[发明专利]一种页岩气压裂用减阻剂及其制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及石油天然气开采领域，特别是涉及一种页岩气压裂用减阻剂及其制备方法。

背景技术

页岩气是潜力非常巨大的非常规天然气资源，引发了石油工业的一场革命。页岩气开发通常使用滑溜水进行压裂，一口页岩气水平井滑溜水使用量高达数万方，压裂后滑溜水的处理成为一个突出的问题，既环保又经济的添加剂的研发是解决问题的关键。

由于页岩气压裂时的液体排量很大，必须在清水中加入一定量的减阻剂如羟丙基胍胶、聚丙烯酰胺等，用来降低液体在管路中的摩阻，提高施工效果。为了增强溶解性和分散性，通常将减阻剂制作成以矿物油为外相的悬浮液，矿物油的使用大大增加了返排液的处理难度。常用的羟丙基胍胶减阻剂是一种半乳甘露聚糖，容易被微生物降解，因此滑溜水中通常还需要加入一定量的杀菌剂。杀菌剂的使用，造成了更加严重的环境问题，使返排液的处理更加复杂。

用于降低流体流动阻力的化学试剂通常被称为减阻剂，一般可分为表面活性剂、纤维素和高分子聚合物三类。公开号为CN1850939A的专利报道了一种油井用水溶性减阻剂的合成方法，该减阻剂通过抑制油井中腊的析出，可以应用于原油采输过程中，降低原油在井筒中的流动阻力。公开号为CN1487985的专利报道了一种表面活性剂类的减阻剂，这是一种水溶性的表面活性剂，具有良好的抗剪切能力，可以应用于供热等循环水领域。但表面活性剂减阻剂通常需要在临界胶束浓度以上使用，因而使用浓度较高，应用受到限制。公开号为CN101886740A的专利报道了一种油溶性的原油输送用降粘减阻剂，在原油长距离管输过程中，使用原油减阻剂可以大大节省原油输送成本。减阻剂在原油集输领域得到了广泛的应用，在其他领域的应用研究还较少。

为了解决现有的减阻剂溶解速度慢，同时会造成环境污染的不足，研制一种不含有机溶剂，不受细菌侵蚀，对环境友好，在水中具有良好的溶解性和分散性，且降阻率高的减阻剂成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种页岩气压裂用减阻剂，该减阻剂在常规聚丙烯酰胺的基础上引入了功能性单体，提高了减阻剂在管路中的抗剪切性能，具有不含有机溶剂、速溶、降阻率高的特点，无需使用杀菌剂，有利于环保。

本发明的另一目的还在于提供上述减阻剂的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，采用分散聚合的方法大大提高了减阻剂的分散性和溶解性，通过该方法制备的减阻剂为水溶性高分子聚合物乳液，可以直接使用，经济环保，具有广阔的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案：

一种页岩气压裂用减阻剂，其各组分及质量比如下：

水溶性高分子聚合物，20～35%；

稳定剂，1～5%；

无机分相剂，20～30%；

螯合剂，0.01～0.1%；

助溶剂，0.5～2%；

其余为水。

该减阻剂是一种混合物，外观为乳白色粘稠状液体。

所述水溶性高分子聚合物为该减阻剂的有效成份，其合成通过自由基引发丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠和丙烯酸钠三种单体进行无规共聚得到，其结构式如下：

其分子量在600-1000万之间，m=60-80%，n=5-15%，k=1-m-n。

所述稳定剂为低分子聚合物，具有良好的水溶性和抗盐能力，能够为水溶性高分子聚合物微颗粒提供空间障碍作用和静电排斥作用，使得减阻剂具有良好的分散稳定性能。该稳定剂由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠和丙烯酸钠共聚而成，粘均分子量在10～50万之间，其结构如下：

所述无机分相剂为硫酸铵、硫酸钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、氯化钠、碳酸铵或其混合物。由于所述水溶性高分子聚合物溶于清水，不溶于该无机分相剂所形成的盐水。稳定剂会吸附在水溶性高分子聚合物的表面，提供空间障碍作用和静电排斥作用，形成一层保护层，使颗粒分散，防止粘结，从而均匀悬浮分散在盐水中，形成白色乳液。

所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺二邻羟苯基大乙酸钠，其作用是螯合水溶液中的金属离子。

所述助溶剂为尿素、甲酸钠、乙酸钠、丙二醇或其混合物，助溶剂有利于在溶解过程中水分子向高分子聚合物分子链之间的扩散，从而提高水溶性高分子聚合物的溶解速度。

上述本发明使用的原料均为市售，分析纯。

该页岩气压裂用减阻剂的制备方法，主要包括以下步骤：