本發(fā)明涉及一種油氣井致密頁巖儲(chǔ)層改造
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體的說，涉及一種頁巖氣壓裂用環(huán)保型滑溜水降阻劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著國內(nèi)頁巖氣的規(guī)模化開采，壓裂過程中使用的滑溜水壓裂液體系普遍采用的是反相乳液降阻劑，其中的油相會(huì)給后期返排液處理帶來極大困難、處理費(fèi)用高，與環(huán)保要求有非常大的差距。反相乳液降阻劑必須滿足現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)混配施工的技術(shù)要求：(1)流動(dòng)性能好；乳液性能穩(wěn)定，不發(fā)生分層或沉淀；用量少，減少運(yùn)輸或儲(chǔ)存過程中的費(fèi)用；溶解迅速，3min內(nèi)完全溶解；具有一定的抗溫、抗鹽、抗剪切性能。合成這種高分子聚合物目前大多采用水溶液法或乳液聚合法。由于聚合物本身是一種高分子物質(zhì)，聚合后溶液聚合物產(chǎn)物本身粘度大，溶解時(shí)間長(zhǎng)，無法滿足在線連續(xù)混配的要求。乳液聚合具有聚合反應(yīng)速度快、分子量高、聚合反應(yīng)后期粘度也很低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。公開號(hào)為cn103755868a的專利報(bào)道了一種滑溜水的降阻劑，具有耐高溫、低摩阻、低膨脹、低傷害、易返排的特點(diǎn)，但有機(jī)溶劑白油占降阻劑產(chǎn)品質(zhì)量的40％-50％，且乳液聚合反應(yīng)后的產(chǎn)物本身粘度非常高，粘度值高達(dá)1190和1220mpa.s，如此粘稠的降阻劑產(chǎn)品流動(dòng)性能非常差，給在線連續(xù)混配帶來極大的難度。公開號(hào)為cn102002355a的專利報(bào)道了一種降阻劑的制備方法，其制備的降阻劑可降低清水摩阻的70-85％，但有機(jī)溶劑也達(dá)10％，后期返排液的處理難度也很大。公開號(hào)為cn103013488a的專利報(bào)道了一種通過乳液聚合的方法合成降阻劑，合成的聚合物乳液為透明或半透明狀的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，能夠迅速溶脹于水中，減阻效果僅為30-65％，也未見有抗溫、抗剪切性性能的介紹，其使用的油相為白油、煤油、環(huán)己烷、異構(gòu)烷烴的一種或幾種組合，這同樣給后期壓裂返排液的處理帶來重大技術(shù)難題。隨著國內(nèi)頁巖氣的規(guī)?；_采，壓裂過程中使用的滑溜水壓裂液體系普遍采用的是反相乳液降阻劑，其中的油相會(huì)給后期返排液處理帶來極大困難、處理費(fèi)用高，與環(huán)保要求有非常大的差距。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種頁巖氣壓裂用環(huán)保型滑溜水降阻劑及其制備方法，將降阻劑中油相選用環(huán)保的生物柴油代替，生物柴油可自然降解，這樣可以降低后期處理難度和成本，提高液體重復(fù)利用率，具有非常重要的意義。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種頁巖氣壓裂用環(huán)保型滑溜水降阻劑的制備方法，包括以下步驟：(1)水相配制：將單體丙烯酰胺am、丙烯酸aa和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸amps按質(zhì)量比(3～8)：1.5：(3～8)混合，溶于水中，使單體質(zhì)量百分比濃度為15％-50％，并不斷攪拌，使其充分溶解，并調(diào)節(jié)ph值至7，按單體質(zhì)量的0.1％-1.5％加入引發(fā)劑，溶解后備用；(2)油相配制：將復(fù)配表面活性劑與生物柴油按質(zhì)量比(0.1～2):10混合，不斷攪拌直至混合均勻，形成性質(zhì)均一的油相；復(fù)配表面活性劑為非離子型表面活性劑失水山梨糖醇脂肪酸酯span-80、失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚tween-80、乳油500、烷基酚聚氧乙烯醚op10和甲醇的混合物，表面活性劑的hlb值在4-10；(3)反相乳液聚合：將配制的油相倒入反應(yīng)器中，再將反應(yīng)器置于10-20℃的低溫恒溫水浴槽中，開啟攪拌器高速攪拌，將配制的水相緩慢加入油相中，在高速攪拌器的攪拌下形成性能穩(wěn)定的乳液，油水相質(zhì)量比例為1：(1～4)；同時(shí)通入氮?dú)獬w系中溶解氧，攪拌30min后，將反應(yīng)器密閉，并升高體系溫度至40℃-70℃，在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)，引發(fā)成功后反應(yīng)2-3h反應(yīng)結(jié)束，得到目標(biāo)產(chǎn)物。所述步驟(1)中，按水相質(zhì)量，還加入1％-10％的kcl。所述步驟(1)中引發(fā)劑為過硫酸銨/亞硫酸氫鈉氧化還原引發(fā)劑、偶氮類引發(fā)劑與過硫酸銨組成的氧化還原引發(fā)劑的一種或幾種組合。所述步驟(3)中引發(fā)成功是指體系溫度升高3-4℃，視為引發(fā)成功。上述的制備方法制得的頁巖氣壓裂用環(huán)保型滑溜水降阻劑。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用的油相為生物柴油，具有可自然降解的優(yōu)勢(shì)，給后期壓裂返排液處理減小了困難，也降低了處理成本。同時(shí)仍有溶解快速、流動(dòng)性好、抗溫耐鹽的性能，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明目前國內(nèi)滑溜水壓裂液體系普遍采用反相乳液法合成的降阻劑配制。該方法制備降阻劑的有其特有的優(yōu)勢(shì)：降阻劑分子量高(可達(dá)300萬以上)、容易控制、方法簡(jiǎn)單。為此本發(fā)明仍采用反相乳液方法合成降阻劑。具體是將功能單體和引發(fā)劑先溶解在水相中，乳化劑分散于油相中，在攪拌過程中將水相緩慢倒入油相中，在乳化劑的作用下形成油包水型穩(wěn)定乳液，升溫后在引發(fā)劑在作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)。所用的功能單體為丙烯酰胺(am)、丙烯酸(aa)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)；所用的油相為生物柴油、復(fù)配的表面活性劑。本發(fā)明的頁巖氣壓裂用環(huán)保型滑溜水降阻劑的制備方法，包括以下步驟：(1)水相配制：將單體丙烯酰胺am、丙烯酸aa和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸amps按質(zhì)量比(3～8)：1.5：(3～8)混合，溶于水中，使單體質(zhì)量百分比濃度為15％-50％，并不斷攪拌，使其充分溶解，并調(diào)節(jié)ph值至7，按單體質(zhì)量的0.1％-1.5％加入引發(fā)劑，溶解后備用；(2)油相配制：將復(fù)配表面活性劑與生物柴油按質(zhì)量比(0.1～2):10混合，不斷攪拌直至混合均勻，形成性質(zhì)均一的油相；復(fù)配表面活性劑為非離子型表面活性劑失水山梨糖醇脂肪酸酯span-80、失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚tween-80、乳油500、烷基酚聚氧乙烯醚op10和甲醇的混合物，表面活性劑的hlb值在4-10；(3)反相乳液聚合：將配制的油相倒入反應(yīng)器中，再將反應(yīng)器置于10-20℃的低溫恒溫水浴槽中，開啟攪拌器高速攪拌，將配制的水相緩慢加入油相中，在高速攪拌器的攪拌下形成性能穩(wěn)定的乳液，油水相質(zhì)量比例為1：(1～4)；同時(shí)通入氮?dú)獬w系中溶解氧，攪拌30min后，將反應(yīng)器密閉，并升高體系溫度至40℃-70℃，在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)，引發(fā)成功后反應(yīng)2-3h反應(yīng)結(jié)束，得到目標(biāo)產(chǎn)物。所述步驟(1)中，按水相質(zhì)量，還加入1％-10％的kcl。所述步驟(1)中引發(fā)劑為過硫酸銨/亞硫酸氫鈉氧化還原引發(fā)劑、偶氮類引發(fā)劑與過硫酸銨組成的氧化還原引發(fā)劑的一種或幾種組合。所述步驟(3)中引發(fā)成功是指體系溫度升高3-4℃，視為引發(fā)成功。上述的制備方法制得的頁巖氣壓裂用環(huán)保型滑溜水降阻劑。本發(fā)明制備的降阻劑具有粘度低、溶解快、用量少等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)所配制的滑溜水體系仍具有抗高溫、抗鹽、抗剪切等性能。本發(fā)明合成的環(huán)保型降阻劑同樣為膠乳液，油相采用可自然降解的生物柴油，從根源上減輕了后期返排液處理難度。合成的高分子降阻劑，性能穩(wěn)定，溶解性能好，在3min內(nèi)可完全溶解。通過降阻率測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試，降阻率可達(dá)75％。同時(shí)具有抗溫耐鹽等性能，與助排劑和防膨劑配伍性好，完全達(dá)到了施工現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)混配的技術(shù)要求。實(shí)施例1根據(jù)質(zhì)量比6:1.5:6分別用精密天平秤取單體am12.0g，aa3g，amps12.0g及kcl5g，再秤取60.0g去離子水，不斷攪拌，將單體及kcl在水中充分溶解，完全溶解后溶液變澄清，再用na2co3或naoh調(diào)節(jié)ph值至7.0左右；再秤取引發(fā)劑0.2g，引發(fā)劑為偶氮類，引發(fā)劑加入配制的水相溶液中至完全溶解，水相配制成功。用精密天平秤取生物柴油60.0g、復(fù)配的乳化劑6g，在攪拌狀態(tài)下將乳化劑加入生物柴油中，使其兩者完全溶解。將span-80、tween-80、乳油500、甲醇以7:4:0.5:3比例混合均勻，得到復(fù)配乳化劑。先將油相倒入250ml三口燒瓶中，三口燒瓶置于15-25℃恒溫水浴槽中，開啟攪拌；再將水相緩慢滴入油相中，使其充分乳化，形成性能穩(wěn)定的乳狀液。高速攪拌條件下通氮?dú)獬?0min，并保持為密閉環(huán)境。30min后，將水浴溫度升高到60℃，溫度升高到設(shè)定溫度后，體系開始緩慢反應(yīng)，反應(yīng)由慢到快，體系溫度會(huì)有所升高，一般升高3-4℃，視為引發(fā)成功。引發(fā)成功后繼續(xù)反應(yīng)1h，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物降阻劑樣品。實(shí)施例2根據(jù)質(zhì)量比3.5:1.5:3分別用精密天平秤取單體am7g，aa3g，amps6g及kcl3g，再秤取50.0g去離子水，不斷攪拌，將單體及kcl在水中充分溶解，完全溶解后溶液變澄清，再用na2co3或naoh調(diào)節(jié)ph值至7.0左右；再秤取引發(fā)劑0.1g，引發(fā)劑為過硫酸銨/亞硫酸氫鈉氧化還原引發(fā)劑，引發(fā)劑加入配制的水相溶液中至完全溶解，水相配制成功。用精密天平秤取生物柴油50.0g、復(fù)配的乳化劑6g，在攪拌狀態(tài)下將乳化劑加入生物柴油中，使其兩者完全溶解。將span-80、tween-80、甲醇以7:3:3比例混合均勻，得到復(fù)配乳化劑。先將油相倒入250ml三口燒瓶中，三口燒瓶置于15-25℃恒溫水浴槽中，開啟攪拌；再將水相緩慢滴入油相中，使其充分乳化，形成性能穩(wěn)定的乳狀液。高速攪拌條件下通氮?dú)獬?0min，并保持為密閉環(huán)境。30min后，將水浴溫度升高到42℃，溫度升高到設(shè)定溫度后，體系開始緩慢反應(yīng)，反應(yīng)由慢到快，體系溫度會(huì)有所升高，一般升高2-4℃，視為引發(fā)成功。引發(fā)成功后保溫4h，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物降阻劑樣品。實(shí)施例3根據(jù)質(zhì)量比5:1.5:3分別用精密天平秤取單體am10g，aa3g，amps6g及kcl4g，再秤取50.0g去離子水，不斷攪拌，將單體及kcl在水中充分溶解，完全溶解后溶液變澄清，再用na2co3或naoh調(diào)節(jié)ph值至7.0左右；再秤取引發(fā)劑0.15g，引發(fā)劑為過硫酸銨/亞硫酸氫鈉氧化還原引發(fā)劑，引發(fā)劑加入配制的水相溶液中至完全溶解，水相配制成功。用精密天平秤取生物柴油50.0g、復(fù)配的乳化劑6g，在攪拌狀態(tài)下將乳化劑加入生物柴油中，使其兩者完全溶解。將span-80、tween-80、甲醇以7:3:3比例混合均勻，得到復(fù)配乳化劑。先將油相倒入250ml三口燒瓶中，三口燒瓶置于15-25℃恒溫水浴槽中，開啟攪拌；再將水相緩慢滴入油相中，使其充分乳化，形成性能穩(wěn)定的乳狀液。高速攪拌條件下通氮?dú)獬?0min，并保持為密閉環(huán)境。30min后，將水浴溫度升高到38℃，溫度升高到設(shè)定溫度后，體系開始緩慢反應(yīng)，反應(yīng)由慢到快，體系溫度會(huì)有所升高，一般升高2-4℃，視為引發(fā)成功。引發(fā)成功后保溫4h，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物降阻劑樣品。對(duì)上述實(shí)施例1樣品進(jìn)行體系性能評(píng)價(jià)：(1)穩(wěn)定性測(cè)試：將降阻劑樣品倒入樣品瓶中，室溫下放置不同時(shí)間觀察樣品本身的穩(wěn)定性，結(jié)果如表1中。表1降阻劑樣品自身穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)放置時(shí)間實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1周無分層，均勻透亮膠乳液2周無分層，均勻透亮膠乳液3周無分層，均勻透亮膠乳液4周無分層，均勻透亮膠乳液8周無分層，均勻透亮膠乳液(2)配伍性測(cè)試：將合成的降阻劑與防膨劑、助排劑以0.1％、0.5％及0.3％與水充分溶解，未見分層和沉淀物等現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)，說明溶液性質(zhì)均一，配伍性良好；(3)降阻率測(cè)試：將降阻劑與水配成溶液，利用流動(dòng)回路降阻率測(cè)試裝置對(duì)降阻劑進(jìn)行降阻率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2中。表2降阻率測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)上面測(cè)試結(jié)果可以看出，降阻劑的溶解性能好，在3min內(nèi)可完全溶解，降阻率為可達(dá)75％，完全達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求。綜上所述，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限在上述的實(shí)施例中，相同領(lǐng)域內(nèi)的有識(shí)之士可以在本發(fā)明的技術(shù)指導(dǎo)思想之內(nèi)可以輕易提出其他的實(shí)施例，但這種實(shí)施例都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12