CN116655850A - 一种压裂液体系用增粘剂及其制备方法 - Google Patents
一种压裂液体系用增粘剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116655850A CN116655850A CN202310684269.5A CN202310684269A CN116655850A CN 116655850 A CN116655850 A CN 116655850A CN 202310684269 A CN202310684269 A CN 202310684269A CN 116655850 A CN116655850 A CN 116655850A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parts
- fracturing fluid
- tackifier
- acrylamide
- fluid system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 89
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 29
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- DZSVIVLGBJKQAP-UHFFFAOYSA-N 1-(2-methyl-5-propan-2-ylcyclohex-2-en-1-yl)propan-1-one Chemical compound CCC(=O)C1CC(C(C)C)CC=C1C DZSVIVLGBJKQAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229940088644 n,n-dimethylacrylamide Drugs 0.000 claims abstract description 11
- YLGYACDQVQQZSW-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethylprop-2-enamide Chemical compound CN(C)C(=O)C=C YLGYACDQVQQZSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 21
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 claims description 17
- 229920002197 Sodium polyaspartate Polymers 0.000 claims description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 16
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 14
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 14
- 239000003109 Disodium ethylene diamine tetraacetate Substances 0.000 claims description 10
- ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L EDTA disodium salt (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].OC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC(O)=O)CC([O-])=O ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 235000019301 disodium ethylene diamine tetraacetate Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 10
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 span Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000536 2-Acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid Polymers 0.000 claims description 2
- XHZPRMZZQOIPDS-UHFFFAOYSA-N 2-Methyl-2-[(1-oxo-2-propenyl)amino]-1-propanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CC(C)(C)NC(=O)C=C XHZPRMZZQOIPDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940057995 liquid paraffin Drugs 0.000 claims description 2
- 125000000864 peroxy group Chemical group O(O*)* 0.000 claims description 2
- 229920000191 poly(N-vinyl pyrrolidone) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000136 polysorbate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 abstract description 28
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract description 11
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 8
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 21
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 17
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 4
- LXAHHHIGZXPRKQ-UHFFFAOYSA-N 5-fluoro-2-methylpyridine Chemical compound CC1=CC=C(F)C=N1 LXAHHHIGZXPRKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229920013818 hydroxypropyl guar gum Polymers 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N Guanidine Chemical compound NC(N)=N ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- ZLQZQPNYFRGZDZ-UHFFFAOYSA-M C(C(=C)C)(=O)OCCO.C(=CC1=CC=CC=C1)S(=O)(=O)[O-].[Na+].C(C=C)(=O)O Chemical compound C(C(=C)C)(=O)OCCO.C(=CC1=CC=CC=C1)S(=O)(=O)[O-].[Na+].C(C=C)(=O)O ZLQZQPNYFRGZDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920002907 Guar gum Polymers 0.000 description 1
- 240000007472 Leucaena leucocephala Species 0.000 description 1
- 235000010643 Leucaena leucocephala Nutrition 0.000 description 1
- 101100518501 Mus musculus Spp1 gene Proteins 0.000 description 1
- CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N N-methyl-guanidine Natural products CNC(N)=N CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000022 bacteriostatic agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009920 chelation Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N dimethylaminoamidine Natural products CN(C)C(N)=N SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007323 disproportionation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001804 emulsifying effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000000665 guar gum Substances 0.000 description 1
- 229960002154 guar gum Drugs 0.000 description 1
- 235000010417 guar gum Nutrition 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 230000015784 hyperosmotic salinity response Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000002954 polymerization reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000003405 preventing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/52—Amides or imides
- C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
- C08F220/56—Acrylamide; Methacrylamide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
- C09K8/62—Compositions for forming crevices or fractures
- C09K8/66—Compositions based on water or polar solvents
- C09K8/68—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
- C09K8/84—Compositions based on water or polar solvents
- C09K8/86—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
- C09K8/88—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds
- C09K8/882—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
本发明涉及油田化学试剂技术领域，具体涉及一种压裂液体系用增粘剂及其制备方法。使用单体丙烯酰胺、丙烯酸、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、N,N‑二甲基丙烯酰胺合成了耐盐耐剪切高聚物，通过大量科学试验确各合成单体的最佳摩尔比范围。制备得到的高聚物具有适宜比例的主链及位阻基团，增粘性能优异，并且具有良好的耐盐耐温及速溶性能。使用本发明高聚物作为主要增稠活性成分的压裂液用增粘剂，在高矿化度体系中整体溶解迅速，增稠性能优异，增粘剂高温剪切后粘度保持率高，常规条件下可成功破胶，破胶液表面张力及界面张力小，破胶后可快速返排，能较好满足高矿化度条件下的压裂作业要求。
Description
技术领域
本发明涉及油田化学试剂技术领域，具体涉及一种压裂液体系用增粘剂及其制备方法。
背景技术
压裂是一种常见的增产技术，目前使用的压裂液主要分为水基压裂液、油基压裂液、醇基压裂液以及泡沫压裂液等。压裂液必须具有高粘度、高抗剪切性、高携沙能力和破胶无残渣的环保性等特点。当前，我国油气田压裂作业中仍多以传统胍胶及其衍生物作为主要活性功效成分，存在配液繁琐，增稠剂溶解速度慢，难以连续配液，配液效率低下等缺陷。而乳液型增粘剂无需费时溶解，并且其剂型为液体，具有增稠速度快、施工方便等优点，因此乳液型增粘剂在我国油气田施工作业中得到了越来越多的应用。
CN108997996A公开了一种羟丙基瓜尔胶压裂液体系用辅助增粘剂，其组成包括:pH调节剂、引发剂、抑菌剂、水，所述的pH调节剂的重量份数为5-10，所述的引发剂的重量份数为10-30，所述的抑菌剂的重量份数为10-20，所述的水的重量份数40-75。该增粘剂能降低瓜尔胶压裂液体系中羟丙基瓜尔胶的使用量，同时，增加压裂液的粘度，提高携砂比，提高压裂效果。
CN110964496A公开了一种压裂液稠化增粘剂，包括30wt％白油、50wt％丙烯酰胺单体、3wt％乙醇、1.5wt％失水山梨糖醇脂肪酸酯、0.5wt％十六烷基三甲基溴化铵、0.5wt％悬浮稳定剂和14.5wt％水，所述悬浮稳定剂由阿拉伯胶和丙烯酸-苯乙烯磺酸钠-甲基丙烯酸羟乙酯共同构成。该稠化增粘剂声称具有良好的悬浮稳定性，对水质量要求较低，增粘效果好，悬沙效果好，抗剪切性能好，耐高温、抗盐性能好，适用范围广，配伍性良好等特点，但并无相关实验资料可以证明其确实具有上述优点。根据其组成特点可以预期，该增粘剂增稠性能并不突出，并且丙烯酰胺并未发生聚合反应，难以发挥聚合物的增稠效果。
因此，现有技术中增粘剂仍存在增稠性能差、不耐盐、高温作业性能较差等问题。基于此，开发一种增稠性能优异、耐温耐盐的压裂液体系用增粘剂很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压裂液体系用增粘剂，改善现有技术中增粘剂增稠性能差、不耐盐、高温作业性能较差等问题。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种压裂液体系用增粘剂，包括如下重量份数的组分：高聚物35-50份、油相25-45份、乳化剂2-6份、去离子水50-80份；其中，所述高聚物合成单体为40%-60%的丙烯酰胺、20%-30%的丙烯酸、10%-25%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10%-15%的N,N-二甲基丙烯酰胺，上述百分比为各单体摩尔数占全部单体摩尔总数的比例。
进一步地，本发明中丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺的摩尔比为50:20:15:15。
优选地，所述油相为白油、液体石蜡、溶剂油中的一种或多种。
优选地，所述乳化剂为吐温、司盘、平平加、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种。
本发明高聚物对制备工艺要求不高，可采用行业内常见方法进行制备，所述高聚物的制备方法包括如下步骤：称取配方量的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺，加入盛有去离子水的容器中搅拌分散均匀；向容器中加入引发剂并调节pH后，水浴加热容器，在避光、通氮气条件下保温搅拌反应；待反应结束，取出所得聚合物胶块，将其烘干、粉碎，即得粉状高聚物。
进一步地，所述引发剂为过氧类引发剂和/或偶氮类引发剂。
进一步地，在制备高聚物时，调节pH后体系pH值为6.5-7，保温搅拌反应温度为60-70℃，反应时间为6-7h。
作为优选方案，本发明增粘剂还包含分散剂10-20份、螯合剂5-10份；所述螯合剂选自EDTA二钠、聚天冬氨酸钠中的一种或两种。
作为优选，本发明压裂液体系用增粘剂包括如下重量份数的组分：高聚物35-50份、油相25-45份、乳化剂2-6份、分散剂10-20份、螯合剂5-10份、去离子水50-80份；其中，所述高聚物合成单体为50%的丙烯酰胺、20%的丙烯酸、15%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、15%的N,N-二甲基丙烯酰胺；所述螯合剂选自EDTA二钠、聚天冬氨酸钠中的一种或两种。
本发明的一种压裂液体系用增粘剂的制备方法，包括如下步骤：称取配方量高聚物加入去离子水中分散均匀，再加入油相、分散剂、乳化剂、螯合剂，加热至40-50℃，搅拌2-3h，降至室温，出料，即得所述压裂液体系用增粘剂。
本发明的有益效果：
使用单体丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺合成了耐盐耐剪切高聚物，通过大量科学试验确各合成单体的最佳摩尔比范围。制备得到的高聚物具有适宜比例的主链及位阻基团，增粘性能优异，并且高聚物分子中含有耐温基团，高温剪切后样品粘度保持率高，并且由于含有适量的位阻基团，可在辅助提高增粘性能的同时减少主链基团的比例，使得高聚物分子量适中，由此可获得良好的速溶性能。
使用本发明高聚物作为主要增稠活性成分的压裂液用增粘剂，各组分复配科学合理，能充分发挥本发明高聚物的优异增稠等性能。本发明压裂液用增粘剂在高矿化度体系中整体溶解迅速，增稠性能优异，增粘剂高温剪切后粘度保持率可达89%以上，具有优异的高温作业性能。本发明增粘剂组分复配合理，各组分之间相容性好，复配工艺宽容度较高。本发明增粘剂常规条件下可成功破胶，破胶液表面张力及界面张力小，破胶后可快速返排，能较好满足高矿化度条件下的压裂作业要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。下面具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
试验1
对于聚合物而言，合成条件的控制对于聚合物产物能否顺利合成、产物性能等具有至关重要的影响，因此，首先对本发明高聚物合成条件（反应温度、反应时间，体系pH值）进行探究。
高聚物制备方法：按照摩尔比40:30:20:10称取丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺，加入盛有去离子水的容器中搅拌分散均匀；向容器中加入引发剂过硫酸铵并调节pH后，水浴加热容器，在避光、通氮气条件下保温搅拌反应；待反应结束，取出所得聚合物胶块，将其烘干、粉碎，即得粉状高聚物。
先将体系pH值调整为7、反应时间定为6h，通过调整反应温度，得到不同的高聚物，将所得高聚物加入去离子水中配制0.5wt%的水溶液，室温下，搅拌2min后，使用旋转粘度计测试各水溶液样品的表观粘度，合成条件及相应测试结果见表1。
表1
由表1可知，当反应温度为60℃或70℃时，高聚物水溶液的表观粘度高达190mPa·s以上；反应温度低于60℃时，温度过低无法激发产生足够的自由基引发聚合反应，造成聚合物链段聚合度较低，难以起到良好的增稠作用。反应温度高于70℃时，可能是由于高温会促进链段的歧化终止反应，因此温度进一步升高反而会导致聚合物聚合度降低，相应的增稠性能也出现明显下降。通过上述试验结果，可得出本发明最佳反应温度为60-70℃。
再将体系pH值调整为7、反应温度定为70℃，通过调整反应时间，得到不同的高聚物，将所得高聚物加入去离子水中配制0.5wt%的水溶液，搅拌2min后，室温下，使用旋转粘度计测试各水溶液样品的表观粘度，合成条件及相应测试结果见表2。
表2
由表2可知，当反应时间较短，例如3h时，单体聚合反应完成程度较低，聚合物分子量较低，高聚物水溶液的表观粘度不高；随着反应时间延长，聚合反应得以继续发生，链段不断增长，聚合物分子量进一步提高，当反应时间为6h和7h，高聚物水溶液的表观粘度达到最高水平，表明该反应时间下，聚合反应较为彻底，可是聚合物达到理想的聚合度；继续延长反应时间，发现高聚物水溶液表观粘度并未进一步提高，但也未出现明显下降，可能是由于当反应6-7h后，单体基本消耗殆尽，延长反应时间也无法提高聚合度，但是由于此时的温度尚未达到使高聚物分解的程度，因此也并不会造成增稠性能的显著改变。通过上述试验结果，可得出本发明最佳反应时间为6-7h。
最后将体系反应温度定为70℃、反应时间定为6h，通过调整体系pH值，得到不同的高聚物，将所得高聚物加入去离子水中配制0.5wt%的水溶液，搅拌2min后，室温下，使用旋转粘度计测试各水溶液样品的表观粘度，合成条件及相应测试结果见表3。
表3
由表3测试结果可知，高聚物水溶液的表观粘度，随聚合反应的pH值升高呈现先增加再降低的趋势。主要是由于，当pH较低时，酸性环境有利于酸性单体丙烯酸发生聚合反应，但pH过低同时也会导致弱碱性单体丙烯酰胺出现非聚合消耗，从而无法提供足够的单体构成聚合物主链，使得聚合物分量较小，增粘效果一般；pH值过大，容易导致酸性单体丙烯酸在聚合反应启动前便开始消耗，同样会使得聚合物的聚合度及分子量难以达到要求；当pH值处于中性偏弱酸性范围，单体非聚合消耗量很少，因此聚合反应产物分子量相对较高，具有优异的增稠性能。通过上述试验结果，可得出本发明最佳体系pH为6.5-7。
试验2
聚合物由单体通过聚合反应得来，单体的具体构成基本决定了聚合物的功效性质。因此，确定了聚合反应最佳反应条件之后，还需对合成聚合物的单体进行探究。
提高聚合物耐高温耐盐性能的途径主要有两种，提高聚合物分子量与引入疏水基团。然而，提高分子量或引入疏水基团，虽然聚合物增稠能力也会有一定提升，但聚合物的溶解性能会有明显下降，造成压裂液配制时间延长、返排困难增加等问题。
按照不同的单体比例称取单体原料，按照试验1制备方法制备高聚物，其中，反应温度为70℃，反应时间为6h，体系pH值为7。将所得高聚物加入去离子水中配制0.5wt%的水溶液，搅拌2min后，在室温下使用旋转粘度计测试各水溶液样品的表观粘度η1，将上述高聚物水溶液静置60min，在室温下使用旋转粘度计测试各水溶液样品的表观粘度η2；溶解速度为各样品水溶液达到表观粘度η2所需的时长。单体摩尔比例及相应测试结果见表4，其中，A、B、C、D分别指代丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺。
表4
从表4可知，当单体丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺摩尔比为范围40-60:20-30:10-25:10-15时，合成的高聚物由于具有适宜比例的主链及位阻基团，增粘性能较上述范围外的样品具有明显提升，并且高聚物分子中含有耐温基团，高温剪切后的样品粘度保持率也得到有力保证，此外，加入适当含量的位阻基团，可在辅助提高增粘性能的同时减少主链基团的比例，使得高聚物分子量适中，由此可获得良好的速溶性能。可以看到，主链基团的用量比例对高聚物增粘性能具有较为明显的影响，但二者对于高聚物增粘性能的影响并非呈简单的线型关系，一味地增大丙烯酰胺或丙烯酸的用量并不能导致高聚物性能的持续增强。例如样品a，在单体C、D比例保持不变的基础上，减小丙烯酰胺用量增大丙烯酸用量，表观粘度η1与表观粘度η2均出现明显下降，并且耐剪切性能也较差，仅为表观粘度η2的约65%，又如样品f，在单体C、D比例保持不变的基础上，增大丙烯酰胺用量减小丙烯酸用量，虽然表观粘度较高，但相应地高聚物分子量也较大，导致溶解速度显著变慢，此外样品f的耐剪切性也无法满足要求。由此可以表明，增大丙烯酰胺的用量比例可以一定程度增强高聚物的增粘性能，但同时也会造成溶解速度慢、不耐剪切等问题。样品j使用了较为大量的位阻基团N,N-二甲基丙烯酰胺，与样品h相比，样品j的表观粘度并无明显差异，表明位阻基团仅能起到辅助提高增粘性能的作用，当主链增粘性能已经较好的基础上，增大位阻基团用量并不能进一步提升样品溶液的表观粘度，并且由于相应地减少了耐温基团2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的用量，样品j的耐剪切性能很差，仅为表观粘度η2的约59%。样品k提高耐温基团的用量，但其耐剪切性能并不好，因为样品k本身增粘性能不佳，高聚物水溶液表观粘度较小，因此在高温剪切条件下难以维持溶液粘度。样品l不加入位阻基团，缺少位阻基团的辅助增粘作用，因此溶液表观粘度相对较低，但耐剪切性能尚可。样品m不加入耐温基团，虽然可达到较好的增粘效果，但溶解速度明显变慢，并且耐剪切性能较差，粘度保持率仅约56%。
可见，本发明将丙烯酰胺与丙烯酸作为主链单体，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为耐温耐盐单体、N,N-二甲基丙烯酰胺作为位阻基团，通过对各基团用量比例的科学调整，使得合成制备的高聚物具有优异的增稠性能以及耐剪切性能，并且本发明高聚物可在2-3min内迅速溶解发挥增粘效果，速溶性能使得其在配制压裂液时无需长时间等待，即配即用，提高了压裂作业的施工便利性。
试验3
按照表5所列成分配制压裂液体系用增粘剂，准备矿化度40000的空白对照样（表观粘度40mPa·s），将配制好的增粘剂按0.8wt%加入所述空白液，搅拌分散。搅拌2min后，在室温下使用旋转粘度计测试各水溶液样品的表观粘度η1，将上述高聚物水溶液静置60min，在室温下使用旋转粘度计测试各水溶液样品的表观粘度η2；溶解速度为各样品水溶液达到表观粘度η2所需的时长。参照SY/T 5107-2016《水基压裂液性能评价方法》对本发明实施例1-6样品进行破胶性能测试及表面张力、界面张力测试，其中，测试溶液为矿化度40000的空白液，增粘剂加入量为0.8wt%，加入破胶剂后搅拌均匀，于90℃条件下破胶2h。测试结果见表6。
表5
上述增粘剂制备方法包括如下步骤：称取配方量高聚物加入去离子水中分散均匀，再加入油相、分散剂、乳化剂、螯合剂，加热至45℃，搅拌3h，降至室温，出料，即得所述压裂液体系用增粘剂。
表6
可见，实施例1-7采用本发明制备得到的高聚物作为增粘剂主要功效成分，在高矿化度体系中具有优异的增稠性能，增粘剂整体溶解迅速，表观粘度值η1稳定在225mPa·s以上，表观粘度值η2可达260mPa·s以上，并且增粘剂高聚物单体配比得当，增粘剂高温剪切后粘度保持率可达89%以上，具有优异的高温作业性能。从表6测试结果可知，本发明高聚物复配性优良，与多种不同油相物质及螯合剂均能良好相容，并且不同乳化剂均能对体系起到良好的乳化功效，复配工艺宽容度较高。本发明实施例样品成功破胶后破胶液表面张力及界面张力很小，破胶后可快速返排，能较好满足高矿化度条件下的压裂作业要求。
此外，在高矿化度的环境中，加入适量螯合剂可以一定程度减少金属离子对高聚物增稠性能的影响。在试验中也发现，使用EDTA二钠或聚天冬氨酸钠可获得较好的螯合增效作用，但是将EDTA二钠和聚天冬氨酸钠复配使用，效果比单独使用EDTA二钠或单独使用聚天冬氨酸钠都更好，甚至是在螯合剂用量更少的情况下（例如实施例3与实施例4-5的对比）。可能是由于，EDTA二钠分子中含有羧酸基团，而聚天冬氨酸钠结构中含有氨基基团，二者可形成分子间氢键使得EDTA二钠与聚天冬氨酸钠形成空间连接结构，提供一定程度的辅助增稠效果，并且聚天冬氨酸钠为高分子长链结构，其链段可卷曲使得分子间氢键不易断裂，从而使含有EDTA二钠与聚天冬氨酸钠复配的增粘剂可获得更好的增稠性能。对比例3不含螯合剂，增粘剂各项性能均出现较为明显的下降，可见在高矿化度作业环境中，螯合剂的加入确实可一定程度降低金属离子对高聚物等成分的影响，保证增粘剂可发挥预期的增粘效果。对比例4、5分别使用等量的EDTA二钠或聚天冬氨酸钠替代质量比1:1的EDTA二钠和聚天冬氨酸钠，虽然相比于不加入螯合剂，对比例4、5在增稠等性能方面均具有明显的改善，但与同时含有EDTA二钠和聚天冬氨酸钠的实施例3、6、7相比，尚存在一定程度差距。此外，聚天冬氨酸钠可形成双电层，可吸附中和粘土表面负电荷，减少晶层间的斥力，抑制粘土水化膨胀、分散运移，具有一定防膨效果，防止储层中水敏性矿物对油气层造成伤害。
对比例1、2分别使用行业常见的增粘成分羟丙基瓜尔胶或羟丙基甲基纤维素替代本发明高聚物，结果显示，对比例1、2所能达到的增稠效果有限，并且都不耐高温剪切，破胶后表面张力与界面张力均较大，不利于迅速返排作业。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其他方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，包括如下重量份数的组分：高聚物35-50份、油相25-45份、乳化剂2-6份、去离子水50-80份；其中，所述高聚物合成单体为40%-60%的丙烯酰胺、20%-30%的丙烯酸、10%-25%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10%-15%的N,N-二甲基丙烯酰胺，上述百分比为各单体摩尔数占全部单体摩尔总数的比例。
2.根据权利要求1所述的一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺的摩尔比为50:20:15:15。
3.根据权利要求1所述的一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，所述油相为白油、液体石蜡、溶剂油中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，所述乳化剂为吐温、司盘、平平加、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，所述高聚物的制备方法包括如下步骤：称取配方量的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺，加入盛有去离子水的容器中搅拌分散均匀；向容器中加入引发剂并调节pH后，水浴加热容器，在避光、通氮气条件下保温搅拌反应；待反应结束，取出所得聚合物胶块，将其烘干、粉碎，即得粉状高聚物。
6.根据权利要求5所述的一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，所述引发剂为过氧类引发剂和/或偶氮类引发剂。
7.根据权利要求5所述的一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，调节pH后体系pH值为6.5-7，保温搅拌反应温度为60-70℃，反应时间为6-7h。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，所述增粘剂还包含分散剂10-20份、螯合剂5-10份；所述螯合剂选自EDTA二钠、聚天冬氨酸钠中的一种或两种。
9.根据权利要求1-7所述的一种压裂液体系用增粘剂，其特征在于，包括如下重量份数的组分：高聚物35-50份、油相25-45份、乳化剂2-6份、分散剂10-20份、螯合剂5-10份、去离子水50-80份；其中，所述高聚物合成单体为50%的丙烯酰胺、20%的丙烯酸、15%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、15%的N,N-二甲基丙烯酰胺；所述螯合剂选自EDTA二钠、聚天冬氨酸钠中的一种或两种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种压裂液体系用增粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：称取配方量高聚物加入去离子水中分散均匀，再加入油相、分散剂、乳化剂、螯合剂，加热至40-50℃，搅拌2-3h，降至室温，出料，即得所述压裂液体系用增粘剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310684269.5A CN116655850B (zh) | 2023-06-12 | 2023-06-12 | 一种压裂液体系用增粘剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310684269.5A CN116655850B (zh) | 2023-06-12 | 2023-06-12 | 一种压裂液体系用增粘剂及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116655850A true CN116655850A (zh) | 2023-08-29 |
| CN116655850B CN116655850B (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=87727707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310684269.5A Active CN116655850B (zh) | 2023-06-12 | 2023-06-12 | 一种压裂液体系用增粘剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116655850B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117801802A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-04-02 | 山东德坤工贸有限公司 | 一种耐盐聚合物增粘剂 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030119678A1 (en) * | 2001-09-19 | 2003-06-26 | Crews James B. | Biodegradable chelant compositions for fracturing fluid |
| CN104140806A (zh) * | 2013-10-29 | 2014-11-12 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种改性丙烯酰胺聚合物增稠剂及其制备方法 |
| US20150005206A1 (en) * | 2013-06-26 | 2015-01-01 | Halliburton Energy Services, Inc. | High-Temperature Crosslinked Polymer for Use in a Well |
| US20160177163A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | M-I L.L.C. | Organic-inorganic hybrid polymer based fluids |
| KR20160123643A (ko) * | 2015-04-16 | 2016-10-26 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 고내열성 고점도 수용성 폴리머 및 이를 포함하는 고점도 수용액의 제조방법 |
| CN110964496A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-04-07 | 东营江源化工有限公司 | 一种压裂液稠化增粘剂 |
-
2023
- 2023-06-12 CN CN202310684269.5A patent/CN116655850B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030119678A1 (en) * | 2001-09-19 | 2003-06-26 | Crews James B. | Biodegradable chelant compositions for fracturing fluid |
| US20150005206A1 (en) * | 2013-06-26 | 2015-01-01 | Halliburton Energy Services, Inc. | High-Temperature Crosslinked Polymer for Use in a Well |
| CN104140806A (zh) * | 2013-10-29 | 2014-11-12 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种改性丙烯酰胺聚合物增稠剂及其制备方法 |
| US20160177163A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | M-I L.L.C. | Organic-inorganic hybrid polymer based fluids |
| KR20160123643A (ko) * | 2015-04-16 | 2016-10-26 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 고내열성 고점도 수용성 폴리머 및 이를 포함하는 고점도 수용액의 제조방법 |
| CN110964496A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-04-07 | 东营江源化工有限公司 | 一种压裂液稠化增粘剂 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘卫红，许明标: "AM/AA/AMPS/DMAM的反相微乳液共聚合研究", 江西师范大学学报（自然科学版）, vol. 33, no. 5, pages 523 - 524 * |
| 刘卫红，许明标: "一种用作钻井液增粘剂的反相微乳液的性能研究", 《油田化学》, vol. 30, no. 3, pages 237 - 451 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117801802A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-04-02 | 山东德坤工贸有限公司 | 一种耐盐聚合物增粘剂 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116655850B (zh) | 2023-11-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110483687B (zh) | 压裂液增稠剂及其制备方法 | |
| CN116655850B (zh) | 一种压裂液体系用增粘剂及其制备方法 | |
| CN103113862B (zh) | 两性离子聚磺超高温钻井液 | |
| CN111205390A (zh) | 一体化自交联乳液型压裂液增稠剂、其制备方法及应用 | |
| CN108117621B (zh) | 一种增粘型抗钙盐聚合物降滤失剂及制备方法 | |
| CN113621106A (zh) | 一剂多效乳液型稠化剂及其制备方法 | |
| CA3124893C (en) | Acrylamide copolymer and preparation method thereof and use thereof | |
| CN111662409B (zh) | 一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂及制备方法 | |
| CN108559475B (zh) | 一种耐温耐盐聚醋酸乙烯酯微球及其制备与应用 | |
| CN111205396B (zh) | 接枝改性黄原胶及其制备方法和应用 | |
| CN116285938B (zh) | 一种功能复合型压裂液稠化剂及其制备方法 | |
| WO2015042028A1 (en) | High temperature stable cross-linked polymers | |
| CN113248647B (zh) | 一种混凝土流变剂的制备方法 | |
| WO2020028154A1 (en) | Fast dissolving, water soluble, hydrophobically-modified polyelectrolytes | |
| CN107629771B (zh) | 大温差固井用低粘高切型油井水泥悬浮稳定剂的制备方法 | |
| CN110684514A (zh) | 钻井液用包被剂及其微乳制备方法和应用 | |
| WO2020215451A1 (zh) | 一种压裂液用纳米液体破坏剂及其制备方法 | |
| CN114456332A (zh) | 一种纳米颗粒修饰的聚合物及其制备方法和应用 | |
| CN116102679B (zh) | 阴离子低分抗盐型聚丙烯酰胺及其制备方法 | |
| CN106279524A (zh) | 一种页岩气压裂用减阻剂的制备方法及压裂用减阻剂 | |
| CN111471130A (zh) | 一种在线混配可变粘度压裂用降阻剂及其制备方法 | |
| CN115850579B (zh) | 一种抗盐低温早强降失水剂及其制备方法 | |
| CN114539995B (zh) | 一种聚胺复合盐水基钻井液及其制备方法 | |
| CN113968946B (zh) | 一种混凝土增稠保水剂及其制备方法 | |
| CN114276493B (zh) | 一种复合型聚丙烯酰胺的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |