[發(fā)明專利]兩性離子聚合物、其制備方法及在鹽酸基壓裂液中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210166761.5
• 申請(qǐng)日: 2012-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN102702424A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙金洲;劉長(zhǎng)宇;陳紅軍;方天成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F220/34
• 分類號(hào): C08F220/34;C08F220/56;C08F220/58;C09K8/68;C08G73/00
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種兩性離子聚合物、其制備方法及在鹽酸基壓裂液中的應(yīng)用，適用于石油工程中儲(chǔ)層改造，特別是水力壓裂施工中的壓裂液技術(shù)。

背景技術(shù)

壓裂酸化增產(chǎn)技術(shù)為我國(guó)老油氣田的增產(chǎn)改造挖潛和新油氣田的勘探開發(fā)做出了卓越貢獻(xiàn)，已成為復(fù)雜油氣藏和難采儲(chǔ)量開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，高溫/超高溫、復(fù)雜巖性儲(chǔ)層、復(fù)雜流體儲(chǔ)層、中高含水老油田、低壓低效油氣藏等油氣藏開采難度越來越大。對(duì)于某些儲(chǔ)層，如復(fù)雜巖性儲(chǔ)層、高污染低效儲(chǔ)層、高含堿敏性礦物儲(chǔ)層，僅僅依靠單純的加砂壓裂或酸壓常常低效甚至無效。因此，應(yīng)針對(duì)這些特殊對(duì)象，研究壓裂酸化的新的工作液體系和工藝方法，意義重大。鹽酸基壓裂液為強(qiáng)酸性體系，與常規(guī)植物膠水基壓裂液呈堿性不同，能實(shí)現(xiàn)酸加砂作業(yè)，為近幾年發(fā)展出的新型壓裂液。依靠性能優(yōu)良的稠化劑來提高酸液的粘度，在一定時(shí)間、溫度下保持均勻穩(wěn)定，能充分地與地層中污染物和酸溶性組分反應(yīng)，并向地層輸送壓裂支撐劑，增加裂縫寬度和導(dǎo)流能力。

目前常用的酸液稠化劑大部分為人工合成聚合物，主要有以下幾類：（1）丙烯酰胺與季銨鹽類陽(yáng)離子單體(如二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰乙撐三甲基氯化銨等)共聚而得的產(chǎn)品。（2）丙烯酰胺與乙烯吡咯烷酮共聚制得的聚合物。（3）丙烯酰胺與2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸的共聚物。（4）N，N－二烷基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰胺基烷基三烷基鹵化銨、疏水丙烯酰胺基三烷基銨鹵化物、乙二醇二丙烯酸鹽共聚而得的共聚物。（5）N－乙烯基內(nèi)酰胺、α，β－不飽和酰胺、乙烯磺酸鈉或苯乙烯磺酸鈉共聚物。

上述聚合物在實(shí)際使用過程中都面臨如何提高聚合物耐溫、抗鹽、抗剪切能力的問題。因?yàn)樽⑷氲貙雍螅嵋号c石灰?guī)r或白云巖反應(yīng)會(huì)生成高濃度的氯化鈣而損害聚合物穩(wěn)定性，導(dǎo)致酸液稠度下降或聚合物沉淀。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種兩性離子聚合物，該聚合物能有效增稠鹽酸，具有耐高溫、抗鹽、抗剪切性能。

本發(fā)明的目的還在于提供該兩性離子聚合物的制備方法，該方法原理可靠，操作方便，成本低廉，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

本發(fā)明的另一目的在于提供該兩性離子聚合物在鹽酸基壓裂液中的應(yīng)用，由于該聚合物具有耐溫、抗鹽、抗剪切能力，將其作為增稠劑，輔助添加緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、粘土穩(wěn)定劑和助排劑等，從而制備一種酸攜砂的新型鹽酸基壓裂液。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

陽(yáng)離子高分子聚合物具有較好的抗鹽性、抗溫性，在酸中部分鏈節(jié)形成陽(yáng)離子而相互排斥，對(duì)酸液有較強(qiáng)的稠化作用，顯示良好的強(qiáng)酸性增稠能力；另一方面，在聚合物中嵌入一定陰離子鏈節(jié)，能提高聚合物的抗溫抗鹽的性能。因此，本發(fā)明中兩性聚合物分子合成設(shè)計(jì)思路為：?①生成一種分子量高的聚合物，提高增粘效率；②聚合物分子的主鏈結(jié)構(gòu)盡量是高碳鏈、剛性鏈結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)提高主鏈的熱穩(wěn)定性，側(cè)基盡量是大側(cè)基、剛性側(cè)基，這樣會(huì)使分子的熱運(yùn)動(dòng)阻力增加。③分子的作用基團(tuán)是對(duì)鹽不敏感的水化基團(tuán)、化學(xué)穩(wěn)定性好的耐水解基團(tuán)，那么該分子就會(huì)抗鹽。聚合物分子具備了上述的三個(gè)特點(diǎn)，那么它將是抗鹽性、耐溫性、增粘性集于一體的性能優(yōu)良的高分子聚合物。

一種兩性離子聚合物，其結(jié)構(gòu)式如下：

其中x為40%，y為30%，z為30%。

該聚合物分子量為450萬(wàn)～550萬(wàn)。

該兩性離子聚合物的合成路線如下：

①以甲基丙烯酸甲酯（MMA）和N，N-二甲基乙醇胺（DMEA）為原料，通過酯交換反應(yīng)制得甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）。

②再以DMAEMA為原料與CH₃Cl反應(yīng)合成甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）。

③將DMC與丙烯酰胺（AM）及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）進(jìn)行三元共聚，產(chǎn)物即為本發(fā)明的耐酸抗鹽聚合物增稠劑,其分子結(jié)構(gòu)為：

其中x為40%，y為30%，z為30%。

如上所述的兩性離子聚合物的制備方法，依次包括以下步驟：

（1）以甲基丙烯酸甲酯（MMA）和N，N-二甲基乙醇胺（DMEA）為原料（MMA既是反應(yīng)物又是溶劑），DMAE:MMA的摩爾比為1:2，反應(yīng)催化劑為鈦酸四丁酯，DMEA:鈦酸四丁酯的摩爾比為1:0.075，阻聚劑為吩噻嗪，吩噻嗪:DMAE的摩爾比為0.0050:1，在95-98℃左右反應(yīng)4-5小時(shí)后，通過酯交換反應(yīng)制得甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）；