CN103131404B - 两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂及其制备方法，属于油气藏增产、增注措施用支撑剂压裂液技术领域，由烷基丙烯酰胺、丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸钠水溶液、阳离子单体和乙烯基单体，并引入一种可聚合表面活性剂单体共聚所得。本发明的有益效果：本发明采用的原料均为工业品，反应前不需进行提纯处理，通过加入络合剂，在合适的温度和引发剂引发聚合，制备工艺简单；由于引入了表面活性剂单体，得到的聚合物具有疏水缔合作用，剪切稳定性更强，易溶解、无污染、无伤害、携沙性能好；能够耐180℃高温，适合高温地层的压裂，具有较高的耐剪切性，以满足高流量的压裂施工，具有高的携沙性和无残渣性，对储层无伤害。
Description
技术领域：
本发明涉及两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂及其制备方法，属于油气藏增产、增注措施用支撑剂压裂液技术领域。
技术背景：
油田开发中后期，地下层的水力压裂是一种在回收石油产品物质时提高地下层渗透性的已知方法，是最有效的增产措施之一。由于岩层的孔隙度和渗透率较低，如不进行压裂就无法投入生产，这种方法将粘性液体压裂液倒入井眼，施加压力，引起压裂，流体中的支撑剂保持裂缝开口。稠化剂是压裂施工中必不可少的物质之一，在压裂用冻胶形成前，将稠化剂在水循环过程中配制成溶液，压裂过程中，通过交联剂的作用形成冻胶，从而产生携砂能力，压裂后期通过破胶剂的作用将冻胶液化返排到地面。稠化剂的主要作用是提供压裂过程中的粘度，而在完成压裂操作之后，冻胶要易于破坏以便顺利返排并不对地层产生污染。
目前使用的稠化剂原料有植物胶及其衍生物、纤维素衍生物、生物聚多糖、合成聚合物，常用的是瓜胶、羟丙基瓜胶、香豆胶等。一般合成聚合物有聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺等，上述稠化剂开发及应用方面所存在的问题主要有：（1）大部分国产植物胶存在水不溶物含量较高、增稠能力不强、耐盐性、抗剪切性和抗温性不理想等问题，大部分已淘汰或较少应用，真正能和胍胶衍生物性能接近的为数很少，所以我国长期不能摆脱对胍胶依赖进口的局面。（2）在开发新型聚合物增稠剂方面已取得很多研究成果，有不少开发的新产品具有良好的应用前景，但能实现工业化生产并满足压裂现场作业要求的种类较少，为此尚需加大开发研究力度。（3）我国生产聚多糖衍生物的企业规模与国外相比较小而分散，生产工艺较为陈旧，产量不高，水溶性、增稠能力、耐剪切耐高温等性能和发达国家同类产品相比还有较大的差距。
随着石油开采技术的不断发展和开采难度的增加，人们对压裂液稠化剂提出更新更高的要求。我国陆上很多主力油田已进入中后期开发阶段，埋深超过3500米的低渗透或特低渗透率油气藏等储层占全部可采储量一半以上，石油深采正成为中老油田所面临的必然趋势，现有的压裂液稠化剂一般可以满足90～120℃的底层下使用，已难以满足我国地层温度超过150℃的高温井开采的需要，开发一种耐温性能好，成本适中的无伤害压裂液稠化剂是一项迫切的任务。
发明内容：
本发明的目的是为了解决现有技术存在的稠化剂水不溶物含量较高、增稠能力不强、耐盐性、抗剪切性和抗温性不理想等问题，提供两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂；另一目的在于提供上述两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂的制备方法。
两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂，由烷基丙烯酰胺、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、阳离子单体和乙烯基单体以质量份（10～30）：（5～80）：（30～100）：（5～30）：（3～10）比例搅拌均匀，并加入质量份0.01～0.15可聚合表面活性剂单体共聚所得。
两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂的制备方法，包含以下步骤：
（1）在带有搅拌器和温度计的反应器中，先将30～100质量份质量分数40%2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、290～340质量份去离子水加入搅拌均匀，再加入10～30质量份烷基丙烯酰胺、5～80质量份丙烯酰胺、5～30质量份阳离子单体、3～10质量份乙烯基单体、0.01～0.15质量份可聚合物表面活性剂单体、0.05～0.4质量份络合剂乙二胺四乙酸二钠盐；
（2）用质量分数为5％～15％的氢氧化钠水溶液中将步骤（1）所述的反应混合液pH调到6～10，将反应混合液转入聚合器中，升温至30～70℃，通氮气至氧气除尽，加入0.03～0.2质量份引发剂，反应6～20小时，经过烘干、粉碎即得到两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂。
所述的烷基丙烯酰胺是N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、异丁基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺或N-甲基丙烯酰胺。
所述的乙烯基单体是乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑、N-乙烯基-N-甲基乙酰胺或乙烯基甲酰胺。
所述的阳离子单体是甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
所述的可聚合物表面活性剂是2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸或2-丙烯酰胺基十六烷基磺酸。
所述的引发剂为过硫酸盐，或采用过硫酸盐和亚硫酸盐氧化剂-还原剂作为引发剂，过硫酸盐是过硫酸铵或过硫酸钾，亚硫酸盐是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、无水硫酸钠或硫代硫酸钠。
本发明的有益效果：本发明采用的原料均为工业品，反应前不需进行提纯处理，通过加入络合剂，在合适的温度和引发剂引发聚合，制备工艺简单；由于引入了表面活性剂单体，得到的聚合物具有疏水缔合作用，剪切稳定性更强，易溶解、无污染、无伤害、携沙性能好；能够耐180℃高温，适合高温地层的压裂，具有较高的耐剪切性，以满足高流量的压裂施工，具有高的携沙性和无残渣性，对储层无伤害。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
将30质量份质量分数40%2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、315质量份去离子水加入反应釜，搅拌均匀，然后加入10质量份N，N-二甲基丙烯酰胺、80质量份丙烯酰胺、5质量份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、3质量份乙烯基吡咯烷酮、0.01质量份2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸、0.05质量份乙二胺四乙酸二钠盐、然后用质量分数为15％的氢氧化钠水溶液中将反应混合液的pH调到6，将反应混合液转入聚合器中，升温至40℃，加入0.05质量份的过硫酸铵和0.05质量份的亚硫酸氢钠，通氮气至氧气除尽，反应12小时，经过烘干、粉碎即得到两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂。
实施例2～9按照实施例1的方法，配方和条件见下表：
表1实施例2～9的配方及条件
上述实施例得到的产品为粉状，配制成质量分数0.4%的水溶液，室温下表观粘度在45～65mPa.s，与自制的复合交联剂混合后形成的冻胶可以调挂，破胶后黏度小于5.0mPa.s，无水不溶物，能够耐180℃高温，适合高温地层的压裂，具有较高的耐剪切性，以满足高流量的压裂施工。
Claims (3)
1.两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂，其特征在于：由包含以下步骤的方法制备得到：
（1）在带有搅拌器和温度计的反应器中，先将30~100质量份质量分数40% 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、290~340质量份去离子水加入搅拌均匀，再加入10~30质量份烷基丙烯酰胺、5~80质量份丙烯酰胺、5~30质量份阳离子单体、3~10质量份乙烯基单体、0.01~0.15质量份可聚合物表面活性剂单体、0.05~0.4质量份络合剂乙二胺四乙酸二钠盐；
（2）用质量分数为5%~15%的氢氧化钠水溶液中将步骤（1）所述的反应混合液pH调到6~10，将反应混合液转入聚合器中，升温至30~70℃，通氮气至氧气除尽，加入0.03~0.2质量份引发剂，反应6~20小时，经过烘干、粉碎即得到两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂；
所述的烷基丙烯酰胺是N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、异丁基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺或N-甲基丙烯酰胺；
所述的乙烯基单体是乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑、N-乙烯基-N-甲基乙酰胺或乙烯基甲酰胺；
所述的阳离子单体是甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；
所述的可聚合物表面活性剂单体是2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸或2-丙烯酰胺基十六烷基磺酸。
2.两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）在带有搅拌器和温度计的反应器中，先将30~100质量份质量分数40% 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、290~340质量份去离子水加入搅拌均匀，再加入10~30质量份烷基丙烯酰胺、5~80质量份丙烯酰胺、5~30质量份阳离子单体、3~10质量份乙烯基单体、0.01~0.15质量份可聚合物表面活性剂单体、0.05~0.4质量份络合剂乙二胺四乙酸二钠盐；
（2）用质量分数为5%~15%的氢氧化钠水溶液中将步骤（1）所述的反应混合液pH调到6~10，将反应混合液转入聚合器中，升温至30~70℃，通氮气至氧气除尽，加入0.03~0.2质量份引发剂，反应6~20小时，经过烘干、粉碎即得到两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂；
所述的烷基丙烯酰胺是N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、异丁基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺或N-甲基丙烯酰胺；
所述的乙烯基单体是乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑、N-乙烯基-N-甲基乙酰胺或乙烯基甲酰胺；
所述的阳离子单体是甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；
所述的可聚合物表面活性剂单体是2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸或2-丙烯酰胺基十六烷基磺酸。
3.根据权利要求2所述的两性离子型聚合物水基压裂液稠化剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸盐，或采用过硫酸盐和亚硫酸盐、硫代硫酸钠作为引发剂，过硫酸盐是过硫酸铵或过硫酸钾，亚硫酸盐是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠。
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