一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法:專利背景,發明內容,專利目的,技

《一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法》是中國石油集團川慶鑽探工程有限公司於2014年3月19日申請的專利，該專利公布號為CN103881693A，公布日為2014年6月25日，發明人是李嘉。

《一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法》涉及石油工程技術領域，所述的反相乳液降阻劑是將丙烯醯胺、丙烯酸鈉和甲基丙烯酸十二酯在反相乳液中共聚，偶氮二異丁基脒鹽酸鹽和亞硫酸氫鈉作為複合引發體系得到的高分子水溶性聚合物。該降阻劑引入了長鏈疏水單體，提高了降阻劑在高排量泵注過程中耐剪下性能，同時該降阻劑採用反相乳液聚合製備，產品為液劑且速溶，滿足頁岩氣壓裂連續混配施工工藝的配液需求，現場使用加量為清水質量的0.06%～0.8%，降阻率最高可達73%。

2021年11月，《一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法》獲得2020年度四川專利獎創新創業獎。

（概述圖為《一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法》的摘要附圖）

基本介紹

中文名：一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法
公布號：CN103881693A
公布日：2014年6月25日
申請號：2014101010528
申請日：2014年3月19日
申請人：中國石油集團川慶鑽探工程有限公司
地址：四川省成都市成華區府青路1段3號川慶鑽探公司科技信息處
發明人：李嘉
專利代理機構：成都天嘉專利事務所
代理人：冉鵬程
Int.Cl.：C09K8/68(2006.01)I
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

作為非常規油氣資源的頁岩氣，其儲層改造工藝與常規油氣資源有很大不同。為了最大限度地溝通或張開儲層中的裂縫系統，頁岩氣藏增產改造採用大液量、大排量壓裂技術。針對頁岩氣增產改造需求，減小壓裂液流體在泵送過程中因高泵注壓力影響發生紊流造成的能量損耗，提高泵注排量以及在相同泵注排量下的液體注入量尤為重要。

公開號為CN1487985A，公開日為2004年4月7日的中國專利文獻公開了一種表面活性劑類降阻劑，涉及兩性離子表面活性劑與醚硫酸鹽或醚羧酸鹽表面活性劑組合在水基體系中作為減阻劑的套用。但這類減阻劑需要達到表面活性劑的臨界膠束濃度以上才能使用，使用濃度高，不適合頁岩氣低成本開發需求。

公開號為CN103333672A，公開日為2013年10月2日的中國專利文獻公開了由丙烯醯胺和丙烯基三烷基氯化銨或烷基丙烯醯胺基三烷基氯化銨或二烷基二烯丙基氯化銨水溶液聚合製得的套用與頁岩氣藏的鈉鹽降阻劑，該方法製備的降阻劑為粉劑，粉劑不適用於採用連續混配施工工藝的大規模頁岩氣壓裂施工中。

公開號為CN102977877A，公開日為2013年3月20日的中國專利文獻公開了由丙烯醯胺、丙烯酸鈉和2-丙烯醯胺-2甲基丙磺酸鈉製得的頁岩氣壓裂用減阻劑及其製備方法，該方法需要先通過水溶液聚合製備穩定劑，再通過分散聚合製備減阻劑，同時製備過程中需通氮氣除氧且製備時間長（總反應時間在20小時以上），生產工藝複雜，不利於工業化生產，同時該降阻劑固含量低，在使用時加量較大。

發明內容

專利目的

《一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法》旨在針對上述2014年3月之前能達到良好的降阻效果，同時在生產時一步聚合即得產品，無需通氮氣除氧、生產時間段，極大簡化了生產工藝。

技術方案

《一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法》其特徵在於：以質量百分比計，各組分的配比如下：

水溶性高分子聚合物30%～37.5%；非極性溶劑20%～25%；油溶性乳化劑2.5%～2.75%；助溶劑0.2%～0.3%；其餘為水。所述的水溶性高分子聚合物為丙烯醯胺、丙烯酸鈉和甲基丙烯酸十二酯三種單體的共聚物，在水溶性高分子聚合物中，所述的丙烯醯胺的質量百分比為65%～70%，所述的丙烯酸鈉的質量百分比為29%～33%；所述的水甲基丙烯酸十二酯的質量百分比為1%～2%；水溶性高分子聚合物中的引發劑為偶氮二異丁基脒鹽酸鹽和亞硫酸氫鈉複合引發劑，其中，偶氮二異丁基脒鹽酸鹽占所述三種單體總質量的0.1%～0.3%，亞硫酸氫鈉占所述三種單體總質量的0.1%～0.4%。

所述的非極性溶劑為15#白油。

所述的油溶性乳化劑為山梨醇酐單油酸酯和山梨醇酐三油酸酯複合乳化劑，其中山梨醇酐單油酸酯和山梨醇酐三油酸酯的質量比為8～9:1～2。

所述的助溶劑為碳酸氫鈉。一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑的製備方法，其特徵在於步驟如下：

1）準備丙烯醯胺、丙烯酸鈉和甲基丙烯酸十二酯三種單體，先將占三種單體總質量23%～29%的丙烯酸鈉溶於水中，再加入占三種單體總質量70%～75%的丙烯醯胺、占三種單體總質量0.1%～0.3%引發劑偶氮二異丁基脒鹽酸鹽和占所製備的降阻劑總質量0.2%～0.3%的助溶劑碳酸氫鈉，攪拌溶解得到水相溶液；

2）在占所製備的降阻劑總質量20%～25%的15#白油中加入占所製備的降阻劑總質量2.5%～2.75%的乳化劑山梨醇酐單油酸酯和山梨醇酐三油酸酯，其中：山梨醇酐單油酸酯和山梨醇酐三油酸酯的質量比為8～9:1～2；再在所述15#白油中加入占三種單體總質量1%～2%的甲基丙烯酸十二酯，攪拌得到油相；

3）將上述1）步驟中得到的水相溶液在連續攪拌狀態下滴加入上述2）步驟得到的油相中，滴加完畢後乳化30分鐘得到反相乳液；

4）在15～25℃、連續攪拌狀態下向上述3）步驟得到的反相乳液中滴加占三種單體總質量0.1%～0.4%的亞硫酸氫鈉水溶液，滴加完畢後停止攪拌並靜置反應至體系溫度升至35℃時啟動攪拌，連續攪拌至溫度不再變化時停止攪拌並靜置保溫4小時後，自然降溫至環境溫度後放料，即得反相乳液降阻劑。

所述步驟1）中，丙烯醯胺選用微生物法製備的丙烯醯胺性能更加。

改善效果

1、選用“水溶性高分子聚合物30%～37.5%；非極性溶劑20%～25%；油溶性乳化劑2.5%～2.75%；助溶劑0.2%～0.3%；其餘為水”這樣特定配比的降阻劑，提高了在高泵注排量下的結構穩定性及降阻性能，同時該降阻劑為乳液產品，易於配液，適用於連續混配施工工藝的大規模頁岩氣壓裂施工

2、經過試驗，測得本反相乳液降阻劑在水中溶解時，能迅速增粘，3分鐘內溶液表觀粘度能達到穩定粘度90%以上。因此在頁岩氣大規模壓裂改造過程中，可採用連續混配工藝進行配液施工，液態的降阻劑產品可用比例泵直接按計量泵入管匯，極大的降低施工配液工作量，提高施工效率。

3、該發明提供的反相乳液降阻劑採用了長鏈疏水的甲基丙烯酸十二酯為功能單體，利用疏水締合作用增強了降阻劑分子在現場壓裂施工的高泵注排量下（5～16立方米/分鐘）具有良好分子結構穩定性。

4、該發明提供的反相乳液降阻劑在生產過程中只需通過一步聚合即得產品，且生產過程中無需通入氮氣除氧即能達到產品套用性能，生產時間短（6小時左右），極大簡化了生產工序、降低了生產成本。

5、該發明提供的反相乳液降阻劑降加量低，降阻效果好，在現場頁岩氣滑溜水壓裂施工中，0.05%～0.1%的降阻劑加量條件下，其降阻率可達70%以上。

6、提供以下對比實驗數據，以此說明本製備方法中第4）步的各個參數的選擇則是有特定的原因的：

對比例	反相乳液的溫度（℃）	亞硫酸氫鈉水溶液滴加完畢後，啟動攪拌時的體系溫度（℃）	靜置保溫時間（小時）	對比結果
1	15～25	35	4	聚合平穩，產品放置穩定，降阻率可達70%以上
2	25～30	35	4	聚合平穩，產品放置穩定性差，極易在放料後24小時內發生暴聚而破乳結塊
3	15～25	25～30	4	聚合平穩，產品在非避光處放置穩定性差，2天內自聚結塊，在避光處放置穩定，但降阻率僅為30%左右
4	15～25	40以上	4	前期聚合平穩，當溫度升至40 ℃以上後，聚合溫度上升速率急劇加快，再開攪拌器及冷卻水也難以控制溫度的急劇上漲，物料在反應釜內暴聚並結塊
5	15～25	35	1～3	聚合平穩，產品在非避光處放置時有自聚放熱現象，但未出現破乳結塊，在避光處放置穩定，降阻率在50%左右

附圖說明

圖1是375米長內徑25.4毫米的連續油管、700型壓裂車泵注、0.1%反相乳液降阻劑加量條件下的摩阻測試曲線圖。

圖2是上述測試條件下降阻劑水溶液相對清水在不同排量下的摩阻曲線圖。

權利要求

1.《一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑及其製備方法》其特徵在於：以質量百分比計，各組分的配比如下：

水溶性高分子聚合物30%～37.5%；非極性溶劑20%～25%；油溶性乳化劑2.5%～2.75%；助溶劑0.2%～0.3%；其餘為水；水溶性高分子聚合物為丙烯醯胺、丙烯酸鈉和甲基丙烯酸十二酯三種單體的共聚物，在水溶性高分子聚合物中，所述的丙烯醯胺的質量百分比為65%～70%，所述的丙烯酸鈉的質量百分比為29%～33%；所述的甲基丙烯酸十二酯的質量百分比為1%～2%；水溶性高分子聚合物中的引發劑為偶氮二異丁基脒鹽酸鹽和亞硫酸氫鈉複合引發劑，其中，偶氮二異丁基脒鹽酸鹽占所述三種單體總質量的0.1%～0.3%，亞硫酸氫鈉占所述三種單體總質量的0.1%～0.4%；所述的非極性溶劑為15#白油；所述的油溶性乳化劑為山梨醇酐單油酸酯和山梨醇酐三油酸酯複合乳化劑，其中山梨醇酐單油酸酯和山梨醇酐三油酸酯的質量比為8～9:1～2；所述的助溶劑為碳酸氫鈉。

2.一種頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑的製備方法，其特徵在於步驟如下：

3）將上述1）步驟中得到的水相溶液在連續攪拌狀態下滴加入上述2）步驟得到的油相中，滴加完畢後乳化30分鐘得到反相乳液；

3.根據權利要求2所述的頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑的製備方法，其特徵在於：所述步驟1）中，丙烯醯胺為微生物法製備的丙烯醯胺。

實施方式

實施例1

反應釜內加入121.7千克清水，加入30千克的陰離子單體丙烯酸，加入16.7千克氫氧化鈉及25千克清水配製的氫氧化鈉溶液，調節pH值在6.5左右，加入98.5千克的非離子單體微生物法丙烯醯胺、0.3千克引發劑偶氮二異丁基脒鹽酸鹽和1千克的助溶劑碳酸氫鈉，攪拌至完全溶解得到水相溶液；在90千克的15#白油中加入9千克山梨醇酐單油酸酯和1千克山梨醇酐三油酸酯及1.5千克的油溶性單體甲基丙烯酸十二酯，攪拌均勻得到油相；將上述的水相溶液在連續攪拌狀態下滴加入油相中，滴加完畢後高速乳化30分鐘得到穩定的反相乳液體系；用5千克清水溶解0.3千克亞硫酸氫鈉，在20℃、連續攪拌狀態下向上述得到的反相乳液體系中滴加該亞硫酸氫鈉水溶液，滴加完畢後停攪拌靜置反應至體系溫度升至35℃時啟動攪拌，連續攪拌至溫度不再變化時停攪拌靜置保溫4小時後自然降溫至環境溫度後放料，即得均一、穩定的反相乳液降阻劑。取10千克降阻劑加入10立方米清水裡（降阻劑質量百分濃度為0.1%），採用375米長內徑25.4毫米的連續油管，用700型壓裂車泵注降阻劑溶液，測得降阻率可達70.7%。

實施例2

反應釜內加入121.6千克清水，加入32千克的陰離子單體丙烯酸，加入17.8千克氫氧化鈉及25千克清水配製的氫氧化鈉溶液，調節pH值在6.5左右，加入96千克的非離子單體微生物法丙烯醯胺、0.15千克引發劑偶氮二異丁基脒鹽酸鹽和1千克的助溶劑碳酸氫鈉，攪拌至完全溶解得到水相溶液；在90千克的15#白油中加入9千克山梨醇酐單油酸酯和1千克山梨醇酐三油酸酯及2千克的油溶性單體甲基丙烯酸十二酯，攪拌均勻得到油相；將上述的水相溶液在連續攪拌狀態下滴加入油相中，滴加完畢後高速乳化30分鐘得到穩定的反相乳液體系；用5千克清水溶解0.45千克亞硫酸氫鈉，在20℃、連續攪拌狀態下向上述得到的反相乳液體系中滴加該亞硫酸氫鈉水溶液，滴加完畢後停攪拌靜置反應至體系溫度升至35℃時啟動攪拌，連續攪拌至溫度不再變化時停攪拌靜置保溫4小時後自然降溫至環境溫度後放料，即得均一、穩定的反相乳液降阻劑。取10千克降阻劑加入10立方米清水裡（降阻劑質量百分濃度為0.1%），採用375米長內徑25.4毫米的連續油管，用700型壓裂車泵注降阻劑溶液，測得降阻率可達70.2%。

實施例3

反應釜內加入116.6千克清水，加入35千克的陰離子單體丙烯酸，加入19.5千克氫氧化鈉及25千克清水配製的氫氧化鈉溶液，調節pH值在6.5左右，加入95千克的非離子單體微生物法丙烯醯胺、0.3千克引發劑偶氮二異丁基脒鹽酸鹽和1千克的助溶劑碳酸氫鈉，攪拌至完全溶解得到水相溶液；在90千克的15#白油中加入8.5千克山梨醇酐單油酸酯和1.5千克山梨醇酐三油酸酯及2千克的油溶性單體甲基丙烯酸十二酯，攪拌均勻得到油相；將上述的水相溶液在連續攪拌狀態下滴加入油相中，滴加完畢後高速乳化30分鐘得到穩定的反相乳液體系；用5千克清水溶解0.6千克亞硫酸氫鈉，在20℃、連續攪拌狀態下向上述得到的反相乳液體系中滴加該亞硫酸氫鈉水溶液，滴加完畢後停攪拌靜置反應至體系溫度升至35℃時啟動攪拌，連續攪拌至溫度不再變化時停攪拌靜置保溫4小時後自然降溫至環境溫度後放料，即得均一、穩定的反相乳液降阻劑。取10千克降阻劑加入10立方米清水裡（降阻劑質量百分濃度為0.1%），採用375米長內徑25.4毫米的連續油管，用700型壓裂車泵注降阻劑溶液，測得降阻率可達68.7%。

實施例4

作為該發明的一較佳實施方式，其頁岩氣滑溜水壓裂用反相乳液降阻劑，以質量百分比計，各組分的配比如下：水溶性高分子聚合物35%；非極性溶劑23%；油溶性乳化劑2.5%；助溶劑0.25%；其餘為水。所述的水溶性高分子聚合物為丙烯醯胺、丙烯酸鈉和甲基丙烯酸十二酯三種單體的共聚物，在水溶性高分子聚合物中，所述的丙烯醯胺的質量百分比為70%，所述的丙烯酸鈉的質量百分比為29%；所述的水甲基丙烯酸十二酯的質量百分比為1%；水溶性高分子聚合物中的引發劑為偶氮二異丁基脒鹽酸鹽和亞硫酸氫鈉複合引發劑，其中，偶氮二異丁基脒鹽酸鹽占所述三種單體總質量的0.2%，亞硫酸氫鈉占所述三種單體總質量的0.3%。所述的非極性溶劑為15#白油。所述的油溶性乳化劑為山梨醇酐單油酸酯和山梨醇酐三油酸酯複合乳化劑，其中山梨醇酐單油酸酯和山梨醇酐三油酸酯的質量比為8～9:1～2。所述的助溶劑為碳酸氫鈉。

榮譽表彰