CN113563505B - 一种耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂及其制备方法,属于油气田开采技术领域。所述方法为:(1)将非离子水溶性单体和阳离子单体溶解在水中,得到第一混合液;(2)将抗盐单体、耐温单体、疏水单体、渗透剂和助溶剂溶解在所述第一混合液中,得到第二混合液;(3)将扩链剂溶解在所述第二混合液中,得到第三混合液;(4)将所述第三混合液通氮除氧,然后依次加入偶氮类引发剂、络合剂、分子量调节剂、氧化还原引发剂引发聚合反应,得到聚合凝胶;(5)将所述聚合凝胶干燥,然后经磨碎后,制得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂。本发明制得的酸液稠化剂具有增黏能力强、受剪切影响小、耐酸稳定,耐温性良好,对地层二次伤害小等特点。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开采技术领域,具体涉及一种耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂及其制备方法。
背景技术
酸化处理技术是油气井增产、水井增注的主要措施之一。它利用酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物(粘土、钻井泥浆、完井液等)溶解和溶蚀作用,恢复或提高地层空隙和裂缝的渗透性。在常规酸化施工中,存在如下缺点:(1)酸岩反应速度快,酸的穿透距离短,只能消除近井地带的伤害;(2)增大酸的浓度可增加酸的穿透距离,但又产生严重的泥砂及乳状液堵塞,给防腐蚀带来困难;(3)增产有效期通常短,砂岩经土酸处理之后,由于粘土其他微粒运移堵塞油流通道,造成酸化初期增产而后期产量迅速递减。可见,酸化处理中的一个重要问题是因酸液与井眼附近地层的碳酸盐作用太快,形成溶洞,砂粒间大部分胶结物被溶去,严重时引起地层出砂,而离井眼较远的地层得不到适当的酸化。因此控制酸与地层岩石的反应速度成为酸化研究中一个特别突出的问题。由于酸与地层岩石的反应为液固反应,其过程可分为三步:(1)液相中的氢离子向岩石表面扩散;(2)氢离子与岩石表面反应;(3)反应产物由岩石表面扩散到液相中。由此可见,只需在酸液中加入某些聚合物(稠化剂)使酸液粘度增加形成稠化酸,有目的地降低氢离子向岩石表面的扩散速度,这样可以延缓酸岩的反应速度,达到深度酸化的目的。加入稠化剂能提高酸液的粘度,降低活性酸向裂缝面的扩散速度,同时形成的胶体网状结构能有效地阻止氢离子的活动,从而使酸液消耗速率降低,增大酸液的作用距离,延缓酸岩的反应时间,增加裂缝的宽度,提高地层渗透率,与常规酸相比,稠化酸具有良好的缓速能力、降滤失能力、造缝、携砂与减阻的能力,同时能减轻对地层的二次伤害,不受施工规模大小的影响。
现有大量的基础研究表明,酸液稠化剂性能的优劣将直接影响到酸化施工作业的成败。随着油气储层施工环境愈发复杂化,一些常规的酸液稠化剂增黏能力弱、受剪切影响大、耐酸稳定性和耐温性差等缺点表现得也愈发突出。现有的酸液稠化剂普通存在在较高温度下粘度较差,剪切粘度保留率低,溶解时间长,会增加成本等问题。
因此,研制具有高增黏性、耐温抗剪切性和耐酸性的新型酸化压裂液用稠化剂具有十分重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题,本发明提供了一种耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂及其制备方法。本发明制备的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂具有增黏能力强、受剪切影响小、耐酸稳定,耐温性良好,对地层二次伤害小等特点。
本发明在第一方面提供了一种耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将非离子水溶性单体和阳离子单体溶解在水中,得到第一混合液;
(2)将抗盐单体、耐温单体、疏水单体、渗透剂和助溶剂溶解在所述第一混合液中,得到第二混合液;所述抗盐单体为2-丙烯酰胺乙基磺酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、叔丁基丙烯酰胺磺酸、3-甲基丙烯酰胺基丙基磺酸钾、6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠中的一种或多种;所述耐温单体为乙烯基苯磺酸、二乙烯基苯磺酸、4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、2,2'-二苯磺酸中的一种或多种;所述疏水单体为甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、N-丁基丙烯酰胺、N-癸基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵中的一种或多种;
(3)将扩链剂溶解在所述第二混合液中,得到第三混合液;
(4)将所述第三混合液通氮除氧,然后依次加入偶氮类引发剂、络合剂、分子量调节剂、氧化还原引发剂引发聚合反应,得到聚合凝胶;
(5)将所述聚合凝胶干燥,然后经磨碎后,得到耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂。
优选地,所述非离子水溶性单体为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种;所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵中的一种或多种;所述渗透剂为烷基酚聚氧乙烯醚、仲辛醇聚氧乙烯醚JFC-2、异辛醇聚氧乙烯醚JFC-3、葡萄糖酸盐中的一种或多种;所述助溶剂为壬基酚聚氧乙烯醚、乙基苯基聚乙二醇、乙二醇二丙烯酸盐、二甘醇二丙烯酸盐中的一种或多种;所述扩链剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、三乙二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯中的一种或多种;所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐和/或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐;所述络合剂为乙二酸四乙酸二钠、二乙基三胺五乙酸三钠、乙二胺四亚甲基膦酸钠、柠檬酸钠中的一种或多种;所述分子量调节剂为甲酸钠、异丙醇、硫醇、次磷酸钠中的一种或多种;所述氧化还原引发剂中的氧化剂为过硫酸盐、过氧化氢、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、过氧化二叔丁基中的一种或多种;和/或所述氧化还原引发剂中的还原剂为亚硫酸盐、焦亚硫酸盐、硫代硫酸盐、硫酸亚铁、抗坏血酸中的一种或多种。
优选地,所述抗盐单体由叔丁基丙烯酰胺磺酸和6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠按照质量比为1:(0.6~1)混合而成;所述耐温单体由乙烯基苯磺酸和4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸按照质量比为1:(0.2~0.6)混合而成;所述疏水单体由丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵按照质量比为(0.5~1):1混合而成。
优选地,所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵通过如下步骤制得:(a)将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和溴代十六烷溶解于丙酮中,得到反应用溶液;(b)将所述反应用溶液在室温密闭避光条件下静置72~96h,得到反应液;(c)从所述反应液中分离出作为固相产物的甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵。
优选地,所述甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与所述溴代十六烷的摩尔比为1:(1.1~1.3);和/或所述甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与所述溴代十六烷的总用量与所述丙酮的质量比为1:(2~3)。
优选地,在制备所述耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的各原料中:所述非离子水溶性单体的重量份数为150~200份;所述阳离子单体的重量份数为200~250份;所述水的重量份数为550~650份;所述抗盐单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.5~1wt%;所述耐温单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.2~0.5wt%;所述疏水单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的1~5wt%;所述渗透剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.3~0.5wt%;所述扩链剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.01~0.1wt%;所述助溶剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的1~5wt%;所述偶氮类引发剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.005~0.01wt%;所述络合剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.005~0.01wt%;所述分子量调节剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.0008~0.003wt%;所述氧化还原引发剂中的氧化剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.003~0.01wt%;和/或所述氧化还原引发剂中的还原剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.003~0.01wt%。
优选地,在进行步骤(4)之前,还包括将所述第三混合液的pH调节为2~4的步骤。
优选地,在步骤(4)中:将所述第三混合液在温度为0~2℃的条件下通氮除氧;在温度为0~2℃的条件引发聚合反应;和/或聚合反应的时间为2.5~4h。
优选地,在步骤(5)中:将所述聚合凝胶在60~80℃下干燥2~3h。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果:
(1)本发明中引入了耐温单体和抗盐单体,所得的聚合物(耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂)对温度不是很敏感,即使在地层高温和高矿化度条件下也有很好的粘度,更有利于石油的开采。再者,本发明在聚合物中加入了渗透剂和助溶剂,具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,能够降低动态外表张力和静态外表张力,并使其迅速向外表搬迁,使酸液稠化剂在酸液中有更好的溶解性和耐酸性,且溶解48h内无亲水亲油沉淀生成;其次,在一些优选的实施方案中,本发明引入了更合适的耐温单体和抗盐单体,并且所述耐温单体和所述抗盐单体中具有刚性基团苯环,能够使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的抗剪切性能大大提高,使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的增稠稳定性得到增强。
(2)本发明中引入了疏水单体,疏水性增强,能发生疏水缔合作用;随着温度的升高,分子间发生疏水缔合和氢键缔合作用,分子动力学链长体积增大,使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂粘度增大;同时,本发明引入了扩链剂,形成了物理网络结构,抑制了氢离子的活动,降低了酸液中氢离子向裂缝的扩散速度,大大降低了酸液的消耗速率,增大了作用距离,有利于提高地层渗透率。
(3)本发明现场配置简单,耐温单体、抗盐单体、疏水单体、渗透剂、助溶剂、扩链剂等用量少,在加量较小的情况下就有较好的增粘效果,大大降低了所需成本;而且,本发明制备的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂作为阳离子聚合物,有防止黏土膨胀和微粒运移作用,排液性能好,与酸液用其他添加剂(如缓蚀剂、铁离子稳定剂、助排剂等)配伍性能良好,减少了对地层的二次伤害。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将非离子水溶性单体和阳离子单体溶解在水中,得到第一混合液;在本发明中,所述水优选为去离子水;在一些具体实施例中,所述步骤(1)例如为:室温下(例如室温20~30℃),将非离子水溶性单体和阳离子单体分别加入到去离子水中,然后在转速300r/min条件下搅拌15min至所述非离子水溶性单体和所述阳离子单体全部溶于去离子水中,得到所述第一混合液。
(2)将抗盐单体、耐温单体、疏水单体、渗透剂和助溶剂溶解在所述第一混合液中,得到第二混合液;所述抗盐单体为2-丙烯酰胺乙基磺酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、叔丁基丙烯酰胺磺酸(别名:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS)、3-甲基丙烯酰胺基丙基磺酸钾、6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠中的一种或多种;所述耐温单体为乙烯基苯磺酸、二乙烯基苯磺酸、4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、2,2'-二苯磺酸中的一种或多种;所述疏水单体为甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、N-丁基丙烯酰胺、N-癸基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵中的一种或多种;在一些具体的实施例中,所述步骤(2)例如为:将抗盐单体、耐温单体、疏水单体、渗透剂、助溶剂分别加入到步骤(1)得到的所述第一混合液中,在转速300r/min条件下搅拌30min后至所述抗盐单体、所述耐温单体、所述疏水单体、所述渗透剂和所述助溶剂全部溶解在所述第一混合液中,得到所述第二混合液。
(3)将扩链剂溶解在所述第二混合液中,得到第三混合液;在一些具体的实施例中,所述步骤(3)例如为:将扩链剂加入到步骤(2)得到的所述第二混合液中,在转速300r/min条件下搅拌15min后至所述扩链剂全部溶解在所述第二混合液中,得到第三混合液,并调节所述第三混合液的pH至2~4;在本发明中,例如采用常规的pH调节剂将pH调节至2~4即可,在一些具体的实施例中,所述pH调节剂例如可以为氨基磺酸和/或氢氧化纳;本发明对所述pH调节剂的用量也没有特别的要求,只要能够将pH调节至目标范围内即可。
(4)将所述第三混合液通氮除氧,然后依次加入偶氮类引发剂、络合剂、分子量调节剂、氧化还原引发剂引发聚合反应,得到聚合凝胶;在本发明中,氧化还原引发剂由氧化剂和还原剂组成;在一些具体的实施例中,所述步骤(4)例如为:将步骤(3)得到的所述第三混合液倒入保温设备中,在0~2℃条件下通氮除氧20~40min,优选为通氮除氧30min,然后依次加入偶氮类引发剂、络合剂、分子量调节剂、氧化还原引发剂在0~2℃条件下引发聚合反应,在0~2℃下加入氧化还原引发剂引发聚合反应后使得聚合反应自然升温,在进行自然升温的聚合反应2.5~4h后,优选为进行自然升温的聚合反应3h,得到乳白色凝胶产物,即为所述聚合凝胶。
(5)将所述聚合凝胶干燥,然后经磨碎后,得到耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂(可简记为酸液稠化剂);在一些具体的实施例中,所述步骤(5)例如为:将所述聚合凝胶在60~80℃下真空干燥2~3h,然后经磨碎后,制得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂;本发明对干燥后的聚合凝胶的磨碎程度没有特别的要求,优选的是,经磨碎后得到粒径为20~100目的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂。
本发明中引入了耐温单体和抗盐单体,所得的聚合物(耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂)对温度不是很敏感,即使在地层高温和高矿化度条件下也有很好的粘度,更有利于石油的开采。再者,本发明在聚合物中加入了渗透剂和助溶剂,具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,能够降低动态外表张力和静态外表张力,并使其迅速向外表搬迁,使耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂在酸液中有更好的溶解性和耐酸性,且溶解48h内无亲水亲油沉淀生成;其次,在一些优选的实施方案中,本发明引入了更合适的耐温单体和抗盐单体,并且所述耐温单体和所述抗盐单体中具有刚性基团苯环,能够使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的抗剪切性能大大提高,使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的增稠稳定性得到增强。本发明中引入了疏水单体,疏水性增强,能发生疏水缔合作用;随着温度的升高,分子间发生疏水缔合和氢键缔合作用,分子动力学链长体积增大,使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂粘度增大;同时,本发明引入了扩链剂,形成了物理网络结构,抑制了氢离子的活动,降低了酸液中氢离子向裂缝的扩散速度,大大降低了酸液的消耗速率,增大了作用距离,有利于提高地层渗透率。
根据一些优选的实施方式,所述非离子水溶性单体为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种;所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵中的一种或多种;所述渗透剂为烷基酚聚氧乙烯醚、仲辛醇聚氧乙烯醚JFC-2、异辛醇聚氧乙烯醚JFC-3、葡萄糖酸盐中的一种或多种;在本发明中,所述仲辛醇聚氧乙烯醚JFC-2和所述异辛醇聚氧乙烯醚JFC-3均可以直接从市面上直接购买得到;在本发明中,所述烷基酚聚氧乙烯醚例如可以为烷基酚聚氧乙烯醚中的TX-10(即壬基酚聚氧乙烯醚TX-10)、TX-15(即壬基酚聚氧乙烯醚TX-15)、OP-10(即辛基酚聚氧乙烯醚OP-10)等,其中,TX-10、TX-15、OP-10为烷基酚聚氧乙烯醚中的不同产品型号,均可以直接从市面上购买得到;所述助溶剂为壬基酚聚氧乙烯醚(例如壬基酚聚氧乙烯醚TX-10、壬基酚聚氧乙烯醚TX-15)、乙基苯基聚乙二醇(例如乙基苯基聚乙二醇NP-40)、乙二醇二丙烯酸盐、二甘醇二丙烯酸盐中的一种或多种;所述扩链剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、三乙二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯中的一种或多种;在本发明中,所述聚乙二醇二丙烯酸酯可以从市面上直接购买得到;所述聚乙二醇二丙烯酸酯的别称为二丙烯酸酯聚乙二醇,CAS号为26570-48-9,在本发明中,优选为采用平均分子量为400~2000的聚乙二醇二丙烯酸酯;所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐和/或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐;所述络合剂为乙二酸四乙酸二钠、二乙基三胺五乙酸三钠、乙二胺四亚甲基膦酸钠、柠檬酸钠中的一种或多种;所述分子量调节剂为甲酸钠、异丙醇、硫醇、次磷酸钠中的一种或多种;所述氧化还原引发剂中的氧化剂为过硫酸盐、过氧化氢、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、过氧化二叔丁基中的一种或多种;和/或所述氧化还原引发剂中的还原剂为亚硫酸盐、焦亚硫酸盐、硫代硫酸盐、硫酸亚铁、抗坏血酸中的一种或多种。
根据一些优选的实施方式,所述抗盐单体由叔丁基丙烯酰胺磺酸和6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠按照质量比为1:(0.6~1)(例如1:0.6、1:0.65、1:0.7、1:0.75、1:0.8、1:0.85、1:0.9、1:0.95或1:1)混合而成,本发明发现该抗盐单体的加入能够使分子链对盐水里的金属离子变的非常不敏感,分子量不易卷曲,更易伸展,能达到更好的抗盐的效果;所述耐温单体由乙烯基苯磺酸和4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸按照质量比为1:(0.2~0.6)(例如1:0.2、1:0.25、1:0.3、1:0.35、1:0.4、1:0.45、1:0.5、1:0.55或1:0.6)混合而成,本发明发现该耐温单体的加入,能够使聚合物在地层高温处分子链更不易断裂,聚合物溶液粘度下降程度更加缓慢;所述疏水单体由丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵按照质量比为(0.5~1):1(例如0.5:1、0.55:1、0.6:1、0.65:1、0.7:1、0.75:1、0.8:1、0.85:1、0.9:1、0.95:1或1:1)混合而成,本发明发现该疏水单体的加入,使亲水性大分子链上带有少量疏水基团,分子链发生疏水缔合作用相互缠绕形成以分子缔合为主的物理网络结构,流体力学体积增大更明显,粘度上升更明显,表现出更好的耐剪切和增稠效果。
本发明优选为采用的所述耐温单体和所述抗盐单体中引入了刚性基团苯环,能够使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的抗剪切性能大大提高,使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的增稠稳定性得到增强;特别是,本发明经过大量的创造性实验,得到了所述抗盐单体、所述耐温单体和所述疏水单体最优的种类选择,本发明发现,当所述抗盐单体由叔丁基丙烯酰胺磺酸和6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠按照质量比为1:(0.6~1)混合而成,所述耐温单体由乙烯基苯磺酸和4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸按照质量比为1:(0.2~0.6)混合而成,并且,所述疏水单体由丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵按照质量比为(0.5~1):1混合而成时,能够使本发明制备的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的增黏能力更强、受剪切影响最小、耐酸稳定性最好以及耐温性能最好。
根据一些优选的实施方式,所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵通过如下步骤制得:
(a)将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和溴代十六烷(别名:1-溴十六烷)溶解于丙酮中,得到反应用溶液;
(b)将所述反应用溶液在室温密闭避光条件下静置72~96h(例如72、76、80、84、88、92或96h),得到反应液;在本发明中,所述室温指的是室温20~30℃;
(c)从所述反应液中分离出作为固相产物的甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵;在本发明中,优选为所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵通过步骤(a)、步骤(b)和步骤(c)制备而成,相比从市面上直接购买的甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵,本发明经步骤(a)、步骤(b)和步骤(c)制备得到的所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵具有原料成本低,制备工艺简单等优点,并且更重要的是,本发明发现,采用本发明步骤(a)、步骤(b)和步骤(c)制备得到的所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵具有使得耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂抗剪切性能更稳定,增粘性能更好的优点。
在本发明中,甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与溴代十六烷之间发生季铵化反应得到甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵,反应式如下所示。
根据一些优选的实施方式,所述甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与所述溴代十六烷的摩尔比为1:(1.1~1.3)(例如1:1.1、1:1.2或1:1.3),优选为1:1.2;和/或所述甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与所述溴代十六烷的总用量与所述丙酮的质量比为1:(2~3)(例如1:2、1:2.2、1:2.4、1:2.6、1:2.8或1:3),优选为1:2.4。
根据一些具体的实施方式,所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵的制备为:将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与溴代十六烷按照摩尔比为1:1.2称取总用量25g于容器中,再加入60g丙酮,搅拌使甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与溴代十六烷溶解在丙酮中,得到反应用溶液;然后将所述反应用溶液在室温下密闭避光静置84h,得到反应液;将所述反应液低温冷却后抽滤,用丙酮反复洗涤多次,在恒温25℃下真空干燥36h,得到白色晶体产物即为所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵。
根据一些优选的实施方式,在制备所述耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的各原料中:所述非离子水溶性单体的重量份数为150~200份(例如150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或200份);所述阳离子单体的重量份数为200~250份(例如200、205、210、215、220、225、230、235、240、245或250份);所述水的重量份数为550~650份(例如550、555、560、565、570、575、580、585、590、595、600、605、610、615、620、625、630、635、640、645或650份);所述抗盐单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.5~1wt%(例如0.5wt%、0.55wt%、0.6wt%、0.65wt%、0.7wt%、0.75wt%、0.8wt%、0.85wt%、0.9wt%、0.95wt%或1wt%);所述耐温单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.2~0.5wt%(例如0.2wt%、0.25wt%、0.3wt%、0.35wt%、0.4wt%、0.45wt%或0.5wt%);所述疏水单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的1~5wt%(例如1wt%、1.5wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%或5wt%);所述渗透剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.3~0.5wt%(例如0.3wt%、0.35wt%、0.4wt%、0.45wt%或0.5wt%);所述扩链剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.01~0.1wt%(例如0.01wt%、0.015wt%、0.02wt%、0.025wt%、0.03wt%、0.035wt%、0.04wt%、0.045wt%、0.05wt%、0.055wt%、0.06wt%、0.065wt%、0.07wt%、0.075wt%、0.08wt%、0.085wt%、0.09wt%、0.095wt%或0.1wt%);所述助溶剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的1~5wt%(例如1wt%、1.5wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%或5wt%);所述偶氮类引发剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.005~0.01wt%(例如0.005wt%、0.0055wt%、0.006wt%、0.0065wt%、0.007wt%、0.0075wt%、0.008wt%、0.0085wt%、0.009wt%、0.0095wt%或0.01wt%);所述络合剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.005~0.01wt%(例如0.005wt%、0.0055wt%、0.006wt%、0.0065wt%、0.007wt%、0.0075wt%、0.008wt%、0.0085wt%、0.009wt%、0.0095wt%或0.01wt%);所述分子量调节剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.0008~0.003wt%(例如0.0008wt%、0.0009wt%、0.001wt%、0.0015wt%、0.002wt%、0.0025wt%或0.003wt%);所述氧化还原引发剂中的氧化剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.003~0.01wt%(例如0.003wt%、0.0035wt%、0.004wt%、0.0045wt%、0.005wt%、0.0055wt%、0.006wt%、0.0065wt%、0.007wt%、0.0075wt%、0.008wt%、0.0085wt%、0.009wt%、0.0095wt%或0.01wt%);和/或所述氧化还原引发剂中的还原剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.003~0.01wt%(例如0.003wt%、0.0035wt%、0.004wt%、0.0045wt%、0.005wt%、0.0055wt%、0.006wt%、0.0065wt%、0.007wt%、0.0075wt%、0.008wt%、0.0085wt%、0.009wt%、0.0095wt%或0.01wt%);在本发明中,优选为制备所述耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的各原料的用量具有该合适的用量配比,特别是所述抗盐单体的用量优选为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.5~1wt%,所述耐温单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.2~0.5wt%,并且所述疏水单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的1~5wt%,如此才有利于保证制得溶解性更好、增粘能力更强、抗剪切能力更好、耐酸稳定性更好以及耐温抗盐性能更佳的所述耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂;在本发明中,“wt%”表示的是质量百分含量。
根据一些优选的实施方式,在进行步骤(4)之前,还包括将所述第三混合液的pH调节为2~4(例如2、3或4)的步骤;在本发明中,优选为在进行步骤(4)之前,还包括将所述第三混合液的pH调节为2~4的步骤,若pH太高,不易于聚合反应的进行。
根据一些优选的实施方式,将所述第三混合液在温度为0~2℃的条件下通氮除氧;在温度为0~2℃的条件引发聚合反应;和/或聚合反应的时间为2.5~4h(例如2.5、3、3.5或4h)。
根据一些优选的实施方式,在步骤(5)中:将所述聚合凝胶在60~80℃(例如60℃、65℃、70℃、75℃或80℃)下干燥2~3h(例如2、2.5或3h)。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明,但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
制备耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的各原料为:
非离子水溶性单体丙烯酰胺150g,阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵200g,抗盐单体叔丁基丙烯酰胺磺酸1.09g,抗盐单体6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠0.66g,耐温单体乙烯基苯磺酸0.58g,耐温单体4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸0.12g,疏水单体丙烯酸丁酯1.17g,疏水单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵2.33g,渗透剂异辛醇聚氧乙烯醚(JC-3)1.05g,扩链剂聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯)0.035g,助溶剂壬基酚聚氧乙烯基醚(壬基酚聚氧乙烯基醚TX-10)3.5g,偶氮类引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐0.02g,络合剂乙二酸四乙酸二钠0.02g,分子量调节剂甲酸钠0.005g,氧化剂叔丁基过氧化氢0.012g,还原剂焦亚硫酸钠0.012g,去离子水639g;其中,疏水单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵的制备为:将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与溴代十六烷按照摩尔比为1:1.2称取总用量25g于容器中,再加入60g丙酮,搅拌使甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与溴代十六烷溶解在丙酮中,得到反应用溶液;然后将所述反应用溶液在室温下密闭避光静置84h,得到反应液;将所述反应液低温冷却后抽滤,用丙酮反复洗涤多次,在恒温25℃下真空干燥36h,得到白色晶体产物即为所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵。
聚合过程如下步骤所示:
①在室温25℃下,将非离子水溶性单体和阳离子单体分别加入到去离子水中,然后在转速300r/min条件下搅拌15min至所述非离子水溶性单体和所述阳离子单体全部溶于去离子水中,得到所述第一混合液。
②将抗盐单体、耐温单体、疏水单体、渗透剂、助溶剂分别加入到步骤①得到的所述第一混合液中,在转速300r/min条件下搅拌30min后至所述抗盐单体、所述耐温单体、所述疏水单体、所述渗透剂和所述助溶剂全部溶解在所述第一混合液中,得到所述第二混合液。
③将扩链剂加入到步骤②得到的所述第二混合液中,在转速300r/min条件下搅拌15min后至所述扩链剂全部溶解在所述第二混合液中,得到第三混合液,并调节所述第三混合液的pH至3。
④将步骤③得到的第三混合液倒入保温设备中,在0~2℃条件下通氮除氧30min,然后依次加入偶氮类引发剂、络合剂、分子量调节剂、氧化还原引发剂在0~2℃条件下引发聚合反应并使得聚合反应自然升温,在进行自然升温的聚合反应3h后(即聚合反应自然升温直至反应结束,用时3h),得到乳白色凝胶产物即聚合凝胶。
⑤将所得的聚合凝胶于70℃真空干燥3h,然后经磨碎后,得到白色颗粒固体,即为耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同,不同之处在于:
非离子水溶性单体为N-羟甲基丙烯酰胺150g,阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵200g。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同,不同之处在于:
非离子水溶性单体为丙烯酰胺170g,阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵210g,去离子水609g。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同,不同之处在于:
抗盐单体叔丁基丙烯酰胺磺酸1.31g,抗盐单体6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠0.79g。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同,不同之处在于:
疏水单体丙烯酸丁酯2.33g,疏水单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵4.66g。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同,不同之处在于:
抗盐单体仅为6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠1.75g,不包含叔丁基丙烯酰胺磺酸。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同,不同之处在于:
耐温单体仅为4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸0.7g,不包含乙烯基苯磺酸。
实施例8
实施例8与实施例1基本相同,不同之处在于:
疏水单体仅为甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵3.5g,不包含丙烯酸丁酯。
实施例9
实施例9与实施例1基本相同,不同之处在于:
抗盐单体仅为叔丁基丙烯酰胺磺酸1.75g,不包含6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠;耐温单体仅为乙烯基苯磺酸0.7g,不包含4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸;疏水单体仅为丙烯酸丁酯3.5g,不包含甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵。
实施例10
实施例10与实施例1基本相同,不同之处在于:
抗盐单体仅为6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠1.75g,不包含叔丁基丙烯酰胺磺酸;耐温单体仅为4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸0.7g,不包含乙烯基苯磺酸;疏水单体仅为甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵3.5g,不包含丙烯酸丁酯。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同,不同之处在于:制备酸液稠化剂的原料中不包含抗盐单体,聚合体系不加抗盐单体。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同,不同之处在于:制备酸液稠化剂的原料中不包含耐温单体,聚合体系不加耐温单体。
对比例3
对比例3与实施例1基本相同,不同之处在于:制备酸液稠化剂的原料中不包含疏水单体,聚合体系不加疏水单体。
性能评价
(1)抗剪切性能评价
将实施例1~10以及对比例1~3制得的聚合物产品(酸液稠化剂)加入到20%的盐酸溶液中配制成1.0wt%的聚合物溶液,在30℃下剪切120min,剪切速率分别为170s-1和511s-1,测试剪切后的表观粘度,分别记作η1和η2,评价聚合物溶液的抗剪切性能,结果如表1所示
(2)耐温性能评价
将实施例1~10以及对比例1~3制得的聚合物产品(酸液稠化剂)加入到20%的盐酸溶液中配成1.0wt%的聚合物溶液,测试聚合物溶液在30℃、170s-1剪切速率下剪切120min的表观粘度,即η1;然后将聚合物溶液升温至150℃,恒温240min后取出,自然冷却至30℃后测试聚合物溶液在170S -1剪切速率下的表观粘度,记作η3,评价聚合物溶液的耐温性能,结果如表1所示。
本发明所述的20%的盐酸溶液指的是质量浓度为20%的盐酸水溶液。
表1:实施例1~10以及对比例1~3中的酸液稠化剂的抗剪切性能和耐温性能的数据表。
由表1的数据可以看出,本发明实施例1~5制得的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂即使是在高浓度盐酸溶液中,且耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂浓度仅为1.0wt%的聚合物溶液中,在170s-1、511s-1高剪切速率下以及高温150℃条件下也都保留了较大的表观粘度值,这说明本发明制备的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂具有增黏能力强、受剪切影响小、耐酸稳定,耐温性良好等优点。本发明制得的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂在实际应用过程中,能够有效抑制氢离子的活动,降低酸液中氢离子向裂缝的扩散速度,大大降低酸液的消耗速率,增大作用距离,提高地层渗透率,减少对地层的二次伤害。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)将非离子水溶性单体和阳离子单体溶解在水中,得到第一混合液;所述非离子水溶性单体为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种;所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵中的一种或多种;
(2)将抗盐单体、耐温单体、疏水单体、渗透剂和助溶剂溶解在所述第一混合液中,得到第二混合液;所述抗盐单体由叔丁基丙烯酰胺磺酸和6-氨基-5-溴吡啶-3-磺酸钠按照质量比为1:(0.6~1)混合而成;所述耐温单体由乙烯基苯磺酸和4,4'-二肼基二苯乙烯-2,2'-二磺酸按照质量比为1:(0.2~0.6)混合而成;所述疏水单体由丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵按照质量比为(0.5~1):1混合而成;所述渗透剂为烷基酚聚氧乙烯醚、仲辛醇聚氧乙烯醚JFC-2、异辛醇聚氧乙烯醚JFC-3、葡萄糖酸盐中的一种或多种;所述助溶剂为壬基酚聚氧乙烯醚、乙基苯基聚乙二醇、乙二醇二丙烯酸盐、二甘醇二丙烯酸盐中的一种或多种;所述抗盐单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.5~1wt%;所述耐温单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.2~0.5wt%;所述疏水单体的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的1~5wt%;
(3)将扩链剂溶解在所述第二混合液中,得到第三混合液;所述扩链剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、三乙二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯中的一种或多种;
(4)将所述第三混合液通氮除氧,然后依次加入偶氮类引发剂、络合剂、分子量调节剂、氧化还原引发剂引发聚合反应,得到聚合凝胶;
(5)将所述聚合凝胶干燥,然后经磨碎后,得到耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐和/或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐;
所述络合剂为乙二酸四乙酸二钠、二乙基三胺五乙酸三钠、乙二胺四亚甲基膦酸钠、柠檬酸钠中的一种或多种;
所述分子量调节剂为甲酸钠、异丙醇、硫醇、次磷酸钠中的一种或多种;
所述氧化还原引发剂中的氧化剂为过硫酸盐、过氧化氢、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、过氧化二叔丁基中的一种或多种;和/或
所述氧化还原引发剂中的还原剂为亚硫酸盐、焦亚硫酸盐、硫代硫酸盐、硫酸亚铁、抗坏血酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵通过如下步骤制得:
(a)将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和溴代十六烷溶解于丙酮中,得到反应用溶液;
(b)将所述反应用溶液在室温密闭避光条件下静置72~96h,得到反应液;
(c)从所述反应液中分离出作为固相产物的甲基丙烯酰氧乙基二甲基正十六烷基溴化铵。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:
所述甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与所述溴代十六烷的摩尔比为1:(1.1~1.3);和/或
所述甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与所述溴代十六烷的总用量与所述丙酮的质量比为1:(2~3)。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在制备所述耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂的各原料中:
所述非离子水溶性单体的重量份数为150~200份;
所述阳离子单体的重量份数为200~250份;
所述水的重量份数为550~650份;
所述渗透剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.3~0.5wt%;
所述扩链剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.01~0.1wt%;
所述助溶剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的1~5wt%;
所述偶氮类引发剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.005~0.01wt%;
所述络合剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.005~0.01wt%;
所述分子量调节剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.0008~0.003wt%;
所述氧化还原引发剂中的氧化剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.003~0.01wt%;和/或
所述氧化还原引发剂中的还原剂的用量为所述非离子水溶性单体与所述阳离子单体的总用量的0.003~0.01wt%。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在进行步骤(4)之前,还包括将所述第三混合液的pH调节为2~4的步骤。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(4)中:
将所述第三混合液在温度为0~2℃的条件下通氮除氧;
在温度为0~2℃的条件引发聚合反应;和/或
聚合反应的时间为2.5~4h。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(5)中:
将所述聚合凝胶在60~80℃下干燥2~3h。
9.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的耐温耐酸抗盐型酸液稠化剂。
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