一种耐盐型压裂用减阻剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐盐型压裂用减阻剂及其制备方法，通过将马来酸和二甲氨基

【技术实现步骤摘要】
一种耐盐型压裂用减阻剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及减阻剂
，尤其涉及一种耐盐型压裂用减阻剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国石油与天然气消费量日益增长，油气自主供应能力不足，对外依存度持续提高，严重影响我国能源安全。非常规油气资源作为清洁能源的重要组成部分，是我国调整能源结构的一项重要内容。目前，非常规油气开采核心技术主要是滑溜水（减阻水）体积（缝网）压裂技术和水平井技术，其中滑溜水压裂液中的核心组分减阻剂是实现体积压裂改造的重要物质基础之一。压裂液由高压泵注增压后通过管柱高速泵入地层，但在高速泵注下，管内会出现严重的湍流摩阻增加现象。加入减阻剂不仅降低施工摩阻，改善裂缝复杂度，而且减少设备对水马力的要求，避免设备因作业过程中的高速冲击造成磨损。1948年Toms无意中发现聚甲基丙烯酸甲酯能有效减小湍流的流动摩擦阻力。自此，国内外学者对高分子聚合物的流动特性、减阻效果和减阻机理等方面进行了深入的研究，并且将聚合物减阻剂成功应用于页岩储层压裂。页岩气作为一种储量丰富的非常规能源已经受到世界各国的广泛重视。作为一种新兴的非常规天然气，页岩气对于优化能源消费结构、缓解能源对外依存度具有重要意义。而滑溜水压裂技术是国内外页岩气开采的主要技术之一，减阻剂又是滑溜水压裂液的核心添加剂之一。聚丙烯酰胺类降阻剂具有成本低，易溶解等优势，目前是滑溜水减阻剂研究的重点。该类减阻剂的室内研究及现场应用已经取得了一定的进展。
[0003]可应用的减阻剂主要包括胍胶、黄原胶、田菁胶、纤维素等生物多糖类，聚氧乙烯及其衍生物类，聚丙烯酰胺及其衍生物等水溶性减阻剂类。生物基多糖和生物胶因为可生物降解的特点，在作为压裂减阻剂方面有其环境友好的优势，其主要代表就是水溶性的瓜尔胶和黄原胶。聚氧乙烯（PEO）由于具有—CH2—CH2—O—重复单元结构，其分子链在空间上表现为螺旋结构，分子链柔顺性好，水溶性强，在理论上作为减阻剂非常具有优势，在早期是用作减阻机理研究的典型材料。表面活性剂因为其存在疏水链段，当浓度超过临界胶束浓度后，在水溶液中会聚集形成胶束，虽然单个表面活性剂分子相对分子质量不高，但形成胶束后不仅有较大相对分子质量，也有较大的立体空间结构，一般形成棒状结构，使得表面活性剂具有类似聚合物分子链的作用，但相比聚合物分子链，胶束链更短，所以更耐高速剪切，而单个表面活性剂因为分子链短小，无机盐对其影响程度更小，所以表面活性剂作为减阻剂有其特殊的优势。主要类型包括阴阳离子、非离子和两性离子表面活性剂四类减阻剂。高矿化度配液水质中对减阻剂的聚合物分子结构有严重的影响，宏观上主要表现为减阻水溶液黏度降低，减阻率显著降低，甚至某些减阻剂与高矿化度配液水不配伍，无法有效分散于水中。而微观上水中的无机盐金属离子对减阻剂聚合物分子的影响是多方面的共同作用，主要包括静电屏蔽，压缩聚合物表面水化膜双电层以及减小聚合物表面水化膜厚度作用。
[0004]减阻剂分子多为改性聚丙烯酰胺，其分子链上分布有水解电离的带负电的基团
（如
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COO
‑
），其在水溶液中由于电荷互斥力而使得聚合物分子链伸展性加强，但在高矿化度盐水中，大量的无机阴离子和阳离子分布在聚合物分子链周围，由于带电基团更容易吸引其相反电荷离子，导致带电基团被屏蔽，从而使得分子链上带电基团的电荷斥力的减弱，最终导致聚合物延展程度降低，卷曲程度增加。而卷曲的减阻剂分子链抑制湍流作用和弹性大幅度降低，减阻作用因此降低。在高含钙镁离子等高价金属离子的水溶液中，钙镁离子与聚合物分子链上某些基团具有特殊的连接作用，其中主要包括高价离子与羧酸根离子的架桥络合作用。钙镁离子与羧酸根离子在水溶液中存在一个溶积度值，当钙镁离子与羧酸根离子之积超过其溶积度值之后，高价金属离子开始与羧酸根产生络合作用，对钙镁离子而言，尤其是钙离子，两个羧酸根与钙离子连接成核，并且随着离子浓度增加，晶核不断增长。当不同聚合链的羧酸根与同一金属连接时，整个聚合缠绕结构得到加强。在水资源越来越紧张，环保要求日益凸显的情况下，利用浅层地表水、地层返排水等进行配液施工逐渐受到关注，但由于其高矿化度的特点，一般减阻剂很难在该条件下满足施工性能要求，故研制具备有较好耐盐性的减阻剂是未来减阻剂发展的重要方向之一。当暴露于高盐度盐水时，聚合物的减阻性能取决于单体类型、重复单体单元、分子结构、分子量和离子强度。目前主要通过接入功能单体降低聚合物对盐的敏感性，包括含有硫酸根基团的单体、含有环状结构基团的单体、含有疏水性基团的单体等等，这些基团的接入不仅能够改善其在盐水溶液中的减阻性能，而且可以提高共聚物的抗温和抗盐性能；或增加分子链的刚性，提高聚合物的热稳定性及抗剪切性。
[0005]专利CN112410013 B提供了一种悬浊液状减阻剂及其制备方法，按总质量为100%计，减阻剂由以下质量百分比的原料组分组成：水溶性高分子聚合物15~60wt％，表面活性剂0.3~2wt％，增稠剂0.5~5wt％，余量为油溶剂；减阻剂的粘度为5
‑
20万cP；增稠剂选自聚苯乙烯
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乙烯
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丙烯、聚苯乙烯
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乙烯
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丁烯、聚乙烯、聚丙烯、聚脲、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚二苯乙烯
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乙烯
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丙烯、聚(苯乙烯
‑
丁二烯)、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯、氢化(苯乙烯
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异戊二烯)共聚物、脂肪醇中的一种或多种。该申请提供的悬浊液状减阻剂，针对特定用量以及分子量的聚丙酰胺粉，采用特定组成配比的增稠剂配合特定组成及配比的表面活性剂，使获得的最终减阻剂产品具有更好的减阻性、耐盐性以及储存稳定性。
[0006]专利CN113736443 A公开了一种压裂用低碳环保多功能型减阻剂及其制备方法，石油天然气领域，更具体的是涉及压裂用减阻剂领域，解决现有的减阻剂碳足迹较多，碳排放较大，不环保的问题，包括如下组分：稠化剂，分散介质，增稠剂，增稠助剂，湿润分散剂，助分散剂，分散介质为聚乙二醇
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100、聚乙二醇
‑
200、聚乙二醇
‑
400中的一种或多种；绝大部分均为水溶性原材料，易降解易返排，不会对地层造成二次伤害，堵塞地层等问题，可以有效提高页岩气储层返排效率，提高产量；悬浮复配工艺仅涉及原材料的投放和搅拌，不涉及温控，碳足迹、碳排放单一；粉末型阴离子聚丙烯酰胺原材料配制为水溶液聚合，低温引发，反应温和，亦不涉及过多的碳足迹和碳排放。
[0007]目前所使用的聚丙烯酰胺类降阻剂有粉剂型和乳液型之分，业界普遍认为粉剂型产品聚合工艺简单，成本较低，一般产品溶解速度较慢，但是速溶型产品在一定条件下也可以实现在线混配。乳液型产品聚合工艺复杂，成本较高且不便运输，但是产品的溶解速度较快，较容易实现在线混配。然而，目前仍存在的一问题是聚丙烯酰胺大多是被制备成固体粉末状添加到压裂液中使用的，然而，粉状产品的溶解速度较慢，通常溶解时间为20~12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐盐型压裂用减阻剂，其特征在于，将马来酸和二甲氨基
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十八烷基乙酰胺复合制备得到马来酸/二甲氨基
‑
十八烷基乙酰胺复合物作为pH敏感表面活性剂，再与丙烯酰胺、丙烯酸、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸聚合得到聚合物，将聚合物和引发剂、液体石蜡混合继续聚合得到减阻剂。2.一种制备如权利要求1所述的压裂用减阻剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1将十八烷胺与甜菜碱混合，氮气气氛下升温、搅拌，再加入亚硫酰氯，升温，加入氧化铝继续反应，反应结束后过滤，滤饼洗涤后干燥得到二甲氨基
‑
十八烷基乙酰胺；S2将马来酸和步骤S1得到的二甲氨基
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十八烷基乙酰胺混合，升温、搅拌，得到马来酸/二甲氨基
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十八烷基乙酰胺复合物；S3将丙烯酰胺、丙烯酸、2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸加入到水中，再加入步骤S2得到的马来酸/二甲氨基
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十八烷基乙酰胺复合物，搅拌，调节pH，加入液体石蜡后继续搅拌，得到聚合物乳液；S4将步骤S3得到的聚合物乳液注入氮气，搅拌，加入叔丁基过氧化氢和亚硫酸氢钠，升温继续搅拌进行聚合，反应结束后得到耐盐压裂液减阻剂。3.如权利要求2所述的压裂用减阻剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1将十八烷胺与甜菜碱混合，氮气气氛下升温至70~90℃，再加入亚硫酰氯，30~60min内升温至150~170℃，继续加入氧化铝，在160~200℃下继续反应20~28h，反应结束后过滤，滤饼经丙酮、异丙醇洗涤后干燥得到二甲氨基
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十八烷基乙酰胺；S2将马来...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江银，刘林林，谢忱，李江昆，尹健伟，张伟伟，
申请(专利权)人：东营江源化工有限公司，
类型：发明
国别省市：