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CN106496389B - 一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩体系 - Google Patents

一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩体系 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩体系。该浓缩体系是通过在合成高分子反相乳液减阻剂的过程中，在“油包水”反相乳液聚合中用于溶解水溶性单体的水相中，引入水溶性的高性能氟碳表面活性剂和季铵盐粘土稳定剂实现减阻、助排和粘土的稳定。高分子反相乳液减阻剂可以是普通水溶高分子减阻剂，也可以是通过疏水或含氟改性的降低了分子间以及分子与储层之间摩擦系数的水溶性低伤害减阻剂。

Description

一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩 体系
技术领域
本发明涉及一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩体系，属油气田工程化学应用技术领域。
背景技术
随着页岩油气的广泛勘探和开发，以提高储层渗透率为目的的滑溜水压裂受到越来越广泛的关注。滑溜水是指在清水或盐水中分别加入少量减阻剂、助排剂和粘土稳定剂等的工作液。在压裂施工过程中，这种工作液以高压快速的方式注入地下，压裂油气储层，提高渗透率，从而增加油气产能。
目前的滑溜水压裂现场同时存放多种不同类别的化学剂包括减阻剂，助排剂和粘土稳定剂等。这些不同的化学剂可能是固体或液体，并分别以不同的包装形式在压裂施工前或者压裂施工过程中运送到施工现场。液体转移存放在现场的各种液罐中，固体存放在有适当防雨措施的专门区域，并于施工过程中由人工投放到混配车中与其他试剂在水中汇合生成滑溜水压裂液。
页岩油气田往往处于交通不发达地点比如山区，而且压裂现场需要同时使用多种不同的化学试剂混合配制成滑溜水后才能进行压裂施工。这样就导致了多方面的问题：1）首先，多种化学品运到交通不便利的山区增加运输成本和风险；2）压裂现场必须使用多个液罐或有专门区域存放这些可能不相容的化学品，占据大量场地；3）使用多个管道，低压管汇、高压管汇等同时添加多种试剂，浪费了大量的人力物力，增加了操作多种化学品给人员带来的人身安全问题，增加了操作失误风险。因此，开发出一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的滑溜水浓缩体系可以解决上述问题，降低运输、储存、施工成本，使得安全隐患、施工失误概率最小化。因此该方面的创新具有非常大的吸引力，是本领域技术人员的共同期待和努力方向。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有滑溜水压裂要在现场使用多种体积庞大的固体、液体化学助剂，压裂现场必须使用多个液罐或有专门区域存放这些化学品，占据大量场地，并且分别添加时增加操作人员的人身安全问题的不足，提供一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩体系，达到现场施工过程中只要一个罐，一个管线、一个泵直接按照0.01-1.0%的所需比例加入水中即可，大大减小了施工风险，降低了施工成本。
该浓缩体系是通过在合成高分子反相乳液减阻剂的过程中，往“W/O”“油包水”反相乳液聚合中用于溶解水溶性单体的水相中，加入少量固体、水溶性的高性能氟碳表面活性剂（做为助排剂，降低表界面张力）和少量固体、水溶性的高性能含有季铵离子的小分子或大分子粘土稳定剂来实现减阻、助排和粘土稳定的“三合一”。少量的、小体积的、特选的高性能不含碳碳双键的氟碳表面活性剂和季铵盐离子粘土稳定剂不参与减阻剂大分子的聚合过程，但是在聚合后与生成的减阻剂大分子同时存在于反相乳液体系中。高分子反相乳液减阻剂可以是普通水溶性高分子减阻剂，也可以是通过疏水和含氟改性的可降低分子间以及分子与储层摩擦系数的水溶性低伤害减阻剂。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩体系，其特征在于：它由水相A分散到油相B中形成反相乳液，该反相乳液在升温的条件下，通过引发反相乳液聚合获得；
所述的水相A包含水溶性单体A1、水溶性氟碳表面活性剂A2、水溶性季铵盐粘土稳定剂A3和水A4，所述的油相B包含油溶性分散剂/表面活性剂B1、油溶性自由基引发剂B2和做为分散介质的疏水溶剂B3；
上述各组分占反应体系总重量百分比为：
水溶性单体A1： 5.0-30.0%；
水溶性氟碳表面活性剂A2： 0.1-5.0%；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3： 0.1-15.0%；
水A4： 5.0-35.0%；
油溶性分散剂/表面活性剂B1： 0.1-5.0%；
油溶性自由基引发剂B2： 0.000001-0.100%；
疏水溶剂B3 余量。
所述的水溶性单体A1为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯、乙氧基化-2-羟乙基甲基丙烯酸酯、羟甲基苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰基二甲氨基乙酯氯甲烷盐、丙烯酰基二甲氨基乙酯氯甲烷盐、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酸钾、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸钾、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钾中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
所述的氟碳表面活性剂A2为包含全氟辛酸，全氟辛酸锂，全氟辛酸钠，全氟辛酸钾，全氟辛酸铵，全氟辛烷磺酸，全氟辛烷磺酸锂，全氟辛烷磺酸钠，全氟辛烷磺酸钾的水溶性阴离子氟碳表面活性剂、水溶性阳离子氟碳表面活性剂、水溶性非离子氟碳表面活性剂、水溶性两性离子氟碳表面活性剂以及水溶性双子氟碳表面活性剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的季铵盐粘土稳定剂A3为包含四甲基氯化铵，氯化胆碱，丁基三甲基氯化铵、辛基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵，聚二甲基二烯丙基氯化铵的水溶性季铵盐粘土稳定剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的油溶性分散剂/表面活性剂B1为包含山梨酸酐、烷基酚聚乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、油酸二乙醇酰胺、聚乙二醇月桂酸酯、聚山梨酯的油溶性分散剂/表面活性剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的油溶性自由基引发剂B2为包含偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈的油溶性自由基引发剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的疏水溶剂B3为包含环烷油，基础油、矿物油、柴油的疏水溶剂中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
以上所述的减阻剂大分子完全由水溶性单体聚合生成。
另外，减阻剂大分子可以是分子骨架上带有疏水单体单元或含氟单体单元的经过疏水或者含氟改性的水溶性减阻剂大分子。在以上所述的原有组分不变的技术方案的基础上，可在体系的水相A中引入互溶剂A5和疏水单体A6，或者引入互溶剂A5和含氟单体A7；这样生成的聚合物减阻剂分子骨架上可以带有疏水单体单元或含氟单体单元；通过疏水或含氟改性的减阻剂大分子可以降低分子间以及分子与储层间摩擦系数，进而降低其对于储层渗透率的伤害；
所述的互溶剂A5为包含乙二醇单丁醚、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜的醇、醛、酮、醚及其衍生物中的一种或两种以上的互溶剂的任意比例的混合物；
所述的疏水单体A6为包含丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯和苯乙烯的疏水单体的一种或两种以上的任意比例的混合物；
所述的含氟单体A7为包含五氟苯基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯、1H,1H,3H-六氟丁基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、全氟癸基丙烯酸酯的含氟单体中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩体系保留了原有减阻剂的减阻性能，在水力压裂中使用可以达到70%的减阻效率。同时，氟碳表面活性剂和季铵盐粘土稳定剂的引入使体系同时具有助排和粘土稳定剂的功能，可实现表面张力30mN/m以下，界面张力3.0mN/m以下，粘土防膨70%以上。做为一种滑溜水浓缩体系，在现场施工过程中只要一个罐，一个管线、一个泵直接按照0.01-1.0%的所需比例加入水中即可。大大减小了施工风险，降低了施工成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例以制取100千克兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩液为例。
实施例1：
按下述各组分的重量称取原料：
水溶性单体A1： 丙烯酰胺5.0千克；
水溶性氟碳表面活性剂A2: 全氟辛酸钠0.2千克；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3: 氯化胆碱1.0千克；
水A4: 水20.0千克;
油溶性分散剂/表面活性剂B1: 山梨酸酐0.2千克；
油溶性自由基引发剂B2: 偶氮二异丁腈0.00010千克；
疏水溶剂B3： 矿物油73.5999千克。
将上述的A1、A2、A3、A4在机械搅拌条件下生成水相A。将上述的B1、B2、B3在机械搅拌条件下生成油相B。将水相A在油相B快速机械搅拌的条件下加入到油相B中，先混合生成反相乳液，然后升温到60-80℃引发棸合，聚合完全后的体系为兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩液。
实施例2：
按下述各组分的重量称取原料：
水溶性单体A1： 醋酸乙烯酯1.0千克，丙烯酰胺4.0千克；
水溶性氟碳表面活性剂A2： 全氟辛酸钠0.2千克；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3： 氯化胆碱1.0千克；
互溶剂A5： 乙二醇单丁醚3.0千克；
疏水单体A6： 丙烯酸丁酯0.10千克；
水A4: 水20.0千克;
油溶性分散剂/表面活性剂B1: 山梨酸酐0.30千克；
油溶性自由基引发剂B2: 偶氮二异丁腈0.00020千克；
疏水溶剂B3： 矿物油70.3998千克。
上述A1、A2、A3、A5、A6与A4在机械搅拌条件下混合后为水相A。B1，B2，B3在机械搅拌条件下混合后为油相B。将水相A在油相B快速机械搅拌的条件下加入到油相B中，先混合生成反相乳液，然后升温到60-80℃引发自由基聚合，聚合完全后的体系为疏水改性的兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩液。
实施例3：
按下述各组分的重量称取原料：
水溶性单体A1： 丙烯酸钠1.0千克，丙烯酰胺5.0千克；
水溶性氟碳表面活性剂A2: 全氟辛酸钠0.20千克；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3: 氯化胆碱1.50千克；
互溶剂A5： 乙二醇单丁醚3.50千克；
含氟单体A7： 五氟苯基丙烯酸酯0.10千克；
水A4: 水20.0千克;
油溶性分散剂/表面活性剂B1: 山梨酸酐0.3千克；
油溶性自由基引发剂B2: 偶氮二异丁腈0.00020千克；
疏水溶剂B3： 矿物油68.3998千克。
上述A1、A2、A3、A5、A7和A4在机械搅拌条件下混合后为水相A。B1，B2，B3在机械搅拌条件下混合后为油相B。将水相A在油相B快速机械搅拌的条件下加入到油相B中，先混合生成反相乳液，然后升温到60-80℃引发自由基聚合，聚合完全后的体系为含氟改性的兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩液。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩物，其特征在于：它由水相A分散到油相B中形成反相乳液，该反相乳液在升温的条件下，通过引发反相乳液聚合获得；
所述的水相A包含水溶性单体A1、水溶性氟碳表面活性剂A2、水溶性季铵盐粘土稳定剂A3和水A4，所述的油相B包含油溶性表面活性剂B1、油溶性自由基引发剂B2和做为分散介质的疏水溶剂B3；
上述各组分占反应体系总重量百分比为：
水溶性单体A1： 5.0-30.0%；
水溶性氟碳表面活性剂A2： 0.1-5.0%；
水溶性季铵盐粘土稳定剂A3： 0.1-15.0%；
水A4： 5.0-35.0%；
油溶性表面活性剂B1： 0.1-5.0%；
油溶性自由基引发剂B2： 0.000001-0.100%；
疏水溶剂B3 余量。
2.根据权利要求1所述的一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩物，其特征在于：所述的水溶性单体A1为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯、乙氧基化-2-羟乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰基二甲氨基乙酯氯甲烷盐、丙烯酰基二甲氨基乙酯氯甲烷盐、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酸钾、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸钾、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钾中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩物，其特征在于：所述的氟碳表面活性剂A2为包含全氟辛酸，全氟辛酸锂，全氟辛酸钠，全氟辛酸钾，全氟辛酸铵，全氟辛烷磺酸，全氟辛烷磺酸锂，全氟辛烷磺酸钠的水溶性阴离子氟碳表面活性剂、水溶性阳离子氟碳表面活性剂、水溶性非离子氟碳表面活性剂、水溶性两性离子氟碳表面活性剂以及水溶性双子氟碳表面活性剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩物，其特征在于：所述的季铵盐粘土稳定剂A3为包含四甲基氯化铵，氯化胆碱，丁基三甲基氯化铵、辛基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵，聚二甲基二烯丙基氯化铵的水溶性季铵盐粘土稳定剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩物，其特征在于：所述的油溶性表面活性剂B1为包含山梨酸酐、烷基酚聚乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、油酸二乙醇酰胺、聚乙二醇月桂酸酯、聚山梨酯的油溶性分散剂/表面活性剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩物，其特征在于：所述的油溶性自由基引发剂B2为包含偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈的油溶性自由基引发剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩物，其特征在于：所述的疏水溶剂B3为包含环烷油，基础油、柴油的疏水溶剂中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种兼具减阻、助排和粘土稳定功能的反相乳液滑溜水浓缩物，其特征在于：在以上所述组分的基础上，可在水相A中引入互溶剂A5和疏水单体A6或者互溶剂A5和含氟单体A7；这样生成的聚合物减阻剂分子骨架上可以带有疏水单体单元或含氟单体单元；通过疏水或含氟改性的减阻剂大分子可以降低分子间以及分子与储层间摩擦系数，进而降低其对于储层渗透率的伤害；
所述的互溶剂A5为包含乙二醇单丁醚、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜的互溶剂中的一种或两种以上的任意比例的混合物；
所述的疏水单体A6为包含丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯和苯乙烯的疏水单体中的一种或两种以上的任意比例的混合物；
所述的含氟单体A7为包含五氟苯基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯、1H,1H,3H-六氟丁基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、全氟癸基丙烯酸酯的含氟单体中的一种或两种以上的任意比例的混合物。
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