CN105086982A - 一种多组分滑溜水减阻剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多组分滑溜水减阻剂及其制备方法。该多组分滑溜水减阻剂由合成的含磺酸基的改性聚丙烯酰胺水溶性高分子的主成分和含表面活性剂的助溶成分复配而成，所述的主成分：助溶成分＝（7.5～8.5）:（1.5～2.5）重量份。本发明的多组分滑溜水减阻剂有极好的溶解性；极高的耐温性，耐温可达200℃；极强的抗剪切能力；极好的流动性，摩阻很小，减阻率可达90%；与储层流体及常用压裂液添加剂具有良好的配伍性；对井下工具及管柱具有极低的腐蚀性；应用广泛；成本低。

Description

一种多组分滑溜水减阻剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及油田化学技术领域，它是一种广泛应用于油田管道输送和非常规油气井储层压裂改造技术领域，具有减阻、降能耗功效的减阻剂配方。更具体地，本发明涉及一种多组分滑溜水减阻剂，本发明还涉及所述多组分滑溜水减阻剂的制备方法。

背景技术：

滑溜水减阻剂属于水基减阻剂，水基减阻剂在油田压裂、输送等各个方面都有广泛的应用。在滑溜水压裂过程中可以降低清水摩阻、降低泵压，利于压裂造缝，而在压裂、管道输送过程中可以通过降低摩阻，提高管道中流体的流速，提高开采和管道输送效率，同时减低能耗。

早期的水基管道减阻剂通常是一些水溶性高聚物成分，例如美国专利US4505827A，但是单纯的高聚物分子容易被循环泵剪切失去减阻性能。后来为了增强减阻剂的抗剪切能力，人们开发了表面活性剂减阻剂。在美国专利US20040069342A1、美国专利US5902784A和中国专利CN1850939中公开了两性表面活性剂与阴离子表面活性剂组成的一系列减阻剂配方。但是表面活性剂减阻剂存在成本高难以推广应用的缺点。

综合两种类型减阻剂的性能优势，同时基于我们对减阻剂的理论模拟计算研究，通过大量的试验，我们发明了一种多组分滑溜水减阻剂。综合了高分子减阻剂成本低和表面活性剂减阻剂抗剪切的优点。

发明内容：

本发明的目的之一是提供一种成本低，减阻效果好和具有良好的综合性能的多组分滑溜水减阻剂；目的之二是提供一种制备工艺简单的多组分滑溜水减阻剂的制备方法。

本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现：

该多组分滑溜水减阻剂由合成的含磺酸基的改性聚丙烯酰胺水溶性高分子的主成分和含表面活性剂的助溶成分复配而成，所述的主成分：助溶成分＝(7.5～8.5):(1.5～2.5)重量份。

本发明的目的之一还可通过如下技术措施来实现：

所述的主成分中含有丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和苯乙烯磺酸钠3种单体；所述的丙烯酰胺：N-乙烯基吡咯烷酮：苯乙烯磺酸钠＝(62.0～88.0)：(5.0～18.0)：(7.0～20.0)重量份。

所述的助溶成分中含有阳离子表面活性剂、尿素、烷基硫酸钠和有机盐；所述的阳离子表面活性剂：尿素：烷基硫酸钠：有机盐＝(17.0～39.0)：(21.0～30.0)：(22.0～29.0)：(18.0～24.0)重量份；所述的阳离子表面活性剂是十四烷基三甲基氯化铵或十四烷基三甲基溴化铵；所述的烷基硫酸钠是十六烷基硫酸钠或十二烷基硫酸钠；所述的有机盐是苯甲酸钠、苯甲酸钾、水杨酸钠或水杨酸钾。

本发明的目的之二可通过如下技术措施来实现：

多组分滑溜水减阻剂的制备方法按如下步骤进行：

a.先将180～230毫升重量浓度为0.3～0.8％的过硫酸铵溶液和15～25克丙烯酰胺加入反应容器中，然后缓慢通入氮气，搅拌下加热至反应容器内物质温度达到75～85℃；

b.取47.0～63.0克丙烯酰胺、5.0～18.0克N-乙烯基吡咯烷酮、7.0～20.0克苯乙烯磺酸钠加入反应容器中，再向反应容器中缓慢加入45～55毫升重量浓度为4.0～6.0％的过硫酸铵溶液，90～98℃下回流50～70分钟，然后将反应产物置于石油醚中沉淀；

c.将b步骤的沉淀物晾干，然后于40～60℃烘箱中烘至恒重，得主成分；

d.取17.0～39.0克阳离子表面活性剂、21.0～30.0克尿素、22.0～29.0克烷基硫酸钠和18.0～24.0克有机盐混匀，得助溶成分；

e.取c步骤的主成分和d步骤的助溶成分，按照主成分：助溶成分＝(7.5～8.5):(1.5～2.5)重量份配比混匀，得产品。

本发明的目的之二还可通过如下技术措施来实现：

多组分滑溜水减阻剂的制备方法按如下步骤进行：

a.先将200毫升重量浓度为0.5％的过硫酸铵溶液和20克丙烯酰胺加入反应容器中，然后缓慢通入氮气，搅拌下加热至反应容器内物质温度达到80℃；

b.取55克丙烯酰胺、11.5克N-乙烯基吡咯烷酮、13.5克苯乙烯磺酸钠加入反应容器中，再向反应容器中缓慢加入55毫升重量浓度为5.0％的过硫酸铵溶液，95℃下回流60分钟，然后将反应产物置于石油醚中沉淀；

c.将b步骤的沉淀物晾干，然后于50℃烘箱中烘至恒重，得主成分；

d.取28.0克阳离子表面活性剂、25.0克尿素、25.0克烷基硫酸钠和21.0克有机盐混匀，得助溶成分；

e.取c步骤的主成分和d步骤的助溶成分，按照主成分：助溶成分＝8.0:2.0重量份配比混匀，得产品。由实验对比得之，按照该制备方法制得的产品成本最低，减阻效果和综合性能最好。

减阻剂包括减阻剂主成分和减阻剂助溶成分两部分。减阻剂主成分和减阻剂助溶成分均具有减阻能力。复配之后，表面活性剂成分在溶解时可以吸附在高分子长链上，阻止了高分子链的缠结，因此复配后不仅仅可以提高减阻剂的溶解速度，同时总体的减阻能力得到了增强。助溶剂成分中的阳离子表面活性剂成分与其中的有机盐则可以自组装成蠕虫状的网状胶束。这种自组装形成的网状胶束与高分子链混合编织在一起，在受到剪切破坏后，可以通过分子间作用力快速的自我修复，因而抗剪切能力优于单一的水溶性高聚物减阻剂。同时复配后的减阻剂成本低于单纯的表面活性剂减阻剂。

所述的使用方法为直接将重量份数为0.06％的减阻剂溶解于水中，最佳湍流减阻效果可达到90％。

本发明的多组分滑溜水减阻剂有高效减阻的优点，仅需要很少的添加比例就可以达到很好的减阻效果，重量份数为0.06％的减阻剂溶解于水中，可以达到90％的湍流减阻效果；本发明的多组分滑溜水减阻剂有速溶的特点，配制600ppm的减阻剂水溶液，10分钟之内即可溶解完全；本发明的多组分滑溜水减阻剂有抗剪切能力强的特点，140℃下，170S-1连续剪切60min，减阻剂的减阻效率下降不到10％，仍可以保持80％以上的高减阻效率；本发明的多组分滑溜水减阻剂适用的温度范围广，为5℃-200℃；本发明的多组分滑溜水减阻剂有抗盐的特点，可以适用于高盐环境下的水力输送，在50000ppm的氯化钾盐水中，质量分数为0.06％的减阻剂添加量，仍可保持80％以上的减阻效率；本发明的多组分滑溜水减阻剂有良好的综合性能。

总之，本发明的多组分滑溜水减阻剂有极好的溶解性；极高的耐温性，耐温可达200℃；极强的抗剪切能力；极好的流动性，摩阻很小，减阻率可达90％；与储层流体及常用压裂液添加剂具有良好的配伍性；对井下工具及管柱具有极低的腐蚀性；应用广泛；成本低。

具体实施方式：

实施例1：

一种多组分滑溜水减阻剂的制备方法按如下步骤进行：

a.先将180毫升重量浓度为0.8％的过硫酸铵溶液和15克丙烯酰胺加入反应容器中，然后缓慢通入氮气，搅拌下加热至反应容器内物质温度达到85℃；

b.取47.0克丙烯酰胺、18.0克N-乙烯基吡咯烷酮、7.0克苯乙烯磺酸钠加入反应容器中，再向反应容器中缓慢加入55毫升重量浓度为4.0％的过硫酸铵溶液，98℃下回流50分钟，然后将反应产物置于石油醚中沉淀；

c.将b步骤的沉淀物晾干，然后于60℃烘箱中烘至恒重，得主成分；

d.取17.0克十四烷基三甲基氯化铵、30.0克尿素、22.0克十六烷基硫酸钠和24.0克苯甲酸钠混匀，得助溶成分；

e.取c步骤的主成分和d步骤的助溶成分，按照主成分：助溶成分＝7.5:2.5重量份配比混匀，得产品。

实施例2：

一种多组分滑溜水减阻剂的制备方法按如下步骤进行：

a.先将230毫升重量浓度为0.3％的过硫酸铵溶液和25克丙烯酰胺加入反应容器中，然后缓慢通入氮气，搅拌下加热至反应容器内物质温度达到75℃；

b.取63.0克丙烯酰胺、5.0克N-乙烯基吡咯烷酮、20.0克苯乙烯磺酸钠加入反应容器中，再向反应容器中缓慢加入45毫升重量浓度为6.0％的过硫酸铵溶液，90℃下回流70分钟，然后将反应产物置于石油醚中沉淀；

c.将b步骤的沉淀物晾干，然后于40℃烘箱中烘至恒重，得主成分；

d.取39.0克十四烷基三甲基氯化铵、21.0克尿素、29.0克十六烷基硫酸钠和18.0克苯甲酸钠混匀，得助溶成分；

e.取c步骤的主成分和d步骤的助溶成分，按照主成分：助溶成分＝8.5:1.5重量份配比混匀，得产品。

实施例3：

一种多组分滑溜水减阻剂的制备方法按如下步骤进行：

a.先将200毫升重量浓度为0.5％的过硫酸铵溶液和20克丙烯酰胺加入反应容器中，然后缓慢通入氮气，搅拌下加热至反应容器内物质温度达到80℃；

b.取55克丙烯酰胺、11.5克N-乙烯基吡咯烷酮、13.5克苯乙烯磺酸钠加入反应容器中，再向反应容器中缓慢加入55毫升重量浓度为5.0％的过硫酸铵溶液，95℃下回流60分钟，然后将反应产物置于石油醚中沉淀；

c.将b步骤的沉淀物晾干，然后于50℃烘箱中烘至恒重，得主成分；

d.取28.0克十四烷基三甲基氯化铵、25.0克尿素、25.0克十六烷基硫酸钠和21.0克苯甲酸钠混匀，得助溶成分；

e.取c步骤的主成分和d步骤的助溶成分，按照主成分：助溶成分＝8.0:2.0重量份配比混匀，得产品。

实施例4：

用十四烷基三甲基溴化铵取代十四烷基三甲基氯化铵，其余分别同实施例1-3。实施例5：

用十二烷基硫酸钠取代十六烷基硫酸钠，其余分别同实施例1-4。

实施例6：

用苯甲酸钾取代苯甲酸钠，其余分别同实施例1-4。

实施例7：

用水杨酸钠取代苯甲酸钠，其余分别同实施例1-4。

实施例8：

用水杨酸钾取代苯甲酸钠，其余分别同实施例1-4。

Claims (10)

1.一种多组分滑溜水减阻剂，其特征在于它由合成的含磺酸基的改性聚丙烯酰胺水溶性高分子主成分和含表面活性剂的助溶成分复配而成，所述的主成分：助溶成分＝(7.5～8.5):(1.5～2.5)重量份。

2.根据权利要求1所述的一种多组分滑溜水减阻剂，其特征在于所述的主成分中含有丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和苯乙烯磺酸钠3种单体。

3.根据权利要求2所述的一种多组分滑溜水减阻剂，其特征在于所述的丙烯酰胺：N-乙烯基吡咯烷酮：苯乙烯磺酸钠＝(62.0～88.0)：(5.0～18.0)：(7.0～20.0)重量份。

4.根据权利要求1所述的一种多组分滑溜水减阻剂，其特征在于所述的助溶成分中含有阳离子表面活性剂、尿素、烷基硫酸钠和有机盐。

5.根据权利要求4所述的一种多组分滑溜水减阻剂，其特征在于所述的阳离子表面活性剂：尿素：烷基硫酸钠：有机盐＝(17.0～39.0)：(21.0～30.0)：(22.0～29.0)：(18.0～24.0)重量份。

6.根据权利要求4或5所述的一种多组分滑溜水减阻剂，其特征在于所述的阳离子表面活性剂是十四烷基三甲基氯化铵或十四烷基三甲基溴化铵。

7.根据权利要求4或5所述的一种多组分滑溜水减阻剂，其特征在于所述的烷基硫酸钠是十六烷基硫酸钠或十二烷基硫酸钠。

8.根据权利要求4或5所述的一种多组分滑溜水减阻剂，其特征在于所述的有机盐是苯甲酸钠、苯甲酸钾、水杨酸钠或水杨酸钾。

9.一种权利要求1所述的多组分滑溜水减阻剂的制备方法，其特征在于该制备方法按如下步骤进行：

a.先将180～230毫升重量浓度为0.3～0.8％的过硫酸铵溶液和15～25克丙烯酰胺加入反应容器中，然后缓慢通入氮气，搅拌下加热至反应容器内物质温度达到75～85℃；

b.取47.0～63.0克丙烯酰胺、5.0～18.0克N-乙烯基吡咯烷酮、7.0～20.0克苯乙烯磺酸钠加入反应容器中，再向反应容器中缓慢加入45～55毫升重量浓度为4.0～6.0％的过硫酸铵溶液，90～98℃下回流50～70分钟，然后将反应产物置于石油醚中沉淀；

c.将b步骤的沉淀物晾干，然后于40～60℃烘箱中烘至恒重，得主成分；

d.取17.0～39.0克阳离子表面活性剂、21.0～30.0克尿素、22.0～29.0克烷基硫酸钠和18.0～24.0克有机盐混匀，得助溶成分；

e.取c步骤的主成分和d步骤的助溶成分，按照主成分：助溶成分＝(7.5～8.5):(1.5～2.5)重量份配比混匀，得产品。

10.根据权利要求9所述的一种多组分滑溜水减阻剂的制备方法，其特征在于：

a.先将200毫升重量浓度为0.5％的过硫酸铵溶液和20克丙烯酰胺加入反应容器中，然后缓慢通入氮气，搅拌下加热至反应容器内物质温度达到80℃；

b.取55克丙烯酰胺、11.5克N-乙烯基吡咯烷酮、13.5克苯乙烯磺酸钠加入反应容器中，再向反应容器中缓慢加入55毫升重量浓度为5.0％的过硫酸铵溶液，95℃下回流60分钟，然后将反应产物置于石油醚中沉淀；

c.将b步骤的沉淀物晾干，然后于50℃烘箱中烘至恒重，得主成分；

d.取28.0克阳离子表面活性剂、25.0克尿素、25.0克烷基硫酸钠和21.0克有机盐混匀，得助溶成分；

e.取c步骤的主成分和d步骤的助溶成分，按照主成分：助溶成分＝8.0:2.0重量份配比混匀，得产品。