本發明涉及油田用減阻劑,具體為一種壓裂用的環保減阻劑及其制備方法。
背景技術:
1、低滲透油藏油氣儲量豐富,開發早期地層壓力高,通常以彈性開采為主,對一般儲層,注水開發能取得有效開采效果,但對于低滲透油藏的注水措施,注入量低、產液量低、采收率低,易出現阻力高、注不進的現象,若強行高壓注水,易使地面設備和井下工具受高壓損害,造成經濟損失,因此須加入活性劑輔助降低注入壓力,減阻劑強化水井增注活性減阻增注技術是應對低滲透油藏注水困難的有效手段之一,作用機制為降低油水界面張力及邊界層厚度,提高油水相滲流能力。
2、聚合物類減阻劑具有減阻效果好、用量小以及適應性強的特點,在滑溜水壓裂液中的應用較為廣泛,但聚合物類減阻劑的抗菌性能較差,易被壓裂地層中的細菌微生物分解,且在高溫、高礦化度油藏中使用聚合物,聚合物分子鏈結構被熱降解破壞,導致減阻性能下降;在減阻劑基體中加入納米材料,小尺寸、高比表面積的納米顆粒可以高效吸附在巖心表面,構建出疏水疏油的表面結構,有效提高減阻效果,但納米材料在水基減阻劑中分散性較差,易發生沉降導致減阻性能下降。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種壓裂用的環保減阻劑及其制備方法:在二硫化鉬納米片表面合成納米四氧化三鐵,進而在二硫化鉬納米片表面形成凹凸狀結構,增加熱量的傳輸路徑,為熱量傳輸產生障礙,避免減阻劑基體高溫降解;陽離子交換樹脂吸附到改性二硫化鉬納米片上下表面,氧化石墨烯作用在改性二硫化鉬納米片表面,形成復合層狀結構的納米材料,具有較高的容量,陽離子交換樹脂能夠與油井中的k+、ca2+、fe3+發生陽離子交換,將金屬離子固定到層狀納米材料層間,避免與減阻劑基體結合,降低減阻性能;長鏈烷基胺單體接枝在層狀納米材料表面,在油藏巖石壁表面形成疏水層,進而對水流產生了納米滑移效應,實現減阻效果;β-環糊精含有的空腔結構,具有疏水特性,能夠協同兩親性減阻劑的疏水組分,吸附在原油疏水鏈上,減弱原油分子間的π-π堆積作用力及范德華力,降低原油黏度及剪切應力,提高采收率。
2、本發明要解決的技術問題:聚合物類減阻劑的抗菌性能較差,易被壓裂地層中的細菌微生物分解,且在高溫、高礦化度油藏中使用聚合物,聚合物分子鏈結構被熱降解破壞,導致減阻性能下降;在減阻劑基體中加入納米材料,小尺寸、高比表面積的納米顆粒可以高效吸附在巖心表面,構建出疏水疏油的表面結構,有效提高減阻效果,但納米材料在水基減阻劑中分散性較差,易發生沉降導致減阻性能下降。
3、為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:
4、一種壓裂用的環保減阻劑,包括以下重量份組成的原料:丙烯酰胺30-40份、丙烯酸20-30份、復合層狀納米材料5-10份、抗菌劑3-5份、表面活性劑2-3份、引發劑0.1-0.3份、去離子水50-60份。
5、一種壓裂用的環保減阻劑的制備方法,具體包括以下步驟:
6、將丙烯酰胺、丙烯酸、抗菌劑、去離子水混合,攪拌,加入復合層狀納米材料、表面活性劑和引發劑,升溫攪拌10-20min后,反應完畢后,得到壓裂用的環保減阻劑。
7、進一步的,表面活性劑山梨醇酐硬脂酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、山梨醇聚氧乙烯醚中的任意一種。
8、進一步的,引發劑選自氫氧化鈉、偶氮二環己基甲腈、偶氮二異庚腈中的任意一種。
9、進一步的,升溫攪拌溫度為60-80℃。
10、進一步的,復合層狀納米材料由長鏈烷基胺單體表面修飾層狀納米材料制得。
11、進一步的,長鏈烷基胺選自十二胺、十四胺、十六胺、十八胺中的任意一種。
12、進一步的,復合層狀納米材料具體由以下步驟制得:
13、將層狀納米材料加入到去離子水中,攪拌均勻,得到分散液,將長鏈烷基胺加入到乙醇中,攪拌均勻,置于分散液中,在60℃下攪拌反應12h,反應完畢后,過濾,乙醇洗滌3次以去除未反應的長鏈烷基胺,去離子水洗滌3次,在60℃烘箱中干燥10min,得到復合層狀納米材料。
14、其中,長鏈烷基胺單體的胺基能夠與層狀納米材料中氧化石墨烯的羧基和環氧基發生酰胺化反應,實現將長鏈烷基胺單體接枝在層狀納米材料表面,將親水性層狀納米材料轉換為疏水性,使得含有剩余的含氧官能團和酰胺鍵的層狀納米材料能夠化學吸附到油藏巖石壁表面。
15、進一步的,層狀納米材料、去離子水、長鏈烷基胺、乙醇用量比為(1-2)g:(80-120)ml:(0.1-0.3)g:(45-55)ml。
16、進一步的,層狀納米材料由兒茶酚胺修飾改性二硫化鉬納米片,再與陽離子交換樹脂和氧化石墨烯混合制得。
17、進一步的,陽離子交換樹脂選自d113樹脂或732陽離子交換樹脂。
18、進一步的,氧化石墨烯粒徑為0.5-1μm,厚度為20-30nm。
19、進一步的,層狀納米材料具體由以下步驟制得:
20、a1.將改性二硫化鉬納米片加入去離子水中,超聲分散10min,加入tris和質量分數為5%的鹽酸調節ph為8.5,攪拌,加入0.3g兒茶酚胺,在室溫下攪拌24h后,過濾,用去離子水洗滌3次,在60℃烘箱中干燥10min,得到固體顆粒。
21、其中,兒茶酚胺修飾改性二硫化鉬納米片,使得改性二硫化鉬納米片具有優異的粘附性,能夠將陽離子交換樹脂和氧化石墨烯吸附到改性二硫化鉬納米片表面,有利于構建層狀復合材料。
22、進一步的,改性二硫化鉬納米片、去離子水、tris、鹽酸、兒茶酚胺用量比為(1.1-1.3)g:(45-55)ml:(0.04-0.08)g:(0.1-0.3)ml:(0.2-0.4)g。
23、a2.將固體顆粒和陽離子交換樹脂加入到乙醇中,攪拌10min后,加入氧化石墨烯,超聲分散30min,在85℃下攪拌至有機溶劑揮發,用去離子水洗滌3次,在60℃烘箱中干燥10min,得到層狀納米材料。
24、其中,接枝有兒茶酚胺的改性二硫化鉬納米片具有較好的粘附性,能夠將陽離子交換樹脂吸附到改性二硫化鉬納米片上下表面,且陽離子交換樹脂攜帶的陽離子基團能夠與氧化石墨烯表面的含氧官能團通過靜電結合,超聲有助于氧化石墨烯作用在改性二硫化鉬納米片表面,形成復合層狀結構的納米材料。
25、進一步的,固體顆粒、陽離子交換樹脂、乙醇、氧化石墨烯用量比為(0.3-0.7)g:(2-3)g:(45-55)ml:(0.2-0.4)g。
26、進一步的,改性二硫化鉬納米片由二硫化鉬納米片與鐵源混合,經水熱處理制得。
27、進一步的,二硫化鉬納米片粒徑為0.1-0.3μm,厚度為10-20nm。
28、進一步的,鐵源選自綠釩、氯化亞鐵、草酸亞鐵中的任意一種。
29、進一步的,水熱處理溫度為160-180℃,水熱處理時間為10-12h。
30、進一步的,改性二硫化鉬納米片具體由以下步驟制得:
31、將鐵源和二硫化鉬納米片加入到去離子水中,攪拌均勻,通入氮氣,在60℃下攪拌,加入過氧化氫和濃度為2mol/l的氫氧化鈉水溶液調節ph為12,攪拌反應15min,置于反應釜中,在170℃下,進行水熱處理12h,冷卻至室溫,過濾收集固體,固體經去離子水洗滌3次,在70℃烘箱中干燥15min,得到改性二硫化鉬納米片。
32、其中,二硫化鉬表面含有的含氧官能團能夠與鐵源中的亞鐵離子結合,使得亞鐵離子吸附到二硫化鉬納米納米片表面,經水熱處理,能夠在二硫化鉬納米片表面合成納米四氧化三鐵,進而在二硫化鉬納米片表面形成凹凸狀結構,增加熱量的傳輸路徑,為熱量傳輸產生障礙,避免減阻劑基體高溫降解。
33、進一步的,鐵源、二硫化鉬納米片、去離子水、過氧化氫、氫氧化鈉水溶用量比為(4-5)g:(0.3-0.7)g:(40-50)ml:(10-20)ml:(0.1-0.3)ml。
34、進一步的,抗菌劑由殼聚糖與羥丙基-β-環糊精反應,再與縮水甘油基三甲基氯化銨和丙烯酸反應制得。
35、進一步的,殼聚糖平均分子量為22.5-23.6kda,脫乙酰度為70.1-73.5%。
36、進一步的,抗菌劑具體由以下步驟制得:
37、b1.將殼聚糖加入到質量分數為1%的乙酸水溶液中,攪拌均勻,得到混合液,將羥丙基-β-環糊精與n,n-二甲基甲酰胺混合,加入混合液,在100℃下攪拌24h,用截留分子量為3500kda的纖維素膜透析3天,在-20℃冷凍干燥30min,得到改性羥丙基-β-環糊精。
38、其中,殼聚糖的胺基能夠與β-環糊精的羥基發生反應,使得殼聚糖接枝在β-環糊精上,殼聚糖含有大量的羥基,作為季銨鹽的反應位點,實現季銨化β-環糊精,具有抗菌活性。
39、進一步的,殼聚糖、乙酸水溶液、羥丙基-β-環糊精、n,n-二甲基甲酰胺用量比為(0.5-1.5)g:(70-90)ml:(2-4)g:(3-5)ml。
40、b2.將改性羥丙基-β-環糊精加入到質量分數為1%的乙酸水溶液中,攪拌均勻,加入縮水甘油基三甲基氯化銨,在60℃下攪拌反應2h后,透析3天,在-20℃冷凍干燥30min,得到固體,將固體和丙烯酸混合,加入質量分數為36%的鹽酸,在60℃下攪拌反應10min,經過濾,去離子水洗滌3次,在60℃烘箱中干燥10min,得到抗菌劑。
41、其中,改性羥丙基-β-環糊精中殼聚糖的羥基能夠與縮水甘油基三甲基氯化銨發生開環反應,實現季銨化β-環糊精,具有抗菌活性,在石油開采過程中殺死細菌,減少細菌帶來的管道腐蝕,地層堵塞,減阻劑變質;且丙烯酸含有的羧基也能夠與改性羥丙基-β-環糊精的羥基發生酯化反應,攜帶反應性官能團,能夠與減阻劑基體共聚,將改性抗菌劑接枝在聚合物減阻劑分子鏈上。
42、進一步的,改性羥丙基-β-環糊精、乙酸水溶液、縮水甘油基三甲基氯化銨用量比為(0.5-1.5)g:(70-90)ml:(5-7)ml。
43、進一步的,固體、丙烯酸、鹽酸用量比為(0.3-0.7)g:(8-12)ml:(0.1-0.2)ml。
44、進一步的,與現有技術相比,本發明具有以下有益效果:
45、(1)本發明技術方案中,二硫化鉬納米片作為二維層狀納米材料,層間具有較弱的范德華力,能夠產生滾動效果,具有較好的潤滑性,在二硫化鉬納米片表面合成納米四氧化三鐵,進而在二硫化鉬納米片表面形成凹凸狀結構,增加熱量的傳輸路徑,為熱量傳輸產生障礙,避免減阻劑基體高溫降解。
46、(2)本發明技術方案中,將陽離子交換樹脂吸附到改性二硫化鉬納米片上下表面,且陽離子交換樹脂攜帶的陽離子基團能夠與氧化石墨烯表面的含氧官能團通過靜電結合,使得氧化石墨烯作用在改性二硫化鉬納米片表面,形成復合層狀結構的納米材料,一方面,層狀納米材料層間具有較高的容量,陽離子交換樹脂能夠與油井中的k+、ca2+、fe3+發生陽離子交換,將金屬離子固定到層狀納米材料層間,避免與減阻劑基體結合,降低減阻性能;另一方面,層狀納米材料具有小尺寸效應,能夠與減阻劑基體的分子鏈結合,形成雜化網絡結構,提高減阻體系的結構強度、耐溫性能和抗剪切能力。
47、(3)本發明技術方案中,將長鏈烷基胺單體接枝在層狀納米材料表面,將親水性層狀納米材料轉換為疏水性,含有剩余的含氧官能團和酰胺鍵的層狀納米材料能夠化學吸附到油藏巖石壁表面,在油藏巖石壁表面形成疏水層,進而對水流產生了納米滑移效應,實現減阻效果,且提高了層狀納米材料分散性,避免團聚造成性能下降;此外,還需說明的是長鏈烷基胺單體能夠吸附到油藏巖石壁和油藏孔喉中,形成疏水層,增加水流的進入,實現水對油的頂替,提高采收率。
48、(4)本發明技術方案中,縮水甘油基三甲基氯化銨通過殼聚糖接枝在羥丙基-β-環糊精上,實現季銨化β-環糊精,具有抗菌活性,在石油開采過程中殺死細菌,減少細菌帶來的管道腐蝕,地層堵塞,減阻劑變質;抗菌單體與丙烯酸反應,攜帶反應性官能團,能夠與減阻劑基體共聚,將改性抗菌劑接枝在聚合物減阻劑分子鏈上,提高抗菌活性,且改性抗菌單體中的羥丙基-β-環糊精含有的空腔結構,具有疏水特性,能夠協同兩親性減阻劑的疏水組分,吸附在原油疏水鏈上,減弱原油分子間的π-π堆積作用力及范德華力,降低原油黏度及剪切應力,提高采收率。
49、(5)本發明技術方案中,本發明制備的減阻劑,具有較好的減阻性能,減少能耗,且制備簡單,生產周期短,滿足環保要求,并且具有較好的抗菌活性和耐熱穩定性等特點。