CN116478332B - 一种滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压裂液技术领域，且公开了一种滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法和应用，利用4,4'‑二氨基‑[1,1'‑联苯]‑3,3'‑二羧酸、2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵和3‑氯丙烯作为原料，制备了新型的联苯双烯丙基甜菜碱化合物；然后在硝酸铈铵引发下，与丙烯酰胺和低分子量瓜尔胶发生交联共聚，得到新型的甜菜碱瓜尔胶基滑溜水压裂液用聚合物稠化剂，应用于压裂液中，该稠化剂具有三维化学交联网络，并且甜菜碱结构在增稠剂的分子链内可以形成缔合作用，促进分子链收缩、提高分子构象紧密程度，使甜菜碱基瓜尔胶基增稠剂具有优良的粘弹性、耐高温剪切性和抗盐性。
Description
技术领域
本发明涉及压裂液技术领域，具体为一种滑溜水压裂液用聚合物稠化剂。
背景技术
近年来我国石油开采行业迅速发展，然而油藏地质环境存在高温高盐高矿化度等苛刻条件，因此对压裂液用稠化剂的性能提出了更高的要求，目前压裂液用稠化剂主要分为阳离子性、阴离子性、两性离子型等，例如文献《水包水型疏水缔合聚丙烯酰胺增稠剂的合成及在压裂中的应用》，报道了以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、芥酸酰胺羟丙基磺基甜菜碱为原料，制备了甜菜碱型疏水缔合聚丙烯酰胺增稠剂，具有良好耐剪切性，但是该压裂液存在耐温性和抗盐性不佳的问题。
传统的压裂液增稠剂存在耐高温性、抗盐性较差的问题，瓜尔胶具有天然环保绿色，来源广泛，在压裂液增稠剂有着广泛的应用，专利CN112111264B《一种瓜尔胶接枝共聚物纳米复合冻胶压裂液及其制备方法》公开了，以瓜尔胶和丙烯酰胺类单体为原料，合成了瓜尔胶接枝共聚物作为稠化剂，并制备纳米复合冻胶压裂液，具有更好的耐温耐剪切性、携砂性和降滤失性，但是现有技术中的压裂液没有解决传统瓜尔胶压裂液抗盐性较差的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法，解决了瓜尔胶基增稠剂耐温性和抗盐性较差的问题。
本发明提供如下技术方案
一种滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法包括如下步骤：将低分子量瓜尔胶加入到去离子水中，搅拌均匀后加入联苯双烯丙基甜菜碱化合物和丙烯酰胺，在氮气保护中滴加硝酸铈铵，反应后冷却、加入甲醇析出沉淀，过滤，乙醇洗涤并干燥，得到滑溜水压裂液用聚合物稠化剂。
进一步的，联苯双烯丙基甜菜碱化合物和丙烯酰胺的用量依次为瓜尔胶的80-300%和250-400%。
进一步的，硝酸铈铵的用量为联苯双烯丙基甜菜碱化合物和丙烯酰胺总质量的12-18%。
进一步的，反应在50-70 ℃的温度下进行18-24 h。
进一步的，联苯双烯丙基甜菜碱化合物的制备方法为：
（1）将4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入到四氢呋喃溶剂中，在冷凝回流装置中，60-80 ℃的温度下反应12-24 h，冷却，旋蒸除去四氢呋喃，产物用乙醚洗涤后在乙醇中重结晶，得到联苯甜菜碱中间体。
（2）将联苯甜菜碱中间体、3-氯丙烯和催化剂加入到乙腈溶剂中，在冷凝回流装置中，反应后冷却，旋蒸除去乙腈，产物用去离子水、乙醚洗涤后，在乙醇中重结晶，得到联苯双烯丙基甜菜碱化合物。制备反应式如下：
进一步的，步骤（1）中4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔比例为1:1.7-2.5。
进一步的，步骤（2）中联苯甜菜碱中间体、3-氯丙烯和催化剂的摩尔比为1:2.2-2.7:1.5-2.5。
进一步的，催化剂为碳酸钠或碳酸钾。
进一步的，步骤（2）中反应在80-100 ℃的温度下进行12-24 h。
本发明的技术效果：利用4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵和3-氯丙烯作为原料，制备了新型的联苯双烯丙基甜菜碱化合物；然后在硝酸铈铵引发下，与丙烯酰胺和低分子量瓜尔胶发生交联共聚，得到新型的甜菜碱瓜尔胶基滑溜水压裂液用聚合物稠化剂，应用于压裂液中，该稠化剂具有三维化学交联网络，并且甜菜碱结构在增稠剂的分子链内可以形成缔合作用，促进分子链收缩、提高分子构象紧密程度，使甜菜碱基瓜尔胶基增稠剂具有优良的粘弹性、耐高温剪切性和抗盐性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
低分子量瓜尔胶：有效物质含量99.8%，山东腾望化工有限公司。
实施例1
制备联苯甜菜碱中间体：
将40 mmol的4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和72 mmol的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入到四氢呋喃溶剂中，在冷凝回流装置中，70 ℃的温度下反应24 h，冷却，旋蒸除去四氢呋喃，产物用乙醚洗涤后在乙醇中重结晶，得到联苯甜菜碱中间体。
制备联苯双烯丙基甜菜碱化合物：
将30 mmol的联苯甜菜碱中间体、70 mmol的3-氯丙烯和55 mmol催化剂碳酸钠或碳酸钾加入到乙腈溶剂中，在冷凝回流装置中，在90 ℃的温度下反应24 h，反应后冷却，旋蒸除去乙腈，产物用去离子水、乙醚洗涤后，在乙醇中重结晶，得到联苯双烯丙基甜菜碱化合物。
制备滑溜水压裂液用聚合物稠化剂：
将5 g的低分子量瓜尔胶加入到2000 mL的去离子水中，搅拌均匀后加入4 g的联苯双烯丙基甜菜碱化合物和12.5 g的丙烯酰胺，在氮气保护中滴加2.1 g的硝酸铈铵，在60℃的温度下反应24 h，反应后冷却、加入甲醇析出沉淀，过滤，乙醇洗涤并干燥，得到滑溜水压裂液用聚合物稠化剂。
实施例2
制备联苯甜菜碱中间体：
将40 mmol的4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和68 mmol的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入到四氢呋喃溶剂中，在冷凝回流装置中，60 ℃的温度下反应18 h，冷却，旋蒸除去四氢呋喃，产物用乙醚洗涤后在乙醇中重结晶，得到联苯甜菜碱中间体。
制备联苯双烯丙基甜菜碱化合物：
将30 mmol的联苯甜菜碱中间体、81 mmol的3-氯丙烯和75 mmol催化剂碳酸钠或碳酸钾加入到乙腈溶剂中，在冷凝回流装置中，在90 ℃的温度下反应18 h，反应后冷却，旋蒸除去乙腈，产物用去离子水、乙醚洗涤后，在乙醇中重结晶，得到联苯双烯丙基甜菜碱化合物。
制备滑溜水压裂液用聚合物稠化剂：
将5 g的低分子量瓜尔胶加入到2500 mL的去离子水中，搅拌均匀后加入7 g的联苯双烯丙基甜菜碱化合物和14 g的丙烯酰胺，在氮气保护中滴加3.2 g的硝酸铈铵，在70℃的温度下反应18 h，反应后冷却、加入甲醇析出沉淀，过滤，乙醇洗涤并干燥，得到滑溜水压裂液用聚合物稠化剂。
实施例3
制备联苯甜菜碱中间体：
将40 mmol的4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和68 mmol的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入到四氢呋喃溶剂中，在冷凝回流装置中，60 ℃的温度下反应24 h，冷却，旋蒸除去四氢呋喃，产物用乙醚洗涤后在乙醇中重结晶，得到联苯甜菜碱中间体。
制备联苯双烯丙基甜菜碱化合物：
将30 mmol的联苯甜菜碱中间体、70 mmol的3-氯丙烯和62 mmol催化剂碳酸钠或碳酸钾加入到乙腈溶剂中，在冷凝回流装置中，在80 ℃的温度下反应24 h，反应后冷却，旋蒸除去乙腈，产物用去离子水、乙醚洗涤后，在乙醇中重结晶，得到联苯双烯丙基甜菜碱化合物。
制备滑溜水压裂液用聚合物稠化剂：
将5 g的低分子量瓜尔胶加入到2500 mL的去离子水中，搅拌均匀后加入10 g的联苯双烯丙基甜菜碱化合物和16 g的丙烯酰胺，在氮气保护中滴加3.8 g的硝酸铈铵，在50℃的温度下反应24 h，反应后冷却、加入甲醇析出沉淀，过滤，乙醇洗涤并干燥，得到滑溜水压裂液用聚合物稠化剂。
实施例4
制备联苯甜菜碱中间体：
将40 mmol的4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和100 mmol的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入到四氢呋喃溶剂中，在冷凝回流装置中，75 ℃的温度下反应18 h，冷却，旋蒸除去四氢呋喃，产物用乙醚洗涤后在乙醇中重结晶，得到联苯甜菜碱中间体。
制备联苯双烯丙基甜菜碱化合物：
将30 mmol的联苯甜菜碱中间体、66 mmol的3-氯丙烯和45 mmol催化剂碳酸钠或碳酸钾加入到乙腈溶剂中，在冷凝回流装置中，在100 ℃的温度下反应12 h，反应后冷却，旋蒸除去乙腈，产物用去离子水、乙醚洗涤后，在乙醇中重结晶，得到联苯双烯丙基甜菜碱化合物。
制备滑溜水压裂液用聚合物稠化剂：
将5 g的低分子量瓜尔胶加入到3000 mL的去离子水中，搅拌均匀后加入13 g的联苯双烯丙基甜菜碱化合物和18 g的丙烯酰胺，在氮气保护中滴加5.2 g的硝酸铈铵，在60℃的温度下反应18 h，反应后冷却、加入甲醇析出沉淀，过滤，乙醇洗涤并干燥，得到滑溜水压裂液用聚合物稠化剂。
实施例5
制备联苯甜菜碱中间体：
将40 mmol的4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和100 mmol的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入到四氢呋喃溶剂中，在冷凝回流装置中，80 ℃的温度下反应12 h，冷却，旋蒸除去四氢呋喃，产物用乙醚洗涤后在乙醇中重结晶，得到联苯甜菜碱中间体。
制备联苯双烯丙基甜菜碱化合物：
将30 mmol的联苯甜菜碱中间体、81 mmol的3-氯丙烯和75 mmol催化剂碳酸钠或碳酸钾加入到乙腈溶剂中，在冷凝回流装置中，在80 ℃的温度下反应18 h，反应后冷却，旋蒸除去乙腈，产物用去离子水、乙醚洗涤后，在乙醇中重结晶，得到联苯双烯丙基甜菜碱化合物。
制备滑溜水压裂液用聚合物稠化剂：
将5 g的低分子量瓜尔胶加入到3000 mL的去离子水中，搅拌均匀后加入15 g的联苯双烯丙基甜菜碱化合物和20 g的丙烯酰胺，在氮气保护中滴加6.3 g的硝酸铈铵，在70℃的温度下反应20 h，反应后冷却、加入甲醇析出沉淀，过滤，乙醇洗涤并干燥，得到滑溜水压裂液用聚合物稠化剂。
对比例1
制备稠化剂：将5 g的低分子量瓜尔胶加入到2000 mL的去离子水中，搅拌均匀后加入20 g的丙烯酰胺，在氮气保护中滴加2.4 g硝酸铈铵，在60 ℃的温度下反应24 h，反应后冷却、加入甲醇析出沉淀，过滤，乙醇洗涤并干燥，得到稠化剂。
将滑溜水压裂液用聚合物稠化剂加入到去离子水中，高速搅拌均匀，配置成质量分数为0.5%的模拟压裂液。参考SY/T5107-2016方法测试模拟压裂液的性能。
在25 ℃温度下，设置转速为200 r/min，通过黏度计测定在不同溶解时间下的黏度值。
向模拟压裂液中加入氢氧化钠水溶液，调节压裂液的pH至9，然后加入有机锆交联剂，搅拌均匀直至形成冻胶；在170 s-1 剪切速率下，在不同温度下进行高温剪切，测试60min时表观黏度。
向模拟压裂液中加入氯化钠，配置含有不同浓度氯化钠的压裂液，在25 ℃温度下，170 s-1 剪切速率下，测试压裂液的表观黏度。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：将低分子量瓜尔胶加入到去离子水中，搅拌均匀后加入联苯双烯丙基甜菜碱化合物和丙烯酰胺，其中，联苯双烯丙基甜菜碱化合物和丙烯酰胺的质量依次为瓜尔胶的80-300%和250-400%；
在氮气保护中滴加硝酸铈铵，其中，硝酸铈铵的用量为联苯双烯丙基甜菜碱化合物和丙烯酰胺总质量的12-18%，在50-70 ℃的温度下进行反应18-24 h，反应后冷却，加入甲醇析出沉淀、过滤；
乙醇洗涤并干燥，得到滑溜水压裂液用聚合物稠化剂；
还包括联苯双烯丙基甜菜碱化合物的制备方法，具体为：
（1）将4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入到四氢呋喃溶剂中，在冷凝回流装置中，反应后冷却，旋蒸、洗涤、重结晶，得到联苯甜菜碱中间体；
（2）将联苯甜菜碱中间体、3-氯丙烯和催化剂加入到乙腈溶剂中，在冷凝回流装置中，反应后冷却，旋蒸、洗涤、重结晶，得到联苯双烯丙基甜菜碱化合物。
2.根据权利要求1所述的滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中4,4'-二氨基-[1,1'-联苯]-3,3'-二羧酸和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔比例为1:1.7-2.5。
3. 根据权利要求1所述的滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中反应在60-80 ℃的温度下进行12-24 h。
4.根据权利要求1所述的滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中联苯甜菜碱中间体、3-氯丙烯和催化剂的摩尔比为1:2.2-2.7:1.5-2.5。
5.根据权利要求4所述的滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂为碳酸钠或碳酸钾。
6. 根据权利要求1所述的滑溜水压裂液用聚合物稠化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中反应在80-100 ℃的温度下进行12-24 h。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的滑溜水压裂液用聚合物稠化剂在压裂液中的应用。
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