CN104140790A - 一种油田用水溶性聚合物增粘剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油田用水溶性聚合物增粘剂及其制备方法，主要解决水溶性聚合物抗钙能力不足的问题，属油田化学技术领域。本发明制备的水溶性聚合物增粘剂，可以在120℃、氯化钙浓度为15%的水溶液中仍能保持良好的增粘效果。本发明产品可用于钻井液增粘剂，也可用于聚合物驱油剂等油田化学相关领域。另外，本发明原料安全环保、工艺经济简单，易于工业化。

Description

一种油田用水溶性聚合物增粘剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种油田用水溶性聚合物增粘剂及其制备方法，属油田化学技术领域。
背景技术：
抗高浓度氯化钙水溶性聚合物是油田化学研究重点和难点之一。在钻井液技术领域，高浓度氯化钙水基钻井液可以提供良好的井壁稳定性：长城钻井公司钻井液分公司在苏丹地区应用的氯化钙含量为12%的无土相钻井液体系有效地防止了井壁垮塌；钻井特殊化学品分公司（Drilling Special Company）在英国北海中部钻井过程中应用的CaCl2/D聚合物钻井液体系也提供了良好的井壁稳定性，但该类钻井液体系存在钻井液流型调节的问题；在三次采油聚合物驱技术领域，广泛使用的部分水解聚丙烯酰胺耐温抗盐性差、经济效益低，CN 1240795A、CN 102372818A及CN102464761A公开的抗钙聚合物增粘剂，主要是通过向丙烯酰胺类聚合物中引入磺化基团或疏水基团而得，仅可以满足钙离子浓度不高于2000mg/L的低温条件下的（小于100℃）使用需求。
发明内容:
本发明的目的是针对现有油田用增粘剂在高浓度氯化钙条件下增粘效果差的问题，提供一种油田用水溶性聚合物增粘剂及其制备方法。
一种油田用水溶性聚合物增粘剂，含有以下结构通式：
通式中：
-R为-H或CnH2n+1，n=1，2或4；
x+y+z的取值范围为2000～2600，a+b+c的取值范围为2000～2600；
polymer可以是黄原胶或是羟乙基纤维素中的一种。
为实现上述目的，本发明采取以下制备方法：
（1）将质量为1:20～25的聚乙烯醇和去离子水投入到反应器中，在温度为70～90℃条件下搅拌溶解3～4h，得到无色透明的聚乙烯醇水溶液；
（2）加入交联剂，交联剂用量为步骤（1）所得聚乙烯醇水溶液质量的3%～5%；控制温度为70～90℃，在搅拌条件下缓慢加入催化剂调pH值至3～5，保温反应1～5h后用中和剂调pH值至7～8，得到粘性溶液；
（3）控制温度70～90℃、氮气置换条件下，向步骤（2）所得溶液中加入引发剂，引发剂用量为步骤（1）所得溶液质量的0.5%～0.8%，搅拌反应0.5～1h后，得到无色或淡黄色粘性溶液；
（4）按照与聚乙烯醇的质量比为1：0.6～0.8的比例，向步骤（3）所得溶液中加入聚合物polymer，保温70～90℃、氮气置换条件下，搅拌反应1～1.5h后，得到粘稠或胶状物，经真空干燥、粉碎后即得本发明所述的增粘剂。
所述的聚乙烯醇为牌号2099、2399、2488、2499或2699中的一种；
所述的交联剂为甲醛、乙醛或丁醛中的一种；
所述的催化剂可以是无机酸或有机酸，其中：无机酸为盐酸、硫酸或磷酸中的一种；有机酸为对甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸中的一种；
所述的中和剂为NaOH、KOH或Na2CO3中的一种；
所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或硝酸铈铵中的一种；
所述的聚合物polymer为黄原胶或羟乙基纤维素中的一种。
本发明的有益效果是：
本发明以水为反应溶剂，原料安全环保、工艺条件温和，所得产品在15%氯化钙水溶液中经120℃老化16h后可保持良好增粘效果，较市售HPAM等产品具有更为优良的抗钙增粘性能，可以广泛应用于钻井液增粘剂、聚合物驱油剂等油田化学相关领域。
具体实施方式：
实施例1
在装有温度计、冷凝管、搅拌器的反应釜中加入4.6g聚乙烯醇2099和100ml去离子水，常压、70℃下搅拌溶解3h，得到无色透明的聚乙烯醇水溶液；保持反应釜内温度，加入盐酸至pH=3、甲醛溶液4ml，常压下反应3h后得到具有一定粘性的液体，该液体用饱和氢氧化钠水溶液调至pH=7；氮气保护及搅拌条件下将0.6g过硫酸铵加入到釜中保温反应1h；将3.0g黄原胶缓慢加入到反应釜中继续保温反应1.5h，得到淡黄色粘稠物，经真空干燥、粉碎后即得本发明的增粘剂。在浓度为15%的氯化钙水溶液中添加2%的增粘剂，经120℃老化16h后，表观粘度为22mPa﹒s。
实施例2～7的实验和测试步骤与实施例1相同，具体实验条件及测试结果如表1所示。
表2为与实施例1相同的测试条件下，市售增粘剂产品的表观粘度测试结果。
表1和表2数据说明，本发明所述的油田用水溶性聚合物增粘剂，工艺流程简单、反应条件温和，在浓度为15%的氯化钙水溶液中表观粘度达到20mPa.s以上，抗钙增粘性能优于市售HPAM等增粘剂产品。
表2市售产品增粘性能测试结果
实验编号 增粘剂样品 分子量/（万）* 表观粘度/mPa.s
1 市售HPAM 2800 10.5
2 市售磺化聚合物 800 10.0
3 市售聚丙烯酸钾 800 8.5
4 市售FA367 250 7.0
*：按照GBT12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测得（粘度法）测定特性粘数，并按照[η]=3.73×10-4Mw0.66计算分子量。

Claims (8)

1.一种油田用水溶性聚合物增粘剂，其特征是所述的增粘剂含有以下结构通式：
通式中：
-R为-H或CnH2n+1，n=1，2或4；
x+y+z的取值范围为2000～2600，a+b+c的取值范围为2000～2600；
polymer为黄原胶或羟乙基纤维素中的一种。
2.一种如权利要求1所述油田用水溶性聚合物增粘剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将质量为1:20～25的聚乙烯醇和去离子水投入到反应器中，在温度为70～90℃条件下搅拌溶解3～4h，得到无色透明的聚乙烯醇水溶液；
（2）加入交联剂，交联剂用量为步骤（1）所得聚乙烯醇水溶液质量的3%～5%；控制温度为70～90℃，在搅拌条件下缓慢加入催化剂调pH值至3～5，保温反应1～5h后用中和剂调pH值至7～8，得到粘性溶液；
（3）控制温度70～90℃、氮气置换条件下，向步骤（2）所得溶液中加入引发剂，引发剂用量为步骤（1）所得溶液质量的0.5%～0.8%，搅拌反应0.5～1h后，得到无色或淡黄色粘性溶液；
（4）按照与聚乙烯醇的质量比为1：0.6～0.8的比例，向步骤（3）所得溶液中加入聚合物polymer，保温70～90℃、氮气置换条件下，搅拌反应1～1.5h后，得到粘稠或胶状物，经真空干燥、粉碎后即得本发明所述的增粘剂。
3.如权利要求2所述的一种油田用水溶性聚合物增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的聚乙烯醇为牌号2099、2399、2488、2499或2699中的一种。
4.如权利要求2所述的一种油田用水溶性聚合物增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的交联剂为甲醛、乙醛或丁醛中的一种。
5.如权利要求2所述的一种油田用水溶性聚合物增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的催化剂可以是无机酸或有机酸，其中：无机酸为盐酸、硫酸或磷酸中的一种；有机酸为对甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸中的一种。
6.如权利要求2所述的一种油田用水溶性聚合物增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的中和剂为NaOH、KOH或Na2CO3中的一种。
7.如权利要求2所述的一种油田用水溶性聚合物增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或硝酸铈铵中的一种。
8.如权利要求2所述的一种油田用水溶性聚合物增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的聚合物polymer为黄原胶或羟乙基纤维素中的一种。
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