CN103113875B - 一种水基压裂液增稠剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水基压裂液增稠剂及其制备方法，所述增稠剂含有丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2甲基-1-丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、络合剂、链转移剂、氢氧化钠溶液、引发剂与水。在制备水基压裂液增稠剂的过程中，本发明首先将2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、丙烯酸、水与氢氧化钠溶液混合，使混合液的pH为3~11，然后加入络合剂，以纯化反应溶液，同时加入的链转移剂能够防止交联的产生，最后加入N-乙烯基吡咯烷酮与引发剂，反应后即得到增稠剂。本发明所制备的增稠剂在水基压裂液中质量分数为0.35%时，其表观粘度为140mPa·s，在170S^-1，95℃下，连续剪切30min，粘度保持率在60%以上。

Description

一种水基压裂液增稠剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及压裂液技术领域，尤其涉及一种水剂及其制备方法。

背景技术

压裂液是气、油、淡水、盐水与热水等流体矿在开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力压力措施所用的液体。压裂液主要分为水基压裂液、油基压裂液、醇基压裂液与泡沫压裂液等。由于水基压裂液具有成本低与性能好等优点，在国内外被广泛应用。

增稠剂是压裂液中主要的化学成分，增稠剂的性能直接影响压裂液的性能。水基压裂液所采用的增稠剂品种很多，主要有天然植物胶及其衍生物，纤维素衍生物与合成聚合物等。植物胶及其衍生物由于具有增稠能力强、易交联形成冻胶且性能稳定等优点而成为压裂作业中使用最多的增稠剂品种，约占各种增稠剂使用量的90%。纤维素衍生物主要是纤维素醚，纤维素衍生物普遍存在着对盐敏感、热稳定性差与增稠能力不大等缺点，从而未得到广泛应用。合成聚合物主要有聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠及其共聚物等，是性能较好的一类产品，成为了当前研究开发的热门领域。

随着石油开采技术的不断发展和开采难度的增加，例如在高温深井、矿化度高等环境中，因此人们对压裂液增稠剂提出了更新更高的要求。目前，开发新的压裂液增稠剂的原则是降低成本及剂量，产品使用方便，与破胶剂作用后破胶彻底，不产生沉淀，不损害地层渗透性，将地层损害降低到最低限度，提高胶凝剂的耐温抗盐性。

申请号为91111287.1中国专利公开了一种压裂液增稠剂，该发明涉及一种压裂液增稠剂，适用于低渗透油气层的压裂改造作业，其采用草本植物天豆粉，经乙醇、烧碱、环氧丙烷和水对其进行化学改性而成，其含残渣量明显低于目前压裂液用的植物胶田菁增稠剂，因此对地层伤害小，可获得增产效果。但该压裂液增稠剂相比于合成聚合物增稠剂含残渣量高。

申请号为200610040703.2中国专利公开了一种耐高温无伤害压裂液增稠剂及其制备方法和用途，该本发明采用脂肪酸和低分子量的聚乙二醇或聚环氧丙烷酯化，或在催化下使环氧乙烷或/和环氧丙烷与长链脂肪醇、脂肪酸或脂肪胺加成，使长链疏水基和助溶链段连接；再将助溶链段的末端羟基转化为卤原子，与过量叔胺反应，或将助溶链段的末端羟基与磺化试剂反应；将1~3重量份该增稠剂和0.05~0.4重量份高温稳定剂加入由2~3重量份卤盐与100重量份水配成的基液中，即得可用于油气田增产的耐高温无伤害压裂液，但是该发明公开的压裂液的制备较复杂。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种制备方法简单的水基压裂液增稠剂的制备方法。

有鉴于此，本发明提供了一种水基压裂液增稠剂，由包括以下组分的混合物反应得到：

优选的，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。

优选的，所述链转移剂为异丙醇或苯甲酸钠。

优选的，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

本发明还提供了一种水基压裂液增稠剂的制备方法，包括以下步骤：

将20~100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、15~50重量份的水、5~10重量份的丙烯酸与氢氧化钠溶液混合，调节pH至3~11，得到第一混合液；

将所述第一混合液、10~15重量份的丙烯酰胺、0.1~1重量份的络合剂与0.01~1重量份的链转移剂混合，得到第二混合液；

将所述第二混合液、2~8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮与0.01~1重量份的引发剂混合，反应后得到水基压裂液增稠剂。

优选的，所述第二混合液的温度控制为30~60℃，同时通入氮气30min。

优选的，所述反应的时间为4~12h。

优选的，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。

优选的，所述链转移剂为异丙醇或苯甲酸钠。

优选的，所述引发剂为过硫酸钠或过硫酸铵。

本发明提供了一种水基压裂液增稠剂及其制备方法，所述水基压裂液增稠剂由包括以下组分的混合物反应得到：丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、络合剂、链转移剂、氢氧化钠溶液、引发剂与水。在制备增稠剂的过程中，本发明首先将2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、丙烯酸、水与氢氧化钠溶液混合，使混合液的pH为3~11，然后加入络合剂，以纯化反应溶液，同时加入的链转移剂能够防止交联的产生，最后加入N-乙烯基吡咯烷酮与引发剂，反应后即得到增稠剂。本发明在制备增稠剂的过程中无需进行提纯处理，通过预先加入络合剂及链转移剂，在引发剂的作用下即可得到水基压裂液增稠剂，制备工艺简单。另外，本发明由于加入了丙烯酸，其具有良好的亲水作用与其他组分的协调效应，使得到的共聚物的粘度有较大提高。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种水基压裂液增稠剂，由包括以下组分的混合物反应得到：

按照本发明，所述丙烯酰胺优选为10~12重量份。所述2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸（AMPS）优选为30~80重量份，更优选为50重量份。所述N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）优选为5~6重量份。所述络合剂优选为乙二胺四乙酸二钠（EDTA），所述络合剂优选为0.5~0.8重量份。所述链转移剂优选为异丙醇或苯甲酸钠。所述链转移剂优选为0.1~0.5重量份。所述氢氧化钠溶液的质量分数优选为5%~10%。所述引发剂优选为过硫酸钾或过硫酸铵。所述引发剂优选为0.1~0.5重量份。所述丙烯酸优选为6~8重量份。本发明的水基压裂液增稠剂中含有丙烯酸，丙烯酸具有良好的亲水性极易与组分之间协调性好，使制备的增稠剂共聚物表观粘度有很大的提高。

本发明还提供了一种水基压裂液增稠剂的制备方法，包括以下步骤：

将20~100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、15~50重量份的水、5~10重量份的丙烯酸与氢氧化钠溶液混合，调节pH至3~11，得到第一混合液；

将所述第一混合液、10~15重量份的丙烯酰胺、0.1~1重量份的络合剂与0.01~1重量份的链转移剂混合，得到第二混合液；

将所述第二混合液、2~8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮、0.01~1重量份的引发剂混合，反应后得到水基压裂液增稠剂。

在制备水基压裂液增稠剂的过程中，本发明主要采用丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸共聚形成增稠剂共聚物。按照水基压裂液增稠剂的配方，将2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、水、丙烯酸与氢氧化钠溶液混合，得到第一混合液。作为优选方案，将20~100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、15~50重量份的水与5~10重量份的丙烯酸混合，然后加入质量分数为5%~10%的氢氧化钠溶液中和至pH为3~11，得到第一混合液。在所述2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸与丙烯酸中加入氢氧化钠溶液并调节pH，为制备增稠剂共聚物提供反应的环境条件。

本发明在制备完第一混合液后，在所述混合液中加入丙烯酰胺、络合剂与链转移剂，得到第二混合液。所述络合剂优选为乙二胺四乙酸二钠。所述链转移剂优选为异丙醇或苯甲酸钠。按照本发明，再加入引发剂引发反应原料反应之前，需要加入络合剂以纯化反应溶液，并加入链转移剂，以防止反应原料之间发生交联反应，生成其他共聚物。所述第二混合液制备完成后，优选控制第二混合液的温度为30~60℃，通入氮气30min，然后加入N-乙烯基吡咯烷酮与引发剂，反应后得到水基压裂液增稠剂。所述反应的时间优选为4~12h。所述引发剂优选为过硫酸钾或过硫酸铵。

本发明在制备水基压裂液增稠剂的过程中，采用丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷共聚与丙烯酸获得一种增稠剂共聚物。按照本发明，在所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷与丙烯酸混合液再加入引发剂之前，必须预先加入络合剂，以纯化反应溶液，并加入链转移剂以防止交联的产生。本发明所采用的原料均为工业上的原料，反应前不需要进行提纯处理，制备方法简单。实验结果表明，本发明所制备的水基压裂液增稠剂，无水不溶物残渣；水基压裂液中质量分数为0.35%的增稠剂，表观粘度为140mPa·s，在170S^-1，95℃下，连续剪切30min，粘度保持率在60%以上。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的水基压裂液增稠剂的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

在20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸中加入15重量份的去离子水、5重量份的丙烯酸，然后加入重量分数为5%的氢氧化钠水溶液调节pH至3，再加入10重量份的丙烯酰胺，0.1重量份的络合剂EDTA、0.01重量份的链转移剂异丙醇，在温度30℃下搅拌、通氮气30分钟后加入2重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，0.01重量份的过硫酸钾，反应12小时，得到水基压裂液增稠剂。

实施例2

在50重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸中加入30重量份的去离子水、10重量份的丙烯酸，然后加入重量分数为8%的氢氧化钠水溶液中和pH至7，再加入10重量份的丙烯酰胺，0.5重量份的络合剂EDTA、0.1重量份的链转移剂异丙醇，在温度45℃下搅拌、通氮气30分钟后加入5重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，0.1重量份的过硫酸胺，反应8小时，得到水基压裂液增稠剂。

实施例3

在100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸中加入50重量份的去离子水，8重量份的丙烯酸，然后加入重量分数为10%的氢氧化钠水溶液中和pH至11，再加入10重量份的丙烯酰胺，1重量份的络合剂EDTA、1重量份的链转移剂苯甲酸钠，在温度60℃下搅拌、通氮气30分钟后加入8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，1重量份的过硫酸胺，反应4小时，得到水基压裂液增稠剂。

实施例4

在80重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸中加入45重量份的去离子水，6重量份的丙烯酸，然后加入重量分数为9%的氢氧化钠水溶液中和pH至9，再加入10重量份的丙烯酰胺，0.8重量份的络合剂EDTA、0.5重量份的链转移剂异丙醇，在温度50℃下搅拌、通氮气30分钟后加入6重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，0.5重量份的过硫酸钾，反应5小时，得到多元共聚物耐温水基压裂液增稠剂。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种水基压裂液增稠剂，由包括以下组分的混合物反应得到：

2.根据权利要求1所述的水基压裂液增稠剂，其特征在于，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。

3.根据权利要求1所述的水基压裂液增稠剂，其特征在于，所述链转移剂为异丙醇或苯甲酸钠。

4.根据权利要求1所述的水基压裂液增稠剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

5.一种水基压裂液增稠剂的制备方法，包括以下步骤：

将20～100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、15～50重量份的水、6～8重量份的丙烯酸与氢氧化钠溶液混合，调节pH至3～11，得到第一混合液；

将所述第一混合液、10～15重量份的丙烯酰胺、0.1～1重量份的络合剂与0.01～1重量份的链转移剂混合，得到第二混合液；

将所述第二混合液、2～8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮与0.01～1重量份的引发剂混合，反应后得到水基压裂液增稠剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二混合液的温度控制为30～60℃，同时通入氮气30min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为4～12h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述链转移剂为异丙醇或苯甲酸钠。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钠或过硫酸铵。