一种压裂液用减阻剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种压裂液用减阻剂及其制备方法和应用，属于减阻剂技术领域。将溶有正硅酸烷基酯的油相和溶有海藻酸钠、致孔剂的水相混合乳化，滴加酸性金属离子溶液，反应固化，得到海藻酸钠

【技术实现步骤摘要】
一种压裂液用减阻剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及减阻剂
，具体涉及一种压裂液用减阻剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]页岩气将是21世纪化石能源的重要来源之一。随着美国页岩气藏的成功商业开发，页岩气资源受到越来越多的关注。页岩气藏属于低渗储层，其渗透率比致密碎屑岩气藏的渗透率还要低2
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3个数量级，压裂改造成为页岩气勘探开发的重要手段。目前大排量水平井分段压裂是页岩气开发的主要增产技术，而配制清水压裂液的高效水基减阻剂是决定页岩气压裂工艺成败的关键之一。
[0003]世纪30年代初，人们就发现在液体中加入某些可溶添加物可以减少摩阻。1948年，B.A.Toms发现高分子聚合物在紊流时的减阻现象，引起了化学界、物理学界、流体力学界和高分子学界的广泛注意，并于1949年申请了首个减阻剂专利。作为减阻剂的聚合物都具有超高分子量，分子量通常达二、三百万，甚至一千万以上。聚合物减阻剂在用量很小的情况下即可达到很高的减阻效果，但受到剧烈剪切会导致分子链的断裂从而失去减阻功能，即通常所说的剪切降解。表面活性剂减阻剂是通过在流体中形成胶束而实现减阻的，其具有良好的抗剪切性能。常见水基表面活性剂减阻体系包括：阳离子表面活性剂与阴离子两亲分子复配体系、甜菜碱表面活性剂与阴离子两亲分子复配体系、阴离子表面活性剂与非离子两亲分子复配体系以及阳离子表面活性剂的无机盐水溶液等。
[0004]目前减阻剂的作用机理主要有粘弹说、湍流抑制说等，但都不能全面解释减阻现象。最新研究成果表明圆管中流动的流体沿径向可分为三部分：贴近管壁的层流底层，管中心的湍流核心(包含了绝大部分流体，其中液体质点不断发生相互撞击与掺混，杂乱无章地向前流动)，处于层流底层与湍流核心之间的缓冲区(其流动状态表现为层流到湍流的过渡，缓冲区是湍流最先形成的地方。层流底层靠近缓冲区的那部分为薄间层，其中的液体分子偶尔会进入缓冲区，然后开始振动，形成涡流漩涡，运动加速并向湍流核心靠近，最后进入湍流核心。薄层间的液体分子从缓冲区进入紊流核心的瞬间会损耗大量能量。减阻剂可以在流体中伸展，吸收薄层间的能量，干扰薄层间的液体分子从缓冲区进入湍流核心从而阻止其形成湍流或减弱湍流程度，从而达到减阻的效果。
[0005]表面活性剂随着浓度的增加依次经历球状、棒状，最终形成可达几百纳米的蠕虫状胶束结构，在剪切状态下，表面活性剂稀溶液会形成一种与聚合物分子网状结构类似但不尽相同的有序胶束结构
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剪切诱导结构，因此，聚合物的减阻机理同样类似于形成了蠕虫状胶束结构的表面活性剂体系，与聚合物不同的是，聚合物分子在湍流中被剪切断裂，减阻失效，并且无法恢复；而表面活性剂胶束结构即使在湍流中会解体，仍可以自组装恢复胶束结构，减阻效果并不会因剪切而完全丧失。虽然表面活性剂具有机械降解恢复特点，但实验中发现，在高矿化度、铁锈杂质、碱性等环境中表面活性剂减阻效果锐减甚至会完全失去减阻作用。中性纯净去离子水中表面活性剂能形成明显的胶束网状结构；溶液中存在铁锈颗
粒时，铁锈颗粒会镶嵌在胶束中，表面活性剂胶束被铁锈隔开无法很好地连接，很难形成胶束网状结构；弱碱性（pH=7
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8）溶液中，氢氧根离子会压缩改性表面活性剂头部，造成胶束线团不规则，无法形成胶束网状结构，甚至会产生絮状沉淀。
[0006]因此，需要开发一种复配体系，以满足各种情况下的减阻需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提出一种压裂液用减阻剂及其制备方法和应用，通过各组分协同配伍，本专利技术制得的压裂液减阻剂具有剪切恢复性好，减阻效果好和减阻稳定性高，环境友好，同时具有较好的耐温性，综合性能佳，具有广阔的应用前景。
[0008]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种压裂液用减阻剂的制备方法，将溶有正硅酸烷基酯的油相和溶有海藻酸钠、致孔剂的水相混合乳化，滴加酸性金属离子溶液，反应固化，得到海藻酸钠
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SiO2多孔微球，并加入溶有氯化铁、氯化亚铁的水溶液中，滴加氨水制得磁性多孔微球，加入改性剂和催化剂，反应得到改性磁性多孔微球，并通过复合表面活性剂改性后，得到表面活性剂改性磁性多孔微球，与丙烯酰胺、3
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烯丙基
‑2‑
羟基
‑1‑
丙烷磺酸钠、丙烯酸十八酯一同发生聚合反应，生成疏水改性聚丙烯酰胺，与表面活性剂、盐混合均匀，得到压裂液用减阻剂。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，包括以下步骤：S1.海藻酸钠
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SiO2多孔微球的制备：将正硅酸烷基酯、亲油乳化剂溶于有机溶剂中，得到油相；将海藻酸钠、致孔剂、亲水乳化剂溶于水中，得到水相；将水相和油相混合，经过快速膜乳化，滴加酸性金属离子溶液，搅拌反应，常温固化，离心，洗涤，干燥，得到海藻酸钠
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SiO2多孔微球；S2.磁性多孔微球的制备：将氯化铁、氯化亚铁溶于水中，加入步骤S1制得的海藻酸钠
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SiO2多孔微球，分散均匀，通入惰性气体除去氧气，加入氨水，反应后，磁性分离，洗涤，干燥，得到磁性多孔微球；S3.改性剂的制备：将多巴胺盐酸盐和硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，得到改性剂；所述硅烷偶联剂包括带有双键的硅烷偶联剂、带有巯基的硅烷偶联剂，质量比为5
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7:2；S4.改性磁性多孔微球的制备：将步骤S2制得的磁性多孔微球均匀分散在水中，加入步骤S3制得的改性剂，搅拌混合均匀后，加入催化剂，加热反应，磁性分离，洗涤，干燥，得到改性磁性多孔微球；S5.表面活性剂改性磁性多孔微球的制备：将复合表面活性剂溶于水中，加入步骤S4制得的改性磁性多孔微球，加热反应，磁性分离，洗涤，干燥，得到表面活性剂改性磁性多孔微球；S6.疏水改性聚丙烯酰胺的合成：将乳化剂、石油醚混合均匀后，得到油相，将丙烯酰胺、3
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烯丙基
‑2‑
羟基
‑1‑
丙烷磺酸钠溶于水中，得到水相；将油相和水相混合均匀，加入丙烯酸十八酯和步骤S5制得的表面活性剂改性磁性多孔微球，乳化，通入惰性气体除去氧气，加入引发剂体系，搅拌反应，产物用乙醇洗涤，干燥，得到疏水改性聚丙烯酰胺；S7.压裂液用减阻剂的制备：将步骤S6制得的疏水改性聚丙烯酰胺、表面活性剂、盐混合均匀，制得压裂液用减阻剂。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中所述正硅酸烷基酯为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯；所述致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚、十六烷基三甲基溴化铵、氧乙烯
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氧丙烯三嵌段共聚物PEO20
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PPO70
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PEO20、PEO106
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PPO70
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PEO106中的至少一种；优选地，为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和十六烷基三甲基溴化铵的混合物，质量比为4
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7:3；所述快速膜的孔径为1
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3微米；所述酸性金属离子溶液为pH为5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压裂液用减阻剂的制备方法，其特征在于，将溶有正硅酸烷基酯的油相和溶有海藻酸钠、致孔剂的水相混合乳化，滴加酸性金属离子溶液，反应固化，得到海藻酸钠
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SiO2多孔微球，并加入溶有氯化铁、氯化亚铁的水溶液中，滴加氨水制得磁性多孔微球，加入改性剂和催化剂，反应得到改性磁性多孔微球，并通过复合表面活性剂改性后，得到表面活性剂改性磁性多孔微球，与丙烯酰胺、3
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烯丙基
‑2‑
羟基
‑1‑
丙烷磺酸钠、丙烯酸十八酯一同发生聚合反应，生成疏水改性聚丙烯酰胺，与表面活性剂、盐混合均匀，得到压裂液用减阻剂；所述复合表面活性剂包括阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，质量比为4
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7：3
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5；所述表面活性剂选自十六烷基三甲基氯化铵、烯醇基季铵盐、4
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苯乙烯磺酸钠、十二烷基二甲基氧化氨中的至少一种；所述盐选自水杨酸钠、氯化钠、对氯苯甲酸钠中的至少一种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.海藻酸钠
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SiO2多孔微球的制备：将正硅酸烷基酯、亲油乳化剂溶于有机溶剂中，得到油相；将海藻酸钠、致孔剂、亲水乳化剂溶于水中，得到水相；将水相和油相混合，经过快速膜乳化，滴加酸性金属离子溶液，搅拌反应，常温固化，离心，洗涤，干燥，得到海藻酸钠
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SiO2多孔微球；S2.磁性多孔微球的制备：将氯化铁、氯化亚铁溶于水中，加入步骤S1制得的海藻酸钠
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SiO2多孔微球，分散均匀，通入惰性气体除去氧气，加入氨水，反应后，磁性分离，洗涤，干燥，得到磁性多孔微球；S3.改性剂的制备：将多巴胺盐酸盐和硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，得到改性剂；所述硅烷偶联剂包括带有双键的硅烷偶联剂、带有巯基的硅烷偶联剂，质量比为5
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7:2；S4.改性磁性多孔微球的制备：将步骤S2制得的磁性多孔微球均匀分散在水中，加入步骤S3制得的改性剂，搅拌混合均匀后，加入催化剂，加热反应，磁性分离，洗涤，干燥，得到改性磁性多孔微球；S5.表面活性剂改性磁性多孔微球的制备：将复合表面活性剂溶于水中，加入步骤S4制得的改性磁性多孔微球，加热反应，磁性分离，洗涤，干燥，得到表面活性剂改性磁性多孔微球；所述复合表面活性剂包括阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，质量比为4
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7：3
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5；S6.疏水改性聚丙烯酰胺的合成：将乳化剂、石油醚混合均匀后，得到油相，将丙烯酰胺、3
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烯丙基
‑2‑
羟基
‑1‑
丙烷磺酸钠溶于水中，得到水相；将油相和水相混合均匀，加入丙烯酸十八酯和步骤S5制得的表面活性剂改性磁性多孔微球，乳化，通入惰性气体除去氧气，加入引发剂体系，搅拌反应，产物用乙醇洗涤，干燥，得到疏水改性聚丙烯酰胺；S7.压裂液用减阻剂的制备：将步骤S6制得的疏水改性聚丙烯酰胺、表面活性剂、盐混合均匀，制得压裂液用减阻剂；所述表面活性剂选自十六烷基三甲基氯化铵、烯醇基季铵盐、4
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苯乙烯磺酸钠、十二烷基二甲基氧化氨中的至少一种；所述盐选自水杨酸钠、氯化钠、对氯苯甲酸钠中的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述正硅酸烷基酯为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯；所述致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚、
十六烷基三甲基溴化铵、氧乙烯
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氧丙烯三嵌段共聚物PEO20
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PPO70
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PEO20、PEO106
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PPO70
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PEO106中的至少一种；所述快速膜的孔径为1
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3微米；所述酸性金属离子溶液为pH为5
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6的金属离子溶液；所述金属离子选自铁离子、钙离子、镁离子、铜离子中的至少一种；所述常温固化的时间为20
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30min；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋朋，陈志勇，张明军，王鹏程，许洪云，陈敏，牛庆富，
申请(专利权)人：广饶六合化工有限公司，
类型：发明
国别省市：