一種水基壓裂液稠化劑及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種稠化劑，具體涉及一種用于水基壓裂液的稠化劑，尤其是一種抗 高溫達(dá)到250°C的水基壓裂液稠化劑及其生產(chǎn)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(shí)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?jiān)沫h(huán)保性等特點(diǎn)。 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。
[0003]目前使用的稠化劑原料有植物膠及其衍生物、纖維素衍生物、生物聚多糖、合成聚 合物，常用的是瓜膠、羥丙基瓜膠、香豆膠等。一般合成聚合物有聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯 酰胺等，這些聚合物是可以通過控制合成條件，改變聚合物性質(zhì)，滿足施工需要，降阻性能 好，但存在的問題是耐剪切性差；耐鹽性差；殘膠吸附堵塞嚴(yán)重。因此上述兩種合成聚合物 沒有得到大量應(yīng)用。近年來，出現(xiàn)的低聚物壓裂液其性能彌補(bǔ)了一般聚合物的缺點(diǎn)，但是低 聚合物存在的缺點(diǎn)是不能夠耐超高溫，一般可以滿足90_120°C的底層下使用，而對于一些 超過150°C的高溫井來說，低聚物和胍膠這兩種產(chǎn)品就不再適用，它們含有可水解基團(tuán)，在 高溫條件下水解斷鏈，失去了壓裂用于增稠、攜沙、造縫的作用，所以研發(fā)耐高溫同時(shí)兼具 低聚物性能的新型稠化劑是國內(nèi)外科研人員的又一個(gè)新的科研課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是目前常用的水基壓裂液稠化劑耐剪切性差，耐鹽性 差，殘膠吸附堵塞嚴(yán)重，不能夠耐超高溫，提供一種耐高溫達(dá)250°c、耐剪切、耐鹽、無殘留的 水基壓裂液稠化劑及其生產(chǎn)方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種水基壓裂液稠化劑，它是由以下 質(zhì)量百分比的原料制備而成：（a)13-28%的丙烯酰胺；（b)8-10%的丙烯酸鈉；（c)2-10%的 2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；（d) 1-2. 5%的丙烯酸十八脂；（e)余量為水。
[0006] -種水基壓裂液稠化劑的生產(chǎn)方法，它包括如下步驟： (1) 按上述質(zhì)量百分比稱取丙烯酰胺、丙烯酸鈉、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸 十八脂四種單體和水； (2) 用水溶解稱取好的丙烯酸鈉制成丙烯酸鈉溶液，將稱取好的丙烯酰胺加入配制好 的丙烯酸鈉溶液中，用100_200r/min的速度攪拌； (3) 向步驟（2)制成的溶液中加入稱取好的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酸十八 月旨，并調(diào)節(jié)pH值到4. 0-5.0,調(diào)節(jié)溫度9-11°C; (4) 待步驟（3)反應(yīng)溫度穩(wěn)定之后，加入催化劑，引發(fā)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3-8小時(shí)， 得到膠塊產(chǎn)物。
[0007] (5)將聚合生產(chǎn)的膠塊產(chǎn)物經(jīng)過造粒、烘干、粉碎，用20-40目的篩子過濾之后，包 裝成袋出廠。
[0008] 所述的催化劑為偶氮類化合物；或者是過硫酸鹽或過氧化物；或者為過硫酸鹽或 過氧化物與還原劑一起組成的氧化還原體系；或者是由上述催化劑類型中的至少兩種催化 劑組成。
[0009] 所述的過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的一種或至少兩種；所述過氧 化物為過氧化氫、過氧化苯甲酰和叔丁基過氧化物中的一種或至少兩種；所述還原劑為亞 硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、低價(jià)金屬鹽、有機(jī)胺中的一種或至少兩種；所述偶氮化合物為偶氮二 異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽中的一種或至少兩種。
[0010] 所述的催化劑為偶氮化合物和過硫酸鹽與還原劑組成的氧化還原體系兩類的混 合，其中，過硫酸鹽、亞硫酸氫鈉、偶氮化合物的質(zhì)量配比為1:1:1。
[0011] 所述的催化劑的用量為原料總重量的〇. 02-0. 083%。
[0012] 本發(fā)明的稠化劑適用于油田增產(chǎn)中的水基壓裂液，是一種耐高溫、易溶解、無污 染、無傷害、攜沙性能好、尤其是耐高溫性能好的新型高分子聚合物，其主要特點(diǎn)是能夠耐 250°C高溫，適合高溫地層的壓裂，具有較高的耐剪切性，以滿足高流量的壓裂施工，具有高 的攜沙性和無殘?jiān)?，對儲層無傷害性等特性。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 一種水基壓裂液稠化劑，它是由以下質(zhì)量百分比的原料制備而成：（a) 13-28%的 丙烯酰胺；（b) 8-10%的丙烯酸鈉；（c) 2-10%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；（d) 1-2. 5% 的丙烯酸十八脂；（e)余量為水。
[0014] 一種水基壓裂液稠化劑的生產(chǎn)方法，包括如下步驟： (1) 按上述質(zhì)量百分比稱取丙烯酰胺、丙烯酸鈉、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸 十八脂四種單體和水； (2) 用水溶解稱取好的丙烯酸鈉制成丙烯酸鈉溶液，用稱取好的丙烯酰胺加入丙烯酸 鈉溶液中，用100_200r/min的速度攪拌； (3) 向步驟（2)制成的溶液中加入稱取好的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酸十八 月旨，并調(diào)節(jié)pH值到4. 0-5. 0,調(diào)節(jié)溫度9-ll°C;pH堿性調(diào)節(jié)劑主要有氫氧化鈉、碳酸鉀、氨 水。pH酸性調(diào)節(jié)劑主要有磷酸、硫酸、鹽酸、乙酸； (4) 待步驟（3)反應(yīng)溫度穩(wěn)定之后，加入催化劑，引發(fā)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3-8小時(shí)， 得到膠塊產(chǎn)物；溶液聚合時(shí)先吹氮?dú)獬?5-20分鐘，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下依次加入催化劑，停止 吹氮?dú)獠⒕酆细荛]，誘發(fā)15-20分鐘，觀察是否有溫升，當(dāng)誘發(fā)期內(nèi)有2°C的溫升，視為 引發(fā)成功，否則需要重新加入催化劑再次引發(fā)，引發(fā)成功后反應(yīng)3-8個(gè)小時(shí)，可以是3小時(shí)、 4小時(shí)、5小時(shí)、6小時(shí)、7小時(shí)、8小時(shí)； (5) 將聚合生產(chǎn)的膠塊產(chǎn)物經(jīng)過造粒、烘干、粉碎，用20-40目的篩子過濾之后，包裝成 袋出廠。
[0015] 所述的催化劑為偶氮類化合物；或者是過硫酸鹽或過氧化物；或者為過硫酸鹽或 過氧化物與還原劑一起組成的氧化還原體系；或者是由上述催化劑類型中的至少兩種催化 劑以任意比例混合組成。
[0016] 所述的過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的一種或至少兩種以任意比 例混合組成；所述過氧化物為過氧化氫、過氧化苯甲酰和叔丁基過氧化物中的一種或至少 兩種以任意比例混合組成；所述還原劑為亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、低價(jià)金屬鹽、有機(jī)胺中的 一種或至少兩種以任意比例混合組成；所述偶氮化合物為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶 氮二異丁基脒鹽酸鹽中的一種或至少兩種以任意比例混合組成。聚合催化劑的氧化劑為過 硫酸鹽或過氧化物，例如過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、過氧化氫、過氧化苯甲酰和叔丁基 過氧化物。本發(fā)明中可以使用氧化劑與還原劑一起組成氧化還原體系，所述還原劑為亞硫 酸鹽、亞硫酸氫鹽、低價(jià)金屬鹽、有機(jī)胺等。
[0017] 偶氮化合物也是本發(fā)明優(yōu)選的催化劑之一，適用的典型偶氮化合物為偶氮二異丁 腈（AZDN)、偶氮二異庚腈（V65)、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（V50)等。
[0018] 可以同時(shí)使用兩種或兩種以上上述催化劑，催化劑的量一般為單體的 0? 02-0. 083% 重量。
[0019] 所述的催化劑為偶氮化合物和過硫酸鹽與還原劑組成的氧化還原體系兩類的混 合，其中，過硫酸鹽、亞硫酸氫鈉、偶氮化合物的質(zhì)量配比為1:1:1。
[0020] 所述的催化劑的用量為原料總重量的0. 02-0. 083%?？梢允?. 02%、0. 05%、0. 06%、 0. 083%等數(shù)據(jù)，可以同時(shí)使用一種或至少兩種以任意比例混合的催化劑。
[0021] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。表1為本發(fā)明的具體實(shí)施例及檢測 結(jié)果。
[0022] 表1 :本發(fā)明的具體實(shí)施例及檢測結(jié)果
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水基壓裂液稠化劑，其特征在于：它是由以下質(zhì)量百分比的原料制備而成：（a) 13-28%的丙烯酰胺；（b)8-10%的丙烯酸鈉；（c)2-10%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；（d) 1-2. 5%的丙烯酸十八脂；（e)余量為水。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水基壓裂液稠化劑的生產(chǎn)方法，其特征在于：包括如下步 驟： (1) 按上述質(zhì)量百分比稱取丙烯酰胺、丙烯酸鈉、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸 十八脂四種單體和水； (2) 用水溶解稱取好的丙烯酸鈉制成丙烯酸鈉溶液，用稱取好的丙烯酰胺加入丙烯酸 鈉溶液中，用100_200r/min的速度攪拌； (3) 向步驟（2)制成的溶液中加入稱取好的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酸十八 月旨，并調(diào)節(jié)pH值到4. 0-5. 0,調(diào)節(jié)溫度9-11 °C ; (4) 待步驟（3)反應(yīng)溫度穩(wěn)定之后，加入催化劑，引發(fā)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3-8小時(shí)， 得到膠塊產(chǎn)物； (5) 將聚合生產(chǎn)的膠塊產(chǎn)物經(jīng)過造粒、烘干、粉碎，用20-40目的篩子過濾之后，包裝成 袋出廠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水基壓裂液稠化劑的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述的催化劑 為偶氮類化合物；或者是過硫酸鹽或過氧化物；或者為過硫酸鹽或過氧化物與還原劑一起 組成的氧化還原體系；或者是由上述催化劑類型中的至少兩種催化劑組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水基壓裂液稠化劑的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述的過硫酸 鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的一種或至少兩種；所述過氧化物為過氧化氫、過氧 化苯甲酰和叔丁基過氧化物中的一種或至少兩種；所述還原劑為亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、低 價(jià)金屬鹽、有機(jī)胺中的一種或至少兩種；所述偶氮化合物為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、 偶氮二異丁基脒鹽酸鹽中的一種或至少兩種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的水基壓裂液稠化劑的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述的催化劑 為偶氮化合物和過硫酸鹽與還原劑組成的氧化還原體系兩類的混合，其中，過硫酸鹽、亞硫 酸氫鈉、偶氮化合物的質(zhì)量配比為1:1:1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水基壓裂液稠化劑的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述的催化劑 的用量為原料總重量的〇. 02-0. 083%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水基壓裂液稠化劑及其生產(chǎn)方法，具體涉及一種抗高溫達(dá)到250℃的水基壓裂液稠化劑及其生產(chǎn)方法。要解決的技術(shù)問題是常用的水基壓裂液稠化劑耐剪切性差，耐鹽性差，殘膠吸附堵塞嚴(yán)重，不能夠耐超高溫。本發(fā)明由以下質(zhì)量百分比的原料制備而成：（a）13-28%的丙烯酰胺；（b）8-10%的丙烯酸鈉；（c）2-10%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；（d）1-2.5%的丙烯酸十八脂；（e）余量為水。采用這樣的技術(shù)方案后的本發(fā)明，耐高溫、易溶解、無污染、無傷害、攜沙性能好、尤其是耐高溫性能好，能夠耐250℃高溫，適合高溫地層的壓裂，具有較高的耐剪切性，具有高的攜沙性和無殘?jiān)浴?br>【IPC分類】C08F220-06, C08F220-56, C08F220-18, C08F220-58, C08F4-40, C09K8-68
【公開號】CN104745170
【申請?zhí)枴緾N201310737110
【發(fā)明人】王永政, 趙俊勇
【申請人】鄭州三山石油技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月30日