[0027] 圖1是壓裂用降阻劑的降阻率與流量的關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0028] 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。
[0029] -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：
[0030] (1)將丙烯酰胺系單體、含雙鍵的帶羥基非離子系單體、多羥基非離子聚合物模 板、螯合劑、分子量調(diào)節(jié)劑和水混合，得到水溶液；
[0031] (2)將有機溶劑與乳化劑接觸，得到油溶液；
[0032] (3)將步驟（1)得到的水溶液與步驟（2)得到的油溶液接觸，得到油包水乳液；
[0033] (4)在惰性氣氛下，將步驟（3)得到的油包水乳液與引發(fā)劑分批接觸，并進行聚合 反應，然后將聚合反應得到的混合物與轉(zhuǎn)相劑接觸；
[0034] 其中，所述乳化劑的親水親油平衡值為4-6,所述多羥基非離子聚合物模板的分子 量小于50萬，所述多羥基非離子聚合物模板的結(jié)構(gòu)式如式（I)或式（II)所示：
[0035]
[0036] A 是 0 或 NH ;
[0037] R1是氫或甲基；
[0038] R2是C1-C12的亞烷基或異構(gòu)亞烷基。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，只要將結(jié)構(gòu)式如式（I)或式（II)所示的且分子量小于 50萬的所述多羥基非離子聚合物模板，與丙烯酰胺系單體、含雙鍵的帶羥基非離子系單體、 螯合劑、分子量調(diào)節(jié)劑和水混合接觸，制得水溶液，然后將該水溶液與由親水親油平衡值為 4-6的乳化劑制得的油溶液接觸，制成油包水乳液，然后進行聚合反應，再與轉(zhuǎn)相劑接觸， 即可制得溶解速度快、降阻率高、粘土膨脹抑制性高、抗剪切性能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溶解速度更快、降阻率更高、粘土膨脹抑制性更高、抗剪 切性更高和地層傷害性更低，所述多羥基非離子聚合物模板優(yōu)選選自聚乙烯醇、聚甲基羥 甲基丙烯酰胺、聚甲基羥乙基丙烯酰胺、聚羥甲基丙烯酰胺、聚羥乙基丙烯酰胺和聚甲基丙 烯酸2-羥乙酯中的至少一種；更優(yōu)選為聚乙烯醇和/或聚甲基丙烯酸2-羥乙酯；更優(yōu)選為 聚乙烯醇。
[0040] 優(yōu)選地，所述多羥基非離