CN113214817A - 一种超高温压裂液稠化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超高温压裂液稠化剂及其制备方法，涉及油气开发稠化剂技术领域；所述稠化剂由丙烯酰胺、丙烯酸、刚性单体共聚而成的共聚物PAAS。本发明还公开超高温压裂液稠化剂的制备方法，包括以下步骤：取丙烯酰胺、丙烯酸和刚性单体，并加入去离子水中，得到混合溶液；将混合溶液加热至45～60℃，并加入引发剂，保温进行聚合反应，其反应时间为6～8h，得到固化的共聚物；将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂。本发明采用丙烯酸、丙烯酰胺和刚性单体形成一种在高温下粘度较大、稳定性良好的稠化剂，解决了现有的稠化剂在高温高压环境下易出现交联键断裂导致稳定性差、粘度降低的问题。

Description

一种超高温压裂液稠化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于油气开发稠化剂技术领域，具体涉及一种超高温压裂液稠化剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着世界经济的发展，各国对石油的需求再不断增加。同时，开采程度不断增加，全球石油的开采难度逐渐加大，因而，压裂作为一种石油开采的增产技术越来越受到重视。压裂的目的在于最大程度提高储层导流能力，达到增加油气产量的目的。压裂时所用的压裂液要求其具有较高的粘度、高的抗剪切性、优异的携砂能力和破胶无残渣、对地层伤害小以及环保性等特点。对于水基压裂液，稠化剂使一种十分重要的主剂，主要作用使提高压裂液的粘度，悬浮和携带支撑剂以及降低压裂液屡失。
目前的压裂液稠化剂主要是天然高分子如瓜胶、羟丙基瓜胶、羧甲基瓜胶、香豆胶等，这类增稠剂其性质和产量受环境和产地影响较大。另一类合成的增稠剂主要是聚丙烯酰胺及其改姓产品，性能较为稳定。随着石油勘探技术的进步，油气资源的开发不断向纵深发展，开发钻探的深井越来越多，这些深井温度有的甚至超过200℃。
目前市场上常用的植物胶压裂液，其稠化剂高分子长链在温度达到170℃时就会迅速讲解，且植物胶压裂液在体系pH值较低时，交联结构发生水解，尤其在高温下水解更为严重。聚丙烯酰胺及其改性产品在高温高盐环境下易水解，且抗剪切性能较差，限制了聚丙烯酰胺及其改性产品在高温高压环境下的应用。
为了解决上述问题，专利一种压裂液用抗高温稠化剂及其制备方法和应用(CN201911175892.8)提供了一种可适用于200℃的高温高压环境下的压裂液稠化剂，其在聚丙烯酰胺中加入了温敏功能单元，使其在高温下利用分子间疏水缔合补偿在高温下断裂的交联键，使压裂液稠化剂在高温下也具有较高粘度。但由于其并没有实际上解决压裂液稠化剂在高温下交联键断裂的问题，导致压裂液稠化剂稳定性不佳。
发明内容
本发明针对目前压裂液稠化剂在高温下水解严重或者稳定性不佳的问题提供了一种超高温压裂液稠化剂，采用丙烯酸、丙烯酰胺和刚性单体形成一种在高温下粘度较大、稳定性良好的稠化剂，解决了现有的稠化剂在高温高压环境下易出现交联键断裂导致稳定性差、粘度降低的问题。
本发明还公开了一种超高温压裂液稠化剂的制备方法，其制备方法简单，易于推广使用。
本发明的具体技术方案为：一种超高温压裂液稠化剂，由丙烯酸、丙烯酰胺、刚性单体共聚而成的共聚物PAAS，所述共聚物的分子表达式为：
Figure BDA0003067305800000021
在上述技术方案中，丙烯酰胺与刚性单体中磺酸基的存在使得聚合物有一定的抗高温性能。
进一步地，所述x:y:z＝1～4:2～4:2～3，R为刚性单体，优选地，所述x:y:z＝1:1:1。
进一步地，所述刚性单体为N-乙烯吡咯烷酮、对苯乙烯磺酸钠、二甲基而烯丙基氯化铵中的至少一种。优选为：对苯乙烯磺酸钠。
本发明还公开了上述超高温压裂液稠化剂的制备方法，其具体包括以下步骤：
步骤一：取丙烯酸、丙烯酰胺和刚性单体，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至45～60℃，并加入引发剂，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为6～8h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂。
进一步地，所述丙烯酸、丙烯酰胺和刚性单体的质量份数比为55～70：15～20：15～20。
进一步地，在所述混合溶液中，丙烯酰胺的质量份数为20～30％。
进一步地，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
进一步地，所述聚合反应的反应温度优选为40～60℃。
进一步地，所述聚合反应的反应时间优选为7～7.5h。
本发明针对目前超疏水材料的迫切需求提供了一种超高温压裂液稠化剂，采用丙烯酸、丙烯酰胺和刚性单体形成一种在高温下粘度较大、稳定性良好的稠化剂，解决了现有的稠化剂在高温高压环境下易出现交联键断裂导致稳定性差、粘度降低的问题。
本发明还公开了超高温压裂液稠化剂的制备方法其制备方法简单，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明公开的一种超高温压裂液稠化剂的反应化学方程式；
具体实施方式
实施例1
本实施例制备一种超高温压裂液稠化剂，其以质量份数计的配方为：55份丙烯酰胺、20份丙烯酸、20份N-乙烯吡咯烷酮、5偶氮二异丁脒盐酸盐、110份去离子水。
其具体制备方法为：
步骤一：按照上述配方取丙烯酸、丙烯酰胺和N-乙烯吡咯烷酮，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至45℃，并加入偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为8h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂A。
实施例2
本实施例制备一种超高温压裂液稠化剂，其以质量份数计的配方为：70份丙烯酰胺、15份丙烯酸、15份N-乙烯吡咯烷酮、3份偶氮二异丁脒盐酸盐、210份去离子水。
其具体制备方法为：
步骤一：按照上述配方取丙烯酸、丙烯酰胺和N-乙烯吡咯烷酮，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至45℃，并加入偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为8h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂B。
实施例3
本实施例制备一种超高温压裂液稠化剂，其以质量份数计的配方为：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、18份N-乙烯吡咯烷酮、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水。
其具体制备方法为：
步骤一：按照上述配方取丙烯酰胺、丙烯酸N-乙烯吡咯烷酮，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至45℃，并加入偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为8h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂C。
实施例4
本实施例制备一种超高温压裂液稠化剂，其以质量份数计的配方为：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、18份N-乙烯吡咯烷酮、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水。
其具体制备方法为：
步骤一：按照上述配方取丙烯酸、丙烯酰胺和N-乙烯吡咯烷酮，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至60℃，并加入偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为6h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂D。
实施例5
本实施例制备一种超高温压裂液稠化剂，其以质量份数计的配方为：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、18份N-乙烯吡咯烷酮、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水。
其具体制备方法为：
步骤一：按照上述配方取丙烯酸、丙烯酰胺和N-乙烯吡咯烷酮，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至55℃，并加入偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为7h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂E。
实施例6
本实施例制备一种超高温压裂液稠化剂，其以质量份数计的配方为：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、18份对苯乙烯磺酸钠、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水。
其具体制备方法为：
步骤一：按照上述配方取丙烯酸、丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至55℃，并加入偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为7h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂F。
实施例7
本实施例制备一种超高温压裂液稠化剂，其以质量份数计的配方为：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、18份对二甲基而烯丙基氯化铵、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水。
其具体制备方法为：
步骤一：按照上述配方取丙烯酸、丙烯酰胺和二甲基而烯丙基氯化铵，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至55℃，并加入偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为7h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂G。
实施例8
本实施例制备一种超高温压裂液稠化剂，其以质量份数计的配方为：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、8份对二甲基而烯丙基氯化铵、10份N-乙烯吡咯烷酮、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水。
其具体制备方法为：
步骤一：按照上述配方取丙烯酸、丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮和二甲基而烯丙基氯化铵，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至55℃，并加入偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为7h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂G。
对比例1
以质量份数计的配方：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、18份N-乙烯吡咯烷酮、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水作为对比例1，其制备方法与实施例5相同，得到对比例1的产物1。
对比例2
以质量份数计的配方：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、18份N-乙烯吡咯烷酮、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水作为对比例2，其制备方法中相较于实施例3改变聚合反应的温度为42℃，其反应时间为8h，得到的对比例2的产物2。
对比例3
以质量份数计的配方：62份丙烯酰胺、18份丙烯酸、18份N-乙烯吡咯烷酮、4份偶氮二异丁脒盐酸盐、170份去离子水作为对比例2，其制备方法中相较于实施例3改变聚合反应的时间为4h，其反应温度为60℃，得到的对比例3的产物3。
对实施例1～8和对比例1～3得到的产物分别用水配制成浓度为0.6％的稀溶液，并在不同温度下进行粘度测试，其测试结果如下：
Figure BDA0003067305800000051
Figure BDA0003067305800000061
应用例1
将上述实施例8制备的产物H和对比例1～3制备的产物配制成浓度为0.6％的稀溶液，并分别以有机锆为交联剂(0.6％)、以有机硅为助排剂(0.15％)，过硫酸铵为破胶剂(0.1％)，得到分别含有产物H、含有产物1、产物2、产物3的稠化剂压裂液体系，并分别评价其性能，其评价结果如下：
Figure BDA0003067305800000062
从上述评价结果可以看出，本申请文件公开的稠化剂在室温～210℃范围内粘度变化较小，其在高温下依然有较好的粘度，且具有较好的携砂性、抗剪切性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超高温压裂液稠化剂，其特征在于，由丙烯酰胺、丙烯酸、刚性单体共聚而成的共聚物PAAS，所述共聚物的分子表达式为：
Figure FDA0003067305790000011
其中，x:y:z＝1～4:2～4:2～3，R为刚性单体。
2.根据权利要求1所述的超高温压裂液稠化剂，其特征在于，所述x:y:z＝1:1:1。
3.根据权利要求1所述的超高温压裂液稠化剂，其特征在于，所述刚性单体为N-乙烯吡咯烷酮、对苯乙烯磺酸钠、二甲基而烯丙基氯化铵中的至少一种。
4.权利要求1～3任一项所述的超高温压裂液稠化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：取丙烯酸、丙烯酰胺和刚性单体，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；
步骤二：将混合溶液加热至45～60℃，并加入引发剂，搅拌混合均匀后，保温进行聚合反应，其反应时间为6～8h，得到固化的共聚物；
步骤三：将得到的共聚物剪碎、干燥、粉碎得到稠化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸、丙烯酰胺和刚性单体的质量份数比为55～70：15～20：15～20。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述混合溶液中，丙烯酰胺的质量份数为20～30％。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的反应温度为55～55℃。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的反应时间为7～7.5h。
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