CN106632838A - 一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油田压裂技术领域的化学药剂，具体涉及一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂及其制备方法，由去离子水，丙烯酰胺、N‑羟甲基丙烯酰胺、1,4‑丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸，引发聚合制得，本发明产品可与专用交联剂交联，粘度明显增大而具有携砂能力。利用地层水配置的该聚合物水溶液，在浓度为0.2～0.3%即可保证使用效果，解决了聚合物稠化剂耐温耐剪切能力差、抗盐性能差的问题。

Description

一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于油田压裂技术领域的化学药剂，具体涉及一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂及其制备方法。
背景技术
目前国内各油田最普及、最成熟的压裂技术仍旧是采用瓜尔胶压裂液体系，瓜尔胶的来源主要靠从印度、巴基斯坦等国家进口，由于受自然气候条件的影响，其产量波动较大，价格也有较大变动。
近几年市场上也出现了应用于压裂的聚合物，但是技术方面还不成熟，有很多的缺陷，比如冻胶耐高温能力差、抗高矿化度能力差、交联时间不可控、破胶不完全等。
发明内容
本发明的目的是解决压裂用聚合物稠化剂抗温、抗盐能力差，影响压裂效果的问题。
为此，本发明提供了一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂，由去离子水、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，引发聚合制得。
所述的压裂用聚合物稠化剂由以下重量份原料组成：
去离子水 600～700份；
丙烯酰胺 150～220份；
烯丙氧基羟丙基磺酸钠 24～48份；
甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠 20～40份；
N-羟甲基丙烯酰胺 15～28份；
正十八醇 8～10份；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 2～6份；
1,4-丁二醇 2～5份；
交联抑制剂 1～6份；
丙三醇 1～3份；
引发剂 0.2～0.8份。
所述的烯丙氧基羟丙基磺酸钠和甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠的质量比为1.2:1。
所述的交联抑制剂为聚乙二醇400、亚磷酸钠的水溶液，其中各成分的质量比为聚乙二醇400：亚磷酸钠：水=10:13:65。
所述的引发剂为硫酸钾和亚硫酸氢钠的任意比例混合物。
一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂的使用方法，用所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂与专用交联剂交联使用，交联使用量为：每100mL0.2～0.3%的稠化剂溶液，加入专用交联剂0.3～0.5mL。
所述的专用交联剂为十八烷基三甲基氯化铵溶液。
所述的十八烷基三甲基氯化铵溶液为十八烷基三甲基氯化铵、水、乙醇按质量比十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5配制而成。
一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：向反应器中加入600～700重量份去离子水、150～220重量份丙烯酰胺、24～48重量份烯丙氧基羟丙基磺酸钠、20～40重量份甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、15～28重量份N-羟甲基丙烯酰胺、8～10重量份正十八醇、2～6重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2～5重量份1,4-丁二醇、1～6重量份交联抑制剂、1～3重量份丙三醇，调节pH值至7.5；
步骤二：将步骤一中反应器放入冰箱中冷却，待反应液冷却至2～5℃后取出，向反应液中通入氮气30min；然后加入0.2～0.8重量份引发剂，继续通氮气5min，持续反应2h，结束后得到胶状物；
步骤三：将步骤二中得到的胶状物，进行造粒、干燥、粉碎后即得到所需产品。
本发明提供的这种一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂及其制备方法有益效果：
（1）溶胀快：本产品在使用浓度0.2%～0.3%时，溶胀时间为10～30min。
（2）易破胶：本产品可以与十八烷基三甲基氯化铵溶液交联，交联剂的配比为十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5。加入0.02%过硫酸铵正常破胶，破胶液表面张力25.0～35.0mN/m，界面张力0.1～3.0 mN/m。
（3）抗盐性好：本产品在浓度为0.3%时，耐矿化度达到42500mg/L，其中钙镁离子含量可达3119 mg/L。
（4）抗菌能力强：本产品配制成溶液后，放置5天不腐败，无异味，积液粘度降低率＜5%。
（5）耐温耐剪切能力强：本产品在0.2～0.3%浓度时，交联比100:0.5的情况下，在90℃、170s-1的条件下剪切60min粘度为65～90mPa.s。
（6）不溶物含量低：本产品不溶物含量＜0.1%。
（7）使用浓度低：本产品的使用浓度在0.2～0.3%即可保证使用效果。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂，由去离子水、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，引发聚合制得。
原料重量份组成如下：
去离子水 600～700份；
丙烯酰胺 150～220份；
烯丙氧基羟丙基磺酸钠 24～48份；
甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠 20～40份；
N-羟甲基丙烯酰胺 15～28份；
正十八醇 8～10份；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 2～6份；
1,4-丁二醇 2～5份；
交联抑制剂 1～6份；
丙三醇 1～3份；
引发剂 0.2～0.8份。
其中，主要聚合单体烯丙氧基羟丙基磺酸钠和甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠，其质量比为严格的1.2:1；所述的引发剂为硫酸钾和亚硫酸氢钠的任意比例混合物；所述的交联抑制剂为聚乙二醇400、亚磷酸钠的水溶液，各成分的质量比为聚乙二醇400：亚磷酸钠：水=10:13:65，交联抑制剂可以防止聚合反应过程中羟基发生交联。
所述的1,4-丁二醇和丙三醇为产品保护剂，其首要作用是在烘干过程中会先于主链羟基发生交联，由于其结构中存在多个羟基，此交联不会影响到产品的溶解性；其次，交联后会使主链羟基数目增多，增强使用效果。
所述的正十八醇作用为羟基失水可与聚合物主链相连接，使聚合物具有十八碳疏水基团，溶于水后具有疏水缔合效应，使稠化剂的粘度更大，携砂效果更好。同时使聚合物具有表面活性剂的性质，可以降低输送阻力，减少对设备的磨损。
实施例2：
本实施例提供一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂的使用方法，用上述环境友好型压裂用聚合物稠化剂与专用交联剂交联使用，交联使用量为：每100mL0.2～0.3%的稠化剂溶液，加入专用交联剂0.3～0.5mL。
专用交联剂为十八烷基三甲基氯化铵溶液，十八烷基三甲基氯化铵溶液为十八烷基三甲基氯化铵、水、乙醇按质量比十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5配制而成。
这种本发明配合专用交联剂的使用方法，能使稠化剂粘度明显增大而具有携砂能力。
实施例3：
本实施例提供一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：向反应器中加入600～700重量份去离子水、150～220重量份丙烯酰胺、24～48重量份烯丙氧基羟丙基磺酸钠、20～40重量份甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、15～28重量份N-羟甲基丙烯酰胺、8～10重量份正十八醇、2～6重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2～5重量份1,4-丁二醇、1～6重量份交联抑制剂、1～3重量份丙三醇，调节pH值至7.5；
步骤二：将步骤一中反应器放入冰箱中冷却，待反应液冷却至2～5℃后取出，向反应液中通入氮气30min；然后加入0.2～0.8重量份引发剂，继续通氮气5min，持续反应2h，结束后得到胶状物；
步骤三：将步骤二中得到的胶状物，进行造粒、干燥、粉碎后即得到所需产品。
以下结合具体的实施数据进行具体说明：
实施例4：
本实施例中，原料由以下重量份的组分组成：
丙烯酰胺 220份；
N-羟甲基丙烯酰胺 19份；
1,4-丁二醇 5份；
丙三醇 3份；
正十八醇 8份；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 3份；
烯丙氧基羟丙基磺酸钠 24份；
甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠 20份；
交联抑制剂 1.8份；交联抑制剂为聚乙二醇400、亚磷酸钠的水溶液，质量比为聚乙二醇400：亚磷酸钠：水=10:13:65。
去离子水 626份；
过硫酸钾 0.16份；
亚硫酸氢钠 0.09份。
具体制备过程是：
步骤一：反应器中加入去离子水，丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；
步骤二：通氮气除氧30min，加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠在3℃引发聚合，随反应进行，体系温度逐渐升高，最高反应温度69℃；
步骤三：反应结束后取出胶状物，将胶块造粒，将胶粒于70℃干燥后粉碎即得压裂用环境友好型聚合物稠化剂。
本实施例采用以上技术方案，具有以下效果:
（1）溶胀快：在使用浓度0.3%时，溶胀时间为15min。
（2）易破胶：可以与十八烷基三甲基氯化铵溶液交联，交联剂的配比为十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5。加入0.02%过硫酸铵正常破胶，破胶液表面张力28.3mN/m，界面张力0.20mN/m。
（3）抗盐性好：在浓度为0.3%时，耐矿化度达到42500mg/L，其中钙镁离子含量可达3119 mg/L。
（4）抗菌能力强：配制成溶液后，放置5天不腐败，无异味，积液粘度降低率为4.5%。
（5）耐温耐剪切能力强：在0.3%浓度时，交联比100:0.5的情况下，在90℃、170s-1的条件下剪切60min粘度为82mPa.s。
（6）不溶物含量低：不溶物含量0.02%。
（7）使用浓度低：使用浓度在0.2～0.3%即可保证使用效果。
实施例5：
本实施例中，原料由以下重量份的组分组成：
丙烯酰胺 180份；
N-羟甲基丙烯酰胺 24份；
1,4-丁二醇 3份；
丙三醇 1.8份；
正十八醇 9份；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 4份；
烯丙氧基羟丙基磺酸钠 36份；
甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠 30份；
交联抑制剂 2.5份；交联抑制剂为聚乙二醇400、亚磷酸钠的水溶液，质量比为聚乙二醇400：亚磷酸钠：水=10:13:65。
去离子水 638份；
过硫酸钾 0.2份；
亚硫酸氢钠 0.12份；
具体制备过程是：
步骤一：反应器中加入去离子水，丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；
步骤二：通氮气除氧30min，加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠在3℃引发聚合，随反应进行，体系温度逐渐升高，最高反应温度67℃；
步骤三：反应结束后取出胶状物，将胶块造粒，将胶粒于70℃干燥后粉碎即得压裂用环境友好型聚合物稠化剂。
本实施例采用以上技术方案，具有以下效果:
（1）溶胀快：在使用浓度0.3%时，溶胀时间为10min。
（2）易破胶：可以与十八烷基三甲基氯化铵溶液交联，交联剂的配比为十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5。加入0.02%过硫酸铵正常破胶，破胶液表面张力26.9mN/m，界面张力0.15mN/m。
（3）抗盐性好：在浓度为0.3%时，耐矿化度达到42500mg/L，其中钙镁离子含量可达3119 mg/L。
（4）抗菌能力强：配制成溶液后，放置5天不腐败，无异味，积液粘度降低率为3.5%。
（5）耐温耐剪切能力强：在0.3%浓度时，交联比100:0.5的情况下，在90℃、170s-1的条件下剪切60min粘度为88mPa.s。
（6）不溶物含量低：不溶物含量0.02%。
（7）使用浓度低：使用浓度在0.2～0.3%即可保证使用效果。
实施例6：
本实施例中，原料由以下重量份的组分组成：
丙烯酰胺 150份；
N-羟甲基丙烯酰胺 28份；
1,4-丁二醇 2份；
丙三醇 1份；
正十八醇 10份；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 6份；
烯丙氧基羟丙基磺酸钠 48份；
甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠 40份；
交联抑制剂 5份；；交联抑制剂为聚乙二醇400、亚磷酸钠的水溶液，质量比为聚乙二醇400：亚磷酸钠：水=10:13:65。
去离子水 670份；
过硫酸钾 0.3份；
亚硫酸氢钠 0.18份；
具体制备过程是：
步骤一：反应器中加入去离子水，丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；
步骤二：通氮气除氧30min，加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠在4℃引发聚合，随反应进行，体系温度逐渐升高，最高反应温度65℃；
步骤三：反应结束后取出胶状物，将胶块造粒，将胶粒于70℃干燥后粉碎即得压裂用环境友好型聚合物稠化剂。
本实施例采用以上技术方案，具有以下效果:
（1）溶胀快：在使用浓度0.3%时，溶胀时间为5min。
（2）易破胶：可以与十八烷基三甲基氯化铵溶液交联，交联剂的配比为十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5。加入0.02%过硫酸铵正常破胶，破胶液表面张力27.5mN/m，界面张力0.18mN/m。
（3）抗盐性好：在浓度为0.3%时，耐矿化度达到42500mg/L，其中钙镁离子含量可达3119 mg/L。
（4）抗菌能力强：配制成溶液后，放置5天不腐败，无异味，积液粘度降低率为3.8%。
（5）耐温耐剪切能力强：在0.3%浓度时，交联比100:0.5的情况下，在90℃、170s-1的条件下剪切60min粘度为90mPa.s。
（6）不溶物含量低：不溶物含量0.02%。
（7）使用浓度低：使用浓度在0.2～0.3%即可保证使用效果。
实施例7：
本实施例中，原料由以下重量份的组分组成：
丙烯酰胺 200份；
N-羟甲基丙烯酰胺 22份；
1,4-丁二醇 2份；
丙三醇 1.5份；
正十八醇 9份；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 2份；
烯丙氧基羟丙基磺酸钠 30份；
甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠 35份；
交联抑制剂 1份；交联抑制剂为聚乙二醇400、亚磷酸钠的水溶液，质量比为聚乙二醇400：亚磷酸钠：水=10:13:65。
去离子水 600份；
过硫酸钾 0.15份；
亚硫酸氢钠 0.05份；
具体制备过程是：
步骤一：反应器中加入去离子水，丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；
步骤二：通氮气除氧30min，加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠在2℃引发聚合，随反应进行，体系温度逐渐升高，最高反应温度68℃；
步骤三：反应结束后取出胶状物，将胶块造粒，将胶粒于70℃干燥后粉碎即得压裂用环境友好型聚合物稠化剂。
本实施例采用以上技术方案，具有以下效果:
（1）溶胀快：在使用浓度0.3%时，溶胀时间为18min。
（2）易破胶：可以与十八烷基三甲基氯化铵溶液交联，交联剂的配比为十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5。加入0.02%过硫酸铵正常破胶，破胶液表面张力26.8mN/m，界面张力0.13mN/m。
（3）抗盐性好：在浓度为0.3%时，耐矿化度达到42500mg/L，其中钙镁离子含量可达3119 mg/L。
（4）抗菌能力强：配制成溶液后，放置5天不腐败，无异味，积液粘度降低率为3.6%。
（5）耐温耐剪切能力强：在0.3%浓度时，交联比100:0.5的情况下，在90℃、170s-1的条件下剪切60min粘度为87mPa.s。
（6）不溶物含量低：不溶物含量0.06%。
（7）使用浓度低：使用浓度在0.2～0.3%即可保证使用效果。
实施例8：
本实施例中，原料由以下重量份的组分组成：
丙烯酰胺 170份；
N-羟甲基丙烯酰胺 15份；
1,4-丁二醇 3份；
丙三醇 2份；
正十八醇 9份；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 5份；
烯丙氧基羟丙基磺酸钠 40份；
甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠 25份；
交联抑制剂 6份；；交联抑制剂为聚乙二醇400、亚磷酸钠的水溶液，质量比为聚乙二醇400：亚磷酸钠：水=10:13:65。
去离子水 700份；
过硫酸钾 0.5份；
亚硫酸氢钠 0.3份；
具体制备过程是：
步骤一：反应器中加入去离子水，丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；
步骤二：通氮气除氧30min，加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠在5℃引发聚合，随反应进行，体系温度逐渐升高，最高反应温度68℃；
步骤三：反应结束后取出胶状物，将胶块造粒，将胶粒于70℃干燥后粉碎即得压裂用环境友好型聚合物稠化剂。
本实施例采用以上技术方案，具有以下效果:
（1）溶胀快：在使用浓度0.3%时，溶胀时间为18min。
（2）易破胶：可以与十八烷基三甲基氯化铵溶液交联，交联剂的配比为十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5。加入0.02%过硫酸铵正常破胶，破胶液表面张力28.8mN/m，界面张力0.21mN/m。
（3）抗盐性好：在浓度为0.3%时，耐矿化度达到42500mg/L，其中钙镁离子含量可达3119 mg/L。
（4）抗菌能力强：配制成溶液后，放置5天不腐败，无异味，积液粘度降低率为3.9%。
（5）耐温耐剪切能力强：在0.3%浓度时，交联比100:0.5的情况下，在90℃、170s-1的条件下剪切60min粘度为89mPa.s。
（6）不溶物含量低：不溶物含量0.03%。
（7）使用浓度低：使用浓度在0.2～0.3%即可保证使用效果。
综上所述，本发明提供一种耐高温、抗盐性好、溶胀速度快、破胶彻底，压裂用环境友好型聚合物稠化剂及其制备方法。利用地层水配置的该聚合物水溶液，在浓度为0.2～0.3%即可保证使用效果，解决了聚合物稠化剂耐温耐剪切能力差、抗盐性能差的问题。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环境友好型压裂用聚合物稠化剂，其特征在于：由去离子水、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇、丙三醇、正十八醇、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、交联抑制剂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，引发聚合制得。
2.如权利要求1所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂，其特征在于：所述的压裂用聚合物稠化剂由以下重量份原料组成：
去离子水 600～700份；
丙烯酰胺 150～220份；
烯丙氧基羟丙基磺酸钠 24～48份；
甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠 20～40份；
N-羟甲基丙烯酰胺 15～28份；
正十八醇 8～10份；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 2～6份；
1,4-丁二醇 2～5份；
交联抑制剂 1～6份；
丙三醇 1～3份；
引发剂 0.2～0.8份。
3.如权利要求1或2所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂，其特征在于：所述的烯丙氧基羟丙基磺酸钠和甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠的质量比为1.2:1。
4.如权利要求1或2所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂，其特征在于：所述的交联抑制剂为聚乙二醇400、亚磷酸钠的水溶液，其中各成分的质量比为聚乙二醇400：亚磷酸钠：水=10:13:65。
5.如权利要求2所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠的任意比例混合物。
6.一种如权利要求1至5中任意一项所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂的使用方法，其特征在于：用所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂与专用交联剂交联使用，交联使用量为：每100mL0.2～0.3%的稠化剂溶液，加入专用交联剂0.3～0.5mL。
7.如权利要求6所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂的使用方法，其特征在于：所述的专用交联剂为十八烷基三甲基氯化铵溶液。
8.如权利要求7所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂的使用方法，其特征在于：所述的十八烷基三甲基氯化铵溶液为十八烷基三甲基氯化铵、水、乙醇按质量比十八烷基三甲基氯化铵：水：乙醇=40:55:5配制而成。
9.一种如权利要求1至5中任意一项所述的环境友好型压裂用聚合物稠化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：向反应器中加入600～700重量份去离子水、150～220重量份丙烯酰胺、24～48重量份烯丙氧基羟丙基磺酸钠、20～40重量份甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠、15～28重量份N-羟甲基丙烯酰胺、8～10重量份正十八醇、2～6重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2～5重量份1,4-丁二醇、1～6重量份交联抑制剂、1～3重量份丙三醇，调节pH值至7.5；
步骤二：将步骤一中反应器放入冰箱中冷却，待反应液冷却至2～5℃后取出，向反应液中通入氮气30min；然后加入0.2～0.8重量份引发剂，继续通氮气5min，持续反应2h，结束后得到胶状物；
步骤三：将步骤二中得到的胶状物，进行造粒、干燥、粉碎后即得到所需产品。
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