[發明專利]用于油氣井壓裂改造的分子量可控非離子型聚丙烯酰胺的合成方法

有效

• 申請號: 201210506184.X
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102942702A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 戴彩麗;劉欣梅;趙明偉;由慶;徐先賓;王思宇;趙光
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C08J3/24
• 分類號: C08J3/24;C08F120/56;C08F4/30;C08F2/00;C09K8/68
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種用于油氣井壓裂改造的分子量可控的非離子型聚丙烯酰胺的合成方法，屬于聚合物制備技術領域。

背景技術

隨著人類工業化進程的不斷深入，石油作為一種主要的非再生性能源，它的開采越來越受到世界的重視，相應也涌現出了各種能提高石油開采的技術手段，其中水力壓裂已成為油氣井增產、注水井增注的一項重要技術措施。目前水力壓裂技術已經發展應用了六十多年，在影響壓裂成敗的諸多因素中，壓裂液的性能至關重要。目前應用最廣泛的是胍膠水基凍膠壓裂液，但近幾年受地域和季節的因素影響，胍膠的價格猛漲，使胍膠壓裂液的成本驟然升高，因此，開發一種便宜的能替代胍膠的水基凍膠壓裂液勢在必行。其中，聚合物所形成的水基鋯凍膠壓裂液是主要的研究方向，水基鋯凍膠壓裂液一般由交聯劑和聚合物在水溶液中交聯而成。聚合物一般為聚丙烯酰胺（PAM），交聯劑則分為無機鋯和有機鋯兩種，無機鋯所形成的鋯凍膠壓裂液由于成膠快，因此只適用于淺井地帶，不適用于深井地帶，而有機鋯的成膠時間較長并易調控，開發水基有機鋯凍膠壓裂液用于油氣井壓裂改造是非常有必要的。但目前市場上所市售的PAM很少能與醋酸鋯進行交聯，而且性能極其不穩定。PAM為水溶性高分子聚合物，引起具有良好的絮凝性、粘合性、降阻性和增稠性而受到廣泛的重視，近幾十年來PAM已被應用到各個領域，特別是在水處理，石油采油，造紙，紡織和采礦洗煤等重要領域發揮著不可替代的作用。PAM主要分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型四種。

CN1814638A(CN200610042600.X)陽離子聚丙烯酰胺的制備方法，是由丙烯酰胺單體和帶有雙鍵的季銨鹽加水形成水溶液體系，在10～40℃條件下加鰲合劑和引發劑進行共聚合反應，反應后得到的膠塊經造粒、烘干、粉碎得到陽離子聚丙烯酰胺，本發明水溶液體系中存在的溶解氧采用二氧化碳置換的方式，經聚合可得到發泡狀膠塊，聚合時體積增大，且會冒出水蒸氣，帶走了很大熱量，致使體系內溫度下降，使產品溶解性良好，并有利于得到高分子量的陽離子聚丙烯酰胺產品。發泡狀膠塊造粒烘干時，由于氣孔多，可大大減少烘干時間，從而節省能量。CN101514239A(CN200810204957.2)公開了一種兩性聚丙烯酰胺及其制備方法，步驟為：將丙烯酰胺、含羧基的陰離子單體、季銨鹽類陽離子單體水混合，制成混合單體液A；組分的重量用量為：丙烯酰胺55-75重量份，含羧基的陰離子單體5～15重量份，季銨鹽類陽離子單體20～30重量份，去離子水82-112重量份；將總重量10～30％的混合單體液A、總重量10～30％的引發劑溶液B、分散介質、還原劑和水混合反應，獲得分散穩定劑C，然后同時加入剩余的混合單體液A和引發劑溶液B反應，得到所述兩性聚丙烯酰胺。CN102675509A（CN201210166073.9）公開了一種非離子聚丙烯酰胺的制備方法，步驟是：將丙烯酰胺、去離子水、助溶劑充分攪拌混合后，用弱酸調整pH值，得到均聚溶液；將均聚溶液冷卻后泵入聚合釜中，加入偶氮二異丁腈，通入高純氮氣后，依次加入分別由鏈轉移劑、絡合劑、還原劑、一段氧化劑、二段氧化劑、輔助還原劑配制成的溶液，控制溫度，進行聚合反應后，再老化反應，得到透明有彈性的聚丙烯酰胺膠塊；取出膠塊，對其進行切割、造粒、干燥、粉碎、篩分，得到非離子聚丙烯酰胺。由本發明獲得的非離子聚丙烯酰胺可廣泛應用于酸性污水處理、紡織工業助劑、防沙固沙、各種改性聚丙烯酰胺的基礎原料等領域。

雖然關于合成聚丙烯酰胺的專利已有不少，但是合成PAM不能與醋酸鋯進行交聯，且性能不穩定，不能滿足油田大規模工業化應用。對于不同深度的油層，也需要不同分子量的PAM。而在現有技術中合成用于油氣井壓裂改造的分子量可控的聚丙烯酰胺仍然是一個難題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于油氣井壓裂改造的分子量可控的非離子型聚丙烯酰胺的合成方法。所得非離子型聚丙烯酰胺可以與有機鋯交聯形成水基鋯凍膠壓裂液，用于油氣井壓裂改造。

本發明的技術方案如下：

一種用于油氣井壓裂改造的分子量可控非離子型聚丙烯酰胺的合成方法，包括步驟如下：

在氮氣保護下，將質量濃度為5%～30%的丙烯酰胺單體水溶液在裝有機械攪拌、冷凝管和氮氣的三口燒瓶中攪拌升溫至45～60℃，加入引發劑，引發劑為占體系總質量0.0005～0.008wt%的過硫酸銨，并加熱到55～70℃繼續攪拌，聚合反應2～5小時，冷卻。

上述非離子型聚丙烯酰胺的合成方法中，優選條件如下：

所述丙烯酰胺單體水溶液為質量濃度10～25%，攪拌升溫至47～58℃。