一种减阻剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种减阻剂及其制备方法和应用。该减阻剂含有丙烯酰胺单体结构单元、阴离子单体结构单元、非离子单体结构单元、支化单体结构单元、活性单体结构单元，以及任选的阳离子单体结构单元，其中，所述支化单体结构单元选自式(I)和式(II)所示的结构单元中的一种或多种，其中，所述活性单体结构单元选自式(III)、式(IV)、式(V)和式(VI)所示的结构单元中的一种或多种。本发明专利技术的乳液型减阻剂具有优异的减阻率，且溶解速度快。且溶解速度快。且溶解速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种减阻剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于压裂液领域，具体涉及一种减阻剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]作为油气藏地层改造的重要措施，压裂得到迅速发展和广泛应用，增效显著，压裂液中最主要的两个部分分别为稠化剂和减阻剂，其中稠化剂以天然高分子瓜尔胶和合成聚丙烯酰胺为主，而减阻剂主要以合成聚丙烯酰胺为主。
[0003]目前用量最大的合成聚丙烯酰胺类减阻剂主要是干粉状的聚丙烯酰胺，但由于干粉状的聚合物需要专门的配制设备，溶解工艺复杂，容易结块吸潮，无法实现在线注入，溶解时间长也影响压裂施工。
[0004]1948年Toms在研究聚甲基丙烯酸甲酯溶液的流动时发现了聚合物对湍流的抑制能力，研究认为聚合物减阻主要是由于柔性的聚合物分子可以降低湍流的发生频率，并且分子链受到剪切时，可将能量存储，变形恢复时将能量释放出来。近年来的研究显示，聚合物分子可以降低径向的湍流频率和强度，但却会增加流动方向上的湍流强度，证实聚合物分子实际并不是抑制湍流，而是改变了湍流的结构。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种减阻剂及其制备方法和应用。本专利技术的乳液型减阻剂具有优异的减阻率，且溶解速度快。
[0006]为此，本专利技术的第一个方面提供了一种减阻剂，该减阻剂含有丙烯酰胺单体结构单元、阴离子单体结构单元、非离子单体结构单元、支化单体结构单元、活性单体结构单元，以及任选的阳离子单体结构单元，
[0007]其中，所述支化单体结构单元选自式(I)和式(II)所示的结构单元中的一种或多种，
[0008]其中，所述活性单体结构单元选自式(III)、式(IV)、式(V)和式(VI)所示的结构单元中的一种或多种，
或-NH-；M-选自氟离子、氯离子、溴离子或碘离子。
[0011]本专利技术第二个方面提供了一种减阻剂的制备方法，包括：
[0012]a)将丙烯酰胺单体、阴离子单体、非离子单体、支化单体、活性单体、助溶剂和溶剂，以及任选的阳离子单体，进行混合，调节pH值至5～10，得到水溶液I；
[0013]b)将乳化剂溶解于油溶剂中，得到油溶液II；
[0014]c)将氧化剂与引发剂混合，得到水溶液III，并与步骤a)所得的水溶液I混合，然后与步骤b)所得的油溶液II混合，并乳化，得到乳液；
[0015]d)将所述乳液与含有还原剂的溶液混合，并进行氧化还原反应，再与转相剂混合；
[0016]其中，所述支化单体结构单元选自式(VII)和式(VIII)所示的结构单元中的一种或多种，
[0017]其中，所述活性单体结构单元选自式(IX)、式(X)、式(XI)和式(XII)所示的结构单元中的一种或多种，
[0018][0019][0020]其中，各R
’
相同或不同，分别独立的选自氢原子或甲基；各R1相同或不同，分别独立的选自氢原子或C1～C
28
的烃基；各R2、R3和R4相同或不同，分别独立的选自C1～C
28
的烃基；R5选自氢原子、氨基、羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、巯基或卤素；各a、b相同或不同，分别独立的为0～40，且a、b链段位置可调换；各X相同或不同，分别独立的选自酯基、酰胺基、亚甲基、氧原子、-CH
2-O-或-NH-；Y和Z分别独立的选自酯基、酰胺基、亚甲基、氧原子、-CH
2-O-或-NH-；M-选自氟离子、氯离子、溴离子或碘离子。
[0021]本专利技术第三个方面提供了上述的方法制备的减阻剂。
[0022]本专利技术第四个方面提供了上述的减阻剂和/或根据上述的方法制备的减阻剂在压裂工艺中的应用。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本专利技术，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本专利技术的应用范围。
[0024]如前所述，现有的干粉状减阻剂溶解工艺复杂，不满足大排量下压裂现场施工需求的问题，而现有的乳液型减阻剂又存在减阻率低的问题。目前需要研究开发一种具有优异减阻能力、在盐水中能够快速溶解的乳液型减阻剂。
[0025]本专利技术的第一个方面提供了一种减阻剂，该减阻剂含有丙烯酰胺单体结构单元、阴离子单体结构单元、非离子单体结构单元、支化单体结构单元、活性单体结构单元，以及任选的阳离子单体结构单元，
[0026]其中，所述支化单体结构单元选自式(I)和式(II)所示的结构单元中的一种或多种，
[0027]其中，所述活性单体结构单元选自式(III)、式(IV)、式(V)和式(VI)所示的结构单元中的一种或多种，
[0028][0029][0030]其中，各R
’
相同或不同，分别独立的选自氢原子或甲基；各R1相同或不同，分别独立的选自氢原子或C1～C
28
的烃基；各R2、R3和R4相同或不同，分别独立的选自C1～C
28
的烃基；
R5选自氢原子、氨基、羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、巯基或卤素；各a、b相同或不同，分别独立的为0～40，且a、b链段位置可调换；各X相同或不同，分别独立的选自酯基、酰胺基、亚甲基、氧原子、-CH
2-O-或-NH-；Y和Z分别独立的选自酯基、酰胺基、亚甲基、氧原子、-CH
2-O-或-NH-；M-选自氟离子、氯离子、溴离子或碘离子。
[0031]在本专利技术中，在(II)、式(IV)和式(V)中，优选地，a和b不同时为0。例如在式(II)中，a和b不同时为0。
[0032]在本专利技术中，a、b链段位置可调换是指式(II)、式(IV)、式(V)、式(VIII)、式(X)和式(XI)中的a链段位置与b链段位置可以调换，
[0033]例如，式(II)可以为：
[0034][0035]再例如，式(IV)可以为：
[0036][0037]再例如，式(V)可以为：
[0038][0039]在本专利技术中，式(I)和式(II)所示的结构单元中，各R
’
、X可以相同或不同。
[0040]在本专利技术中，式(III)、式(IV)、式(V)和式(VI)所示的结构单元中，各R1、R2、R3和R4可以相同或不同。
[0041]在本专利技术中，式(II)、式(IV)和式(V)中的a和b可以相同或不同。
[0042]根据本专利技术的优选实施方式，各R1分别独立的选自氢原子、C6～C
18
的烷基或C6～C
18
的芳香基；各R2、R3和R4分别独立的选自C6～C
18
的烷基或C6～C
18
的芳香基；a、b分别独立的为3～14。
[0043]根据本专利技术的优选实施方式，在减阻剂中，丙烯酰胺单体结构单元的含量为25～75重量份、阴离子单体结构单元的含量为0.1～25重量份、非离子单体结构单元的含量为0.1～15重量份、支化单体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减阻剂，该减阻剂含有丙烯酰胺单体结构单元、阴离子单体结构单元、非离子单体结构单元、支化单体结构单元、活性单体结构单元，以及任选的阳离子单体结构单元，其中，所述支化单体结构单元选自式(I)和式(II)所示的结构单元中的一种或多种，其中，所述活性单体结构单元选自式(III)、式(IV)、式(V)和式(VI)所示的结构单元中的一种或多种，其中，各R
’
相同或不同，分别独立的选自氢原子或甲基；各R1相同或不同，分别独立的选自氢原子或C1～C
28
的烃基；各R2、R3和R4相同或不同，分别独立的选自C1～C
28
的烃基；R5选自氢原子、氨基、羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、巯基或卤素；各a、b相同或不同，分别独立的为0～40，且a、b链段位置可调换；各X相同或不同，分别独立的选自酯基、酰胺基、亚甲基、氧原子、-CH
2-O-或-NH-；Y和Z分别独立的选自酯基、酰胺基、亚甲基、氧原子、-CH
2-O-或-NH-；M-选自氟离子、氯离子、溴离子或碘离子。2.根据权利要求1所述的减阻剂，其特征在于，各R1分别独立的选自氢原子、C6～C
18
的烷
基或C6～C
18
的芳香基；各R2、R3和R4分别独立的选自C6～C
18
的烷基或C6～C
18
的芳香基；a、b分别独立的为3～14。3.根据权利要求1或2所述的减阻剂，其特征在于，在减阻剂中，丙烯酰胺单体结构单元的含量为25～75重量份、阴离子单体结构单元的含量为0.1～25重量份、非离子单体结构单元的含量为0.1～15重量份、支化单体结构单元的含量为0.001～0.2重量份、活性单体结构单元的含量为0.001～5重量份、阳离子单体结构单元的含量为0～15重量份；优选地，所述阴离子单体结构单元为衍生自阴离子单体的结构单元，其中，所述阴离子单体选自丙烯酸、丙烯酸的碱金属盐、丙烯酸的铵盐、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸的碱金属盐、甲基丙烯酸的铵盐、乙烯基磺酸、乙烯基磺酸的碱金属盐、乙烯基磺酸的铵盐、对乙烯基苯磺酸、对乙烯基苯磺酸的碱金属盐、对乙烯基苯磺酸的铵盐、马来酸、马来酸的碱金属盐、马来酸的铵盐、富马酸、富马酸的碱金属盐、富马酸的铵盐、乙烯基苯磺酸、乙烯基苯磺酸的碱金属盐、乙烯基苯磺酸的铵盐、烯丙基磺酸、烯丙基磺酸的碱金属盐、烯丙基磺酸的铵盐、烯丙基苯磺酸、烯丙基苯磺酸的碱金属盐、烯丙基苯磺酸的铵盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的碱金属盐和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的铵盐中的一种或多种；优选地，所述非离子单体结构单元为衍生自非离子单体的结构单元，其中，所述非离子单体选自甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种；优选地，所述阳离子单体结构单元为衍生自阳离子单体的结构单元，其中，所述阳离子单体选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基三甲基氯化铵、二甲基乙基烯丙基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、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、环氧丙基三甲基氯化铵、环氧丙基苄基三甲基氯化铵、环氧丙基乙氧基三甲基氯化铵和环氧丙基-三甲基氯化铵封端聚乙二醇中的一种或多种。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的减阻剂，其特征在于，所述减阻剂的重均分子量为800万～1500万，优选为1000万～1200万；分子量分布为0.15～0.8。5.一种减阻剂的制备方法，包括：a)将丙烯酰胺单体、阴离子单体、非离子单体、支化单体、活性单体、助溶剂和溶剂，以及任选的阳离子单体，进行混合，调节pH值至5～10，得到水溶液I；b)将乳化剂溶解于油溶剂中，得到油溶液II；c)将氧化剂与引发剂混合，得到水溶液III，并与步骤a)所得的水溶液I混合，然后与步骤b)所得的油溶液II混合，并乳化，得到乳液；d)将所述乳液与含有还原剂的溶液混合，并进行氧化还原反应，再与转相剂混合；其中，所述支化单体结构单元选自式(VII)和式(VIII)所示的结构单元中的一种或多种，其中，所述活性单体结构单元选自式(IX)、式(X)、式(XI)和式(XII)所示的结构单元中的一种或多种，
其中，各R
’
相同或不同，分别独立的选自氢原子或甲基；各R1相同或不同，分别独立的选自氢原子或C1～C
28
的烃基；各R2、R3和R4相同或不同，分别独立的选自C1～C
28
的烃基；R5选自氢原子、氨基、羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、巯基或卤素；各a、b相同或不同，分别独立的为0～40，且a、b链段位置可调换；各X相同或不同，分别独立的选自酯基、酰胺基、亚甲基、氧原子、-CH
2-O-或-NH-；Y和Z分别独立的选自酯基、酰胺基、亚甲基、氧原子、-CH
2-O-或-NH-；M-选自氟离子、氯离子、溴离子或碘离子。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，各R1分别独立的选自氢原子、C6～C
18
的烷基或C6～C
18
的芳香...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏智青，李应成，沙鸥，夏燕敏，孙慧，许汇，王兰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：