一种页岩气压裂用多功能乳液型减阻剂的制备方法技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种页岩气压裂用多功能乳液型减阻剂
的制备方法。
背景技术
近年来，页岩气非常规油气资源开发在国内迅速开展，掀起了非常规油气开采的
热潮。美国及我国现阶段对致密页岩气储层进行体积压裂改造所使用的压裂液都是所谓的
“滑溜水”体系，通常由阴离子聚丙烯酰胺油包水乳液减阻剂、助排剂和粘土稳定剂三种主
要药剂组成，在现场连续混配过程中，需要三套管线分别计量泵送至混砂车搅笼，加药方式
较为繁琐。
国内对“油包水”乳液聚丙烯酰胺减阻剂的研究尚处于起步阶段。专利
201310711961.9公开了一种阴离子乳液型页岩气酸化压裂减阻剂AM/AMPS共聚物及其制备
方法。专利201410128690.9公开了一种“油包水”乳液型压裂液减阻剂AM/AA/AMPS/DMDAAC
共聚物及其制备方法和应用。专利201410708609.4公开了一种新型两性离子滑溜水压裂液
及其制备方法，该滑溜水压裂液由减阻剂、助排剂、粘土稳定剂和杀菌剂组成，与通常以阴
离子聚丙烯酰胺“油包水”乳液作为减阻剂的滑溜水压裂液相比，耐盐性和配伍性好，本专
利所述的多功能两性离子乳液型减阻剂与该专利的区别在于合成过程中使用的碱和反相
剂完全不同，不但具有良好的减阻效果，而且具有防膨和助排能力。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种页岩气压裂用多功能
乳液型减阻剂的制备方法。
本发明提到的一种页岩气压裂用多功能乳液型减阻剂的制备方法，其制备方法如
下：
（1）首先配制水相，包括水、合成两性离子聚丙烯酰胺“油包水”乳液所需要的阴离子单
体、非离子单体和阳离子单体，往水中加入阴离子单体后用功能碱中和至pH=7，再加入非离
子单体、阳离子单体和助剂，所述的单体总质量与水的质量之比为2:1—1:5；
（2）配制油相，包括溶剂和乳化剂，所述的乳化剂占溶剂质量的5%-20%；
（3）将水相和油相混合，水相和油相混合物中，水占混合物质量的10%-60%，高速剪切乳
化，然后在氮气保护，反应温度为20-80℃下缓慢加入引发剂引发乳液聚合反应；
（4）反应完成后，降至室温，加入占溶剂质量1%-5%的低表面张力反相剂即得多功能减
阻剂。
步骤（1）中，所述的阴离子单体为丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一种
或两种，占总单体质量的10%-30%；
所述的非离子单体为丙烯酰胺，占总单体质量的40%-60%；
所述的阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、二甲基二烯
丙基氯化铵中的一种或多种，占总单体质量的10%-29%；
所述的助剂采用EDTA二钠，尿素，两种助剂总质量占总单体质量的0.01%-0.1%；
所述的功能碱为氢氧化钾、碳酸钾或氨水中的一种。
优选的，步骤（2）中，所述溶剂为白油或环己烷；所述乳化剂为Span80、Span83、
Tween81中的一种或多种，其亲水亲油平衡值为2-6。
优选的，步骤（3）中，所述引发剂为过硫酸铵、亚硫酸氢钠、偶氮二异丁腈、偶氮二
异丁基咪唑啉盐酸盐中的一种或多种。
优选的，步骤（4）中，所述低表面张力反相剂为全氟辛基聚乙二醇、全氟辛基季铵
碘化物或全氟烷基甜菜碱中的一种，其亲水亲油平衡值为12-14。
本发明制备的多功能油包水乳液减阻剂中聚合物的含量占乳状液总质量的10%-
60%，相对分子质量在300万-1500万；
本发明与常规阴离子“油包水”乳液减阻剂相比，突出的有益效果是：
（1）防膨能力突出
一方面，常规阴离子“油包水”乳液减阻剂生产工艺中使用氢氧化钠中和阴离子单体，
而本发明采用氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾或氨水。钾离子和铵根离子可以嵌入粘土晶格，
使晶层间的连接力增强，有效抑制页岩的膨胀。
另一方面，聚合物分子链上引入的阳离子链节可以吸附在粘土颗粒表面，中和页
岩表面的负电性，通过桥接吸附起稳定页岩的作用。
（2）助排效果好
常规阴离子“油包水”乳液减阻剂生产工艺中通常使用壬基酚聚氧乙烯醚NP-10或脂肪
醇聚氧乙烯醚MOA-9作为反相剂。而本发明使用低表面张力、高亲水亲油平衡值的氟碳类表
面活性剂作为反相剂，同时兼顾了反相与助排。
（3）一剂多能，施工便利
本发明提供的多功能乳液型减阻剂除了具备阴离子“油包水”乳液型减阻剂优良的减
阻性能及两性离子“油包水”乳液型减阻剂优良的抗盐性外，还同时具有防膨、助排的功能，
将减阻剂、助排剂和粘土稳定剂三种药剂功能整合，只需要一种药剂即可达到减阻剂、助排
剂和粘土稳定剂三种药剂的使用效果，在现场连续混配过程中，只需要一套管线计量泵送
至混砂车搅笼即可，使现场施工更加简单、高效。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，以下实施例中采用的物质，除了注明的
以外，其余均为市售。
实施例1：本发明提到的一种页岩气压裂用多功能乳液型减阻剂的制备方法，具体
如下：
（1）向500mL烧杯中加入100份白油、5份Span80、1份Tween81，加入0.0001份的偶氮二异
丁腈作为引发剂，溶解配制成油相；
（2）取40份去离子水，加入2份丙烯酸，用氢氧化钾中和至pH=7后，再加入14份丙烯酰
胺，2份二甲基二烯丙基氯化铵，0.001份EDTA二钠，0.002份尿素，配制成水相。
（3）将油相置于高速乳化机中，开动乳化机后，然后将水相加入，乳化30分钟，制成
单体乳液。
（4）将单体乳液置于500mL四口烧瓶中，通入氮气除氧30分钟，关闭氮气，开启搅拌
设备，控制转速在100转/分钟，控温在40℃，反应6.0小时，加入0.002份亚硫酸氢钠后，提高
反应温度到60℃再反应2.0小时，停止反应，加入2份全氟辛基聚乙二醇搅拌均匀得到粒径
均一的乳液。
性能评价：
表1显示了由实施例1制备的多功能乳液型减阻剂配制的滑溜水（0.1%水溶液）的部分
性能指标。与常规滑溜水体系性能进行了对比，常规滑溜水体系组成为：0.1%市售阴离子油
包水乳液型减阻剂+0.2%市售助排剂+0.1%市售粘土稳定剂组成。滑溜水配液采用模拟地层
水矿化度25662mg/L，离子组成（mg/L）为：Na+9000，Ca2+429，Mg2+280，SO42-1795，Cl-14159。减
阻率测试条件：温度25℃，模型管内径8mm，长度2.5m，线速度为10m/s。
表1.多功能乳液型减阻剂0.1%水溶液与常规滑溜水性能评价
表2显示了由实施例1制备的多功能乳液型减阻剂和上述常规滑溜水体系用上述模拟
地层水配制的滑溜水（0.1%水溶液）在不同线速度条件下的减阻率。减阻率测试条件：温度
25℃，模型管内径8mm，长度2.5m。
表2：不同线速度条件下减阻率对比评测
实施例2：本发明提到的多功能乳液型减阻剂的制备：
（1）向500mL烧杯中加入100份白油、5份Span80溶解配制成油相；
（2）取40份去离子水，加入2份丙烯酸，1份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，用氨水中和至
pH=7后，再加入15份丙烯酰胺，2份丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，0.001份EDTA二钠，0.002份
尿素；配制成水相。
（3）将油相置于高速乳化机中，开动乳化机后，然后将水相加入，乳化30分钟，制成
单体乳液。
（4）将单体乳液置于500mL四口烧瓶中，通入氮气除氧30分钟，关闭氮气，开启搅拌
设备，控制转速在100转/分钟，控温在40℃，反应6.0小时，加入0.001份偶氮二异丁基咪唑
啉盐酸盐，0.001份过硫酸铵后，提高反应温度到60℃再反应2.0小时，停止反应，加入1.5份
全氟辛基季铵碘化物搅拌均匀得到粒径均一的乳液。
性能评价：
表3显示了由实施例2制备的多功能乳液型减阻剂配制的滑溜水（0.1%水溶液）的部分
性能指标。与常规滑溜水体系性能进行了对比，常规滑溜水体系组成为：0.1%市售阴离子油
包水乳液型减阻剂+0.2%市售助排剂+0.1%市售粘土稳定剂组成。滑溜水配液采用模拟地层
水矿化度25662mg/L，离子组成（mg/L）为：Na+9000，Ca2+429，Mg2+280，SO42-1795，Cl-14159。减
阻率测试条件：温度25℃，模型管内径8mm，长度2.5m，线速度为10m/s。
表3.多功能乳液型减阻剂0.1%水溶液与常规滑溜水性能评价
表4显示了由实施例2制备的多功能乳液型减阻剂和上述常规滑溜水体系用上述模拟
地层水配制的滑溜水（0.1%水溶液）在不同线速度条件下的减阻率。减阻率测试条件：温度
25℃，模型管内径8mm，长度2.5m。
表4：不同线速度条件下减阻率对比评测
实施例3：本发明提到的多功能乳液型减阻剂的制备：
（1）向500mL烧杯中加入100份环己烷、4份Span80，1份Span83，1份Tween81，加入0.0001
份的偶氮二异丁腈作为引发剂，溶解配制成油相；
（2）取40份去离子水，加入1份丙烯酸，用碳酸钾中和至pH=7后，再加入15份丙烯酰胺，3
份三甲基烯丙基氯化铵，0.001份EDTA二钠，0.002份尿素；配制成水相。
（3）将油相置于高速乳化机中，开动乳化机后，然后将水相加入，乳化30分钟，制成
单体乳液。
（4）将单体乳液置于500mL四口烧瓶中，通入氮气除氧30分钟，关闭氮气，开启搅拌
设备，控制转速在100转/分钟，控温在40℃，反应6.0小时，加入0.002份偶氮二异丙基咪唑
啉盐酸盐后，提高反应温度到60℃再反应2.0小时，停止反应，加入3份全氟烷基甜菜碱得搅
拌均匀到粒径均一的乳液。
性能评价：
表5显示了由实施例3制备的多功能乳液型减阻剂配制的滑溜水（0.1%水溶液）的部分
性能指标。与常规滑溜水体系性能进行了对比，常规滑溜水体系组成为：0.1%市售阴离子油
包水乳液型减阻剂+0.2%市售助排剂+0.1%市售粘土稳定剂组成。滑溜水配液采用模拟地层
水矿化度25662mg/L，离子组成（mg/L）为：Na+9000，Ca2+429，Mg2+280，SO42-1795，Cl-14159。减
阻率测试条件：温度25℃，模型管内径8mm，长度2.5m，线速度为10m/s。
表5.多功能乳液型减阻剂0.1%水溶液与常规滑溜水性能评价
表6显示了由实施例3制备的多功能乳液型减阻剂和上述常规滑溜水体系用上述模拟
地层水配制的滑溜水（0.1%水溶液）在不同线速度条件下的减阻率。减阻率测试条件：温度
25℃，模型管内径8mm，长度2.5m。
表6：不同线速度条件下减阻率对比评测
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上
述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案
所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。