本发明涉及减阻剂，尤其涉及一种水包水活性变黏减阻剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、水力压裂技术是适用于非常规油气藏储层改造的有效措施和主要技术手段，滑溜水压裂液是如今储层改造主流工作液之一，而聚合物减阻剂是其核心添加剂。随着油气开发进军深层油气储层，减阻剂面临着更加苛刻的工作条件。常规聚丙烯酰胺减阻剂在深层储层高温条件下易降解、高盐条件下易卷曲，从而使减阻效果大打折扣。常规低黏减阻剂难以满足深层携砂要求，通常需要与携砂液段塞组合使用，而液体切换直接影响压裂效果。而且，常规减阻剂常以粉末形式出现，溶解速度慢，通常难以实现连续混配作业，给施工带来一定困难。另外，储层压裂施工后通常闷井一段时间后再生产，常规减阻剂在闷井过程中渗吸能力差，不具备利用闷井时间发生渗吸置换提高采收率的能力。
2、因此，亟需开发一种新的减阻剂以解决上述问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水包水活性变黏减阻剂及其制备方法和应用。本发明提供的减阻剂具有速溶、耐温抗盐、渗吸排驱能力好、低黏减阻、高黏携砂等优异性能，“一剂多效”，能够简化施工，且制备成本低、环境友好，应用前景广阔。
2、第一方面，本发明提供了一种水包水活性变黏减阻剂，所述减阻剂的制备原料包括丙烯酰胺、含磺酸基水溶性乙烯基单体、含疏水链水溶性乙烯基单体、亲水纳米颗粒、水溶性聚合物、表面活性剂、引发剂和溶剂水；
3、以所述减阻剂的总重量为100％计，所述减阻剂的制备原料包括：
4、
5、其中，所述丙烯酰胺的含量可以为10％、12％、14％、16％、18％、20％等。
6、所述含磺酸基水溶性乙烯基单体的含量可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等。
7、所述含疏水链水溶性乙烯基单体的含量可以为0.5％、1％、2％、3％、4％、5％等。
8、所述亲水纳米颗粒的含量可以为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％等。
9、所述水溶性聚合物的含量可以为10％、12％、14％、16％、18％、20％等。
10、所述表面活性剂的含量可以为0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％等。
11、所述引发剂的含量可以为0.09％、0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％等。
12、本发明提供的减阻剂通过引入含疏水链水溶性乙烯基单体并配合本发明制备方法得到高分子量聚合物，具有速溶、快速增黏、减阻高(≥75％)、携砂能力强等优异性能，同时通过引入含磺酸基水溶性乙烯基单体及亲水纳米颗粒，有效提升减阻剂的耐温抗盐(130℃、20w矿化度)及渗吸排驱能力(≥30％)。
13、作为本发明的一种优选技术方案，所述含疏水链水溶性乙烯基单体选自含疏水链的甲基丙烯酰胺、含疏水链的丙烯酰胺或含疏水链的乙烯基衍生物中的任意一种或多种。
14、本发明通过引入水溶性疏水单体(含疏水链水溶性乙烯基单体)并配合本发明制备方法制备得到高分子量聚合物，制备得到的减阻剂具有速溶、快速增黏、减阻高(≥75％)、携砂能力强等应用优势；在连续混配作业时只需通过改变减阻剂浓度就能实现无级变黏达到减阻-造缝-携砂的目的，可避免液体切换带来的不利影响，并简化现场施工步骤显著降低成本。
15、作为本发明的一种优选技术方案，所述含疏水链水溶性乙烯基单体选自n-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、四烷基二甲基烯丙基氯化铵、五烷基二甲基烯丙基氯化铵、六烷基二甲基烯丙基氯化铵、七烷基二甲基烯丙基氯化铵、八烷基二甲基烯丙基氯化铵、九烷基二甲基烯丙基氯化铵、十烷基二甲基烯丙基氯化铵、十一烷基二甲基烯丙基氯化铵、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵、十三烷基二甲基烯丙基氯化铵、十四烷基二甲基烯丙基氯化铵、十五烷基二甲基烯丙基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十七烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵中的任意一种或多种。
16、作为本发明的一种优选技术方案，所述表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚和/或壬基酚聚氧乙烯醚。
17、作为本发明的一种优选技术方案，所述含磺酸基水溶性乙烯基单体选自2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸或其盐、对苯乙烯磺酸或其盐、乙烯基磺酸或其盐、苯基乙烯基磺酸或其盐中的任意一种或多种。
18、本发明通过引入含磺酸基水溶性乙烯基单体能够提高减阻剂的耐温抗盐性能，其含量需在本发明范围内，含量过多导致聚合物分子链的柔顺性降低，从而降低减阻剂的减阻性能。
19、作为本发明的一种优选技术方案，所述亲水纳米颗粒选自改性和/或未改性的二氧化硅。
20、作为本发明的一种优选技术方案，所述二氧化硅的粒径为1-100nm，例如1nm、5nm、10nm、20nm、50nm、80nm、100nm等。
21、本发明提供的减阻剂通过引入亲水纳米颗粒，一方面利用纳米颗粒与聚合物间的超分子作用提升减阻剂的耐温抗盐能力；另一方面，在压后闷井、破胶返排的过程中，纳米颗粒的存在可发挥减阻剂渗吸增能-高效排驱的优势从而达到提高采收率的目的，实现“一剂多效”。
22、作为本发明的一种优选技术方案，所述引发剂选自过硫酸盐和四甲基乙二胺的组合，或，过硫酸盐和亚硫酸氢钠的组合，所述过硫酸盐选自过硫酸铵或过硫酸钾。
23、作为本发明的一种优选技术方案，所述过硫酸盐与所述四甲基乙二胺或亚硫酸氢钠的摩尔比为2:(1-5)，例如2:1、2:2、2:3、2:4、2:5等。
24、作为本发明的一种优选技术方案，所述水溶性聚合物选自分子量为8000-20000的聚乙二醇，本发明所述水溶性聚合物的分子量指的是其平均分子量。
25、当聚乙二醇的分子量在本发明范围内时，随着聚乙二醇分子量的增加，反应过程中变为白色乳液的时间越短。
26、第二方面，本发明提供了第一方面所述的减阻剂的制备方法，所述制备方法包括：
27、(1)将溶剂水、水溶性聚合物、表面活性剂、含磺酸基水溶性乙烯基单体、丙烯酰胺和含疏水链水溶性乙烯基单体混合，得到混合溶液；
28、(2)向所述混合溶液中加入引发剂和亲水纳米颗粒进行反应，得到所述减阻剂。
29、本发明提供的制备方法采用双水相分散聚合，在搅拌的过程中发生反应促进反应热散发，制备过程可控性强，有利于形成高分子量聚合物，使制备得到的水包水乳液具有速溶、减阻高、稳定性好等特点，在水溶液中能快速起效从而实现压裂现场连续混配作业。而且本发明制备方法在水环境中合成，溶剂为水，无油相引入，对环境友好且成本低，有助于降低返排液的处理难度，应用前景广阔。
30、作为本发明的一种优选技术方案，当所述含疏水链水溶性乙烯基单体呈中性时，所述制备方法包括：
31、(1)将溶剂水、水溶性聚合物、表面活性剂、含磺酸基水溶性乙烯基单体、丙烯酰胺和含疏水链水溶性乙烯基单体混合，得到混合溶液；
32、(2)调节所述混合溶液的ph为6-8；
33、(3)向所述混合溶液中加入引发剂和亲水纳米颗粒进行反应，得到所述减阻剂。
34、作为本发明的一种优选技术方案，当所述含疏水链水溶性乙烯基单体呈碱性时，所述制备方法包括：
35、(1)将溶剂水、水溶性聚合物、表面活性剂、含磺酸基水溶性乙烯基单体、丙烯酰胺混合，得到预混液；
36、(2)调节所述预混液的ph为6-8，加入含疏水链水溶性乙烯基单体，调节ph为6-8，得到混合溶液；
37、(3)向所述混合溶液中加入引发剂和亲水纳米颗粒进行反应，得到所述减阻剂。
38、在本发明制备方法中，由于含磺酸基水溶性乙烯基单体呈酸性，因此当含疏水链水溶性乙烯基单体呈碱性时，为了避免二者之间发生反应，需在加入含疏水链水溶性乙烯基单体之前调节预混液的ph在6-8之间，从而避免副反应。本发明利用ph调节剂调节ph值，本发明并不对所述ph调节剂进行过多限定，为本领域常用ph调节剂即可，例如氢氧化钠、盐酸等。
39、作为本发明的一种优选技术方案，所述加入引发剂之前需对所述混合溶液进行除氧，除氧的方式可以为向所述混合溶液中通入氮气30min以上以达到除氧目的。
40、作为本发明的一种优选技术方案，所述引发剂以引发剂水溶液的方式加入，优选所述引发剂分3-5次分步加入，每步加入时间间隔为5-20min，例如5min、10min、15min、20min等。
41、作为本发明的一种优选技术方案，整个制备过程在搅拌下进行，搅拌速率为100-600r/min，例如100r/min、200r/min、300r/min、400r/min、500r/min、600r/min等。
42、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应的温度为25-40℃，例如25℃、30℃、35℃、40℃等。
43、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应的时间为5-10h，例如5h、6h、7h、8h、9h、10h等。
44、本发明在加入引发剂之前及反应过程中进行加热，调节温度至25-40℃，加入引发剂的过程中，加入亲水纳米颗粒，反应结束后冷却至室温即得到所述水包水活性变黏减阻剂。
45、第三方面，本发明提供了第一方面所述的减阻剂或第二方面所述的制备方法制备得到的减阻剂在制备压裂液中的应用。
46、本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
47、1、本发明提供的减阻剂具有速溶、耐温抗盐、渗吸排驱能力好、低黏减阻、高黏携砂等优异性能，“一剂多效”，能够简化施工，且制备成本低、对环境友好。
48、2、本发明通过引入水溶性疏水单体，使制备得到的减阻剂在连续混配作业时只需通过改变减阻剂浓度就能实现无级变黏达到减阻-造缝-携砂的目的，可避免液体切换带来的不利影响，并简化现场施工步骤显著降低成本。
49、3、本发明通过引入亲水纳米颗粒，一方面利用纳米颗粒与聚合物间的超分子作用提升减阻剂的耐温抗盐能力；另一方面，在压后闷井、破胶返排的过程中，由于纳米材料的存在可发挥其渗吸增能-高效排驱的优势从而达到提高采收率的目的，实现“一剂多效”。
50、4、本发明采用双水相分散聚合，制备过程可控，利于得到高分子量聚合物，且制备得到的水包水活性变黏减阻剂乳液具有速溶、减阻高、稳定性好等特点，在水溶液中能快速起效从而实现压裂现场连续混配作业，而且本发明减阻剂在水环境中合成，环境友好且成本低，有助于降低返排液的处理难度，契合国家绿色发展理念。
1.一种水包水活性变黏减阻剂，其特征在于，所述减阻剂的制备原料包括丙烯酰胺、含磺酸基水溶性乙烯基单体、含疏水链水溶性乙烯基单体、亲水纳米颗粒、水溶性聚合物、表面活性剂、引发剂和溶剂水；
2.根据权利要求1所述的减阻剂，其特征在于，所述含疏水链水溶性乙烯基单体选自含疏水链的甲基丙烯酰胺、含疏水链的丙烯酰胺或含疏水链的乙烯基衍生物中的任意一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述的减阻剂，其特征在于，所述表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚和/或壬基酚聚氧乙烯醚。
4.根据权利要求1-3任一项所述的减阻剂，其特征在于，所述含磺酸基水溶性乙烯基单体选自2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸或其盐、对苯乙烯磺酸或其盐、乙烯基磺酸或其盐、苯基乙烯基磺酸或其盐中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的减阻剂，其特征在于，所述亲水纳米颗粒选自改性和/或未改性的二氧化硅，优选所述二氧化硅的粒径为1-100nm；
6.根据权利要求1-5任一项所述的减阻剂，其特征在于，所述水溶性聚合物选自分子量为8000-20000的聚乙二醇。
7.权利要求1-6任一项所述的减阻剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，当所述含疏水链水溶性乙烯基单体呈中性时，所述制备方法包括：
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述加入引发剂之前需对所述混合溶液进行除氧；
10.权利要求1-6任一项所述的减阻剂或权利要求7-9任一项所述的制备方法制备得到的减阻剂在制备压裂液中的应用。
