一種水基壓裂液稠化劑及其合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，尤其涉及一種水基壓裂液稠化劑及其合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓裂技術(shù)是常規(guī)的增產(chǎn)技術(shù)。其目的是將儲層壓出裂縫，從而增產(chǎn)。壓裂時所用的壓裂液必須具有高的粘度、高的抗剪切性、高強(qiáng)的攜沙性和破膠無殘渣的環(huán)保性等特點。高的粘度以便其造縫，只有高的粘度才能使裂縫達(dá)到所需的寬度和深度。稠化劑作為水基壓裂液的主劑，用以提高壓裂液的粘度，降低壓裂液濾失，懸浮和攜帶支撐劑。目前水基壓裂液采用的稠化劑主要是天然植物膠及其衍生物，其中使用最多的羥丙基瓜膠。它們具有技術(shù)成熟、膠體穩(wěn)定和貨源充足的特點。但是據(jù)報道，通常使用的瓜膠壓裂液體系不僅會在壓開裂縫的表面形成濾餅，而且還會使部分殘渣留在地層和裂縫中，造成二次傷害。在對壓裂后由井中返排至地面的壓裂液即返排液的分析后得出:壓裂作業(yè)期間，返排出的壓裂殘液只占栗入井中的瓜膠壓裂液的30°/『50%，同時其具有配制工藝復(fù)雜、水不溶物含量高等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上瓜膠壓裂液缺點，我們在原有合成聚合物的研究基礎(chǔ)上通過科研攻關(guān)，開發(fā)了多官能團(tuán)型聚合物為主體的新型聚合物清潔壓裂液體系，合成的聚合物具有更好的粘溫特性和抗剪切穩(wěn)定性，增稠能力強(qiáng)、膠凍穩(wěn)定性好、對細(xì)菌不敏感、低殘渣，對地層造成的傷害小等傳統(tǒng)合成聚合物壓裂液的優(yōu)點，而且在此基礎(chǔ)上引入了含有疏水官能團(tuán)、抗鹽官能團(tuán)，使得聚合物形成的基液，在交聯(lián)劑的作用下，分子間疏水基團(tuán)的疏水締合作用增強(qiáng)，形成的交聯(lián)體系具有顯著的增粘性、耐鹽性、抗剪切能力、長期穩(wěn)定性；改善了壓裂液體系延遲破膠、耐溫性等缺陷，使壓裂液體系溫粘性可從30°C到180°C通用。
[0004]本發(fā)明的一個目的是提供一種應(yīng)用于水基壓裂中的聚合物稠化劑，該稠化劑具有試用度廣闊、耐高溫、耐剪切、耐鹽、無殘留等優(yōu)點。本發(fā)明的另一個目的合成上述聚合物稠化劑。本發(fā)明的稠化劑是由多種乙烯基單體與其它天然改性材料根據(jù)水溶液聚合方法共聚而成。
[0005]所述乙烯基單體為非離子型單體、陰離子型單體、陽離子型單體、疏水型單體。
[0006]非離子型單體中，如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺。
[0007]陰離子型單體中，典型的離子型單體為不飽和羧酸，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、十一烯酸、乙烯基磺酸、對乙烯苯磺酸和丙烯酰胺甲基丙烷磺酸(AMPS)及其他們的鹽中的一種或多種。陽離子單體的例子有，二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)等。
[0008]疏水型單體為十六烷基二甲基烯丙基氯化銨、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、乙烯基吡咯烷酮的一種或多種。
[0009]天然改性材料主要有玉米淀粉、纖維素、木質(zhì)素、植物膠。
[0010]本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種水基壓裂液稠化劑，是由下列物質(zhì)按重量份數(shù)組成:丙烯酰胺5?20份，甲基丙烯酰胺I?5份，十一烯酸I?5份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鹽10?50份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨I?5份，甲基丙烯酸十二氟庚酯0.1?5份，乙烯基吡咯烷酮0.5?5份，改性玉米淀粉5?10份，引發(fā)劑0.001?0.003份，水為40?60份。
[0011]所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、硝酸鈰銨和四甲基乙二胺的復(fù)合體系，三者的配比是 10:3:3。
[0012]進(jìn)一步地，是由下列物質(zhì)按重量份數(shù)組成:丙烯酰胺5份，甲基丙烯酰胺I份，十一烯酸2.5份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鹽30份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨2.5份，甲基丙烯酸十二氟庚酯2.5份，乙烯基吡咯烷酮I份，改性玉米淀粉10份，引發(fā)劑偶氮二異丁腈0.001份、硝酸鈰銨0.0003份和四甲基乙二胺0.0003份，去離子水45.5份。
[0013]本發(fā)明用于一種水基壓裂液稠化劑的合成方法，是通過下列步驟制得:
a.將10?50份2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鹽，十一烯酸I?5份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨I?5份與水混合攪拌溶解10?20分鐘；
b.在攪拌條件下，加入堿性調(diào)節(jié)劑或者酸性調(diào)節(jié)劑，將a步驟溶液的PH值調(diào)整為6?7，調(diào)節(jié)溫度為14?16°C ；
c.在b步驟得到的溶液中加入丙烯酰胺5?20份，甲基丙烯酰胺I?5份，甲基丙烯酸十二氟庚酯0.1?5份，乙烯基吡咯烷酮0.5?5份，改性玉米淀粉5?10份，攪拌溶解30?40分鐘；
d.在c步驟得到的溶液中通入高純氮氣，除氧30?40分鐘；
e.在氮氣保護(hù)下，向d步驟得到的溶液中依次加入復(fù)合引發(fā)劑偶氮二異丁腈、硝酸鈰銨和四甲基乙二胺，繼續(xù)通氮氣15?20分鐘；
f.步驟e的溶液體系變粘發(fā)生聚合反應(yīng)，停止通氮氣，密閉封口反應(yīng)4?6小時，體系的最終溫度控制在85?95°C ；
g.將反應(yīng)完成的膠體破碎、烘干、造粒，得到稠化劑成品。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟b中的堿性調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉或者氨水。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟b中的酸性調(diào)節(jié)劑為磷酸、鹽酸或者己二酸。
[0016]本合成反應(yīng)由于改性淀粉的加入，傳統(tǒng)的過硫酸鹽引發(fā)劑不能很好地引發(fā)乙烯基單體與淀粉的復(fù)雜體系，本發(fā)明采用硝酸鈰銨作為初始一段引發(fā)劑，偶氮二異丁腈為高溫二段引發(fā)劑，四甲基乙二胺為三段擴(kuò)鏈引發(fā)劑的復(fù)合引發(fā)體系能很好地引發(fā)乙烯基單體與淀粉的復(fù)雜體系。
[0017]本發(fā)明的稠化劑適用于油田的水基壓裂液，是一種易溶解、無污染、無傷害、攜沙性能好、尤其是抗溫、抗剪切攜沙性能好的多官能團(tuán)高分子聚合物，其主要特點是使用溫度范圍廣、具有高的耐溫、耐剪切性，具有高的攜沙性和無殘渣性，對儲藏?zé)o傷害性等特性，可用作胍膠的優(yōu)異替代品。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
各單體與水的重量百分比為丙烯酰胺:甲基丙烯酰胺:十一烯酸:AMPS: DMC:甲基丙烯酸十二氟庚酯:乙烯基吡咯烷酮:改性玉米淀粉:去離子水=5: I: 2.5: 30: 2.5: 2.5: I: 10:45.5。( I)溶液的配制在 100ml 燒杯中加入去離子水455g，加入AMPS單體300g，^^一烯酸單體25g，DMC單體25g，攪拌溶解10分鐘，在攪拌條件下緩慢加入中和劑(氫氧化鈉)至PH6。再加入丙烯酰胺50g，甲基丙烯酰胺單體10g，甲基丙稀酸十二氟庚酯單體5g，乙稀基卩比略燒酮單體10g，改性玉米淀粉100g，攪拌溶解30分鐘。
[0019](2)溶液的調(diào)整調(diào)節(jié)PH值到6.0，調(diào)節(jié)溫度14°C。(3)溶液吹氮氣除氧30分鐘，在氮氣保護(hù)下依次加入復(fù)合引發(fā)劑偶氮二異丁腈lg，硝酸鈰銨0.3g，四甲基乙二胺0.3g，繼續(xù)吹氮氣15分鐘，體系溶液變粘發(fā)生反應(yīng)，停止通氮，封口。繼續(xù)反應(yīng)5小時，終溫為86度。產(chǎn)品的后處理將已聚合好的膠體上噴灑白油進(jìn)行表面后處理，然后造粒，烘干，粉碎成40目成品RX928。
[0020]通過對成品RX928進(jìn)行檢測得出:
(1)多官能團(tuán)聚合物分子量425萬；
(2)3%。溶