一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂，采用丙烯酰胺和耐盐功能单体、通过反相乳液聚合方法制得，生产工艺简单，生产成本低廉，反应效率高，产物属于丙烯酰胺系四元共聚物，粘均分子量300万～1500万，具有优秀的耐高矿化度效果，极大增加了减阻剂的适应性，进而，配制压裂液可以采用高矿化度地层水、地层返排水，使之得到有效利用，从而减小了现场使用成本，充分利用了水资源，有效的保护环境，除此而外，减阻剂乳液稳定，溶解性好，易反排。
【技术实现步骤摘要】
一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂及其制备方法
本专利技术属于页岩气压裂技术的压裂液添加剂领域，具体涉及一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂及其制备方法。技术背景页岩气含量丰富的区域往往是水资源十分贫乏的地区，如根据世界资源协会的数据所示，中国拥有世界最多的可开采页岩气资源，但这些资源主要都分布在如塔里木盆地、四川盆地等这样水资源极为缺乏的地方。而页岩气藏滑溜水压裂过程中有15％～75％的返排水返排到地面，直接排放污染严重，处理后排放方案处理工艺复杂，成本较高。为响应国家保护环境和节约水资源的号召，利用返排水或地层水进行配液方案已经在四川涪陵威远等得到实施。但是由于无机盐对减阻剂性能影响较大，而返排水和地层水矿化度较高，局部地区地层水矿化度高达20×104mg/L，多次重复利用的返排液矿化度也会逐渐增高，需要对水质进行多级处理，而无机盐处理较为复杂。据有关研究表明当钙离子浓度超过200mg/L，镁离子浓度超过100mg/L时，聚合物减阻水粘度、减阻性都能会受严重影响，甚至出现絮凝或沉淀。而对于高含钙镁离子的水质，如Marcellus地区返排水钙离子含量8500～24000mg/L，镁离子933～1790mg/L，普通减阻剂无法适应，而市场上暂时也未发现针对高含钙镁离子的减阻剂。虽然Kemira公司已经研发了一种聚丙烯酰胺乳液体系减阻剂，分子量高达2～4×108，能在23×104mg/L盐水下仍具有较高减阻率，但是在过高的钙镁离子条件下，性能依然受到较大影响。所以，研发一种具备耐高矿化度水质的同时，对高含钙镁离子的特殊条件水质依然适应的减阻剂迫在所需。为使得减阻剂在高矿化度水中具有高减阻效果，特提出此专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂及其制备方法，制备的乳液聚合物减阻剂溶解速度快，增粘效果好，减阻性能优异，岩心吸附量低，易返排，耐盐效果好，工业生产工艺简单，主要在页岩气藏滑溜水压裂工艺中用于井筒降阻。本专利技术采取的技术方案是：一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂，属于丙烯酰胺系四元共聚物，含有结构单元A、结构单元B、结构单元C、结构单元D，各结构单元的结构式如下：以所述丙烯酰胺系四元共聚物中各结构单元的总质量为基准，所述结构单元A的质量占总质量的50～90％，所述结构单元B的质量占总质量的10～30％，所述结构单元C的质量占总质量的5～20％，所述结构单元D的质量占总质量的0.1～2％；在结构单元A中，R1为H、甲基、乙基、正丙基或异丙基中的一种；在结构单元B中，M为Li，Na，K，Rb或Cs；在结构单元C中，R2和R3选自H、甲基、乙基、正丙基或异丙基，n1≥1，S为磺酸根基团；在结构单元D中，R4选自H、甲基、乙基、正丙基或异丙基，R5选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、C11～C16、聚氧乙烯醚长链，R6选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、C11～C16、聚氧乙烯醚长链。进一步的，所述丙烯酰胺系四元共聚物的粘均分子量为300万～1500万。一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂的制备方法，包括以下步骤：第一步，将各个单体和去离子水混合，溶解均匀后，用氢氧化钠调节pH值为7～9，得到水相混合液；第二步，将乳化剂溶于油相，充分搅拌均匀，得到油相混合溶剂；第三步，将第一步制备的水相混合液缓慢滴加到第二步制备的油相混合溶剂中，充分搅拌乳化；第四步，通氮气除氧30～60min后，在30～60℃温度、高速搅拌条件下加入引发剂，高速搅拌反应2～4小时，得到聚合物减阻剂；其中，所述单体包括单体E、单体F、单体G、单体H，各单体结构式如下：制备聚合物减阻剂的原料中，乳化剂质量百分数为4％～10％，油相质量百分数为40％-60％，引发剂质量百分数为0.01％-0.1％，其余为水相混合液，其中，单体E、单体F、单体G、单体H分别与去离子水的质量比为15～30％、3％～9％、2％～6％、0.01％～1％。进一步的，所述乳化剂为Span20、Span40、Span60、Span65、Span80、Span85、Tween20、Tween40、Tween60、Tween65、Tween80、Tween85，OP-4、OP-7、OP-9、OP-10、OP-13、OP-15、OP-20、OP-30、OP-40、OP-50中的一种或多种。进一步的，所述油相为柴油、白油、环己烷中的一种或多种混合。进一步的，所述引发剂包括油溶性引发剂和水溶性引发剂，二者按照1:1～1:1.2的质量比组成，引发剂总加量占乳液总质量的0.005％-0.02％，其中，油溶性引发剂为偶氮二异庚腈(AIBN)、叔丁基过氧化氢，过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种混合；水溶性引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(AIBI)、偶氮二异丁氰中的一种或多种混合。本专利技术的有益效果：本专利技术采用丙烯酰胺和耐盐功能单体、通过反相乳液聚合得到高分子乳液聚合物减阻剂，生产工艺简单，生产成本低廉，而且具有优秀的耐高矿化度效果(0.1％减阻剂在总矿化度为10×104mg/L的高含钙镁离子(5×103mg/LCa2+，2×103mg/LMg2+)盐水中具有65.82％的减阻效率(图2)；0.2％减阻剂在总矿化度为20×104mg/L的高含钙镁离子(2×104mg/LCa2+，2×103mg/LMg2+)盐水中保持63.83％的减阻效率(图3)，极大增加了减阻剂的适应性，进而，配制压裂液可以采用高矿化度地层水、地层返排水，使之得到有效利用，从而减小了现场使用成本，充分利用了水资源，有效的保护环境。本专利技术制备的减阻剂还具有溶解性好、抗剪切性好的优点，在清水中，减阻剂能在3分钟之内完全溶解，在高矿化度水中，减阻剂在5分钟之内完全分散溶解；在1000s-1～7000s-1剪切速率下，减阻性能逐渐增高(图2和图3)。除此而外，本专利技术的引发剂选择是基于乳液聚合过程中聚合乳液的稳定性和产品质量需求，采用了油溶性引发剂和水溶性引发剂双重分段引发聚合的方法制备减阻剂，因而，反应效率更高。附图说明图1为实施例1的减阻剂聚合物产物红外图谱；图2为0.1％的实施例1减阻剂在10×104ppm盐水中(不同钙离子含量)耐盐减阻效果；图3为0.2％的实施例2减阻剂在20×104ppm盐水中(不同钙离子含量)耐盐减阻效果。具体实施方式实施例1一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂，由以下原料质量比例构成：水相：单体E、单体F、单体G、单体H质量比例为：70:20:10:0.5；单体总质量3kg；水7kg；油相：白油7.5kg；乳化剂：Span80/Twee-60的混合乳化剂，其中Span-80用量0.738kg，Twee-60用量0.095kg；引发剂：水溶性引发剂为过硫酸钾，加量占总反应体系的0.01％，油溶性引发剂为偶氮二异庚腈(AIBN)，加量为总反应体系的0.01％；制备方法包括如下步骤：第一步，将单体和去离子水混合溶解均匀后，用氢氧化钠溶液调节pH值为7，得到水相混合液；第二步，将乳化剂溶于油相，充分搅拌均匀，得到油相混合溶剂；第三步，油水相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂，其特征在于，为丙烯酰胺系四元共聚物，含有结构单元A、结构单元B、结构单元C、结构单元D，各结构单元的结构式如下：
【技术特征摘要】
1.一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂，其特征在于，为丙烯酰胺系四元共聚物，含有结构单元A、结构单元B、结构单元C、结构单元D，各结构单元的结构式如下：以所述丙烯酰胺系四元共聚物中各结构单元的总质量为基准，所述结构单元A的质量占总质量的50～90％，所述结构单元B的质量占总质量的10～30％，所述结构单元C的质量占总质量的5～20％，所述结构单元D的质量占总质量的0.1～2％；在结构单元A中，R1为H、甲基、乙基、正丙基或异丙基中的一种；在结构单元B中，M为Li，Na，K，Rb或Cs；在结构单元C中，R2和R3选自H、甲基、乙基、正丙基或异丙基，n1≥1，S为磺酸根基团；在结构单元D中，R4选自H、甲基、乙基、正丙基或异丙基，R5选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、C11～C16、聚氧乙烯醚长链，R6选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、C11～C16、聚氧乙烯醚长链。2.如权利要求1所述的页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂，其特征在于，所述丙烯酰胺系四元共聚物的粘均分子量为300万～1500万。3.一种页岩气藏滑溜水压裂液用聚合物减阻剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将各个单体和去离子水混合，溶解均匀后，用氢氧化钠调节pH值为7～9，得到水相混合液；第二步，将乳化剂溶于油相，充分搅拌均匀，得到油相混合溶剂；第三步，将第一步制备的水相混合液缓慢滴加到第二步制备的油相混合溶剂中，充分搅拌乳化；第四步，通氮气除氧30～60min后，在30～60℃温度、高速搅拌条件下加入引发剂，高...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛金成，谭宏中，杨小江，张恒，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。