[發(fā)明專利]一種丙烯酰胺系共聚物及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310247744.9
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN104231164A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 林蔚然;黃鳳興;伊卓;杜凱;張文龍;祝綸宇;趙方園;劉希;方昭
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F220/58;C09K8/68
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;王鳳桐

技術領域

本發(fā)明涉及一種丙烯酰胺系共聚物，該丙烯酰胺系共聚物的制備方法，由該方法制備得到的丙烯酰胺系共聚物，以及所述丙烯酰胺系共聚物作為增稠劑的應用。

背景技術

隨著世界能源開發(fā)的開發(fā)熱點向非常規(guī)油氣資源轉(zhuǎn)移，水力壓裂技術作為致密砂巖油氣、煤層氣和頁巖油氣等非常規(guī)資源開發(fā)的關鍵技術，受到高度重視。低傷害、低成本的水基壓裂液體系作為保障壓裂施工成功、提高增產(chǎn)效益的關鍵環(huán)節(jié)而成為研發(fā)熱點，國際各大石油公司均投入大量人力、物力進行新型壓裂液體系的研發(fā)和現(xiàn)場試驗。

水基壓裂液由聚合物增稠劑、交聯(lián)劑、破膠劑、pH值調(diào)節(jié)劑、殺菌劑、粘土穩(wěn)定劑及助排劑等組成。其中增稠劑作為壓裂液的基本添加劑，其作用是提高水的粘度、降低液體濾失、懸浮與攜帶支撐劑。植物膠及其衍生物是目前水基壓裂液系統(tǒng)中最常用的增稠劑，大多數(shù)植物膠屬于半乳甘露聚糖。目前普遍使用的是瓜爾膠及其羥丙基化或羧甲基化的衍生物。但由于種植區(qū)域有限和近期非常規(guī)油氣藏開發(fā)的快速發(fā)展導致需求量的持續(xù)增大，瓜爾膠的價格逐漸增加。為此，需要積極開發(fā)瓜爾膠的替代品。

合成聚合物增稠劑是具有發(fā)展前景的一大類增稠劑。近些年來在工業(yè)生產(chǎn)中使用的合成聚合物增稠劑主要以聚丙烯酰胺及其部分水解產(chǎn)物為主。聚丙烯酰胺及其部分水解產(chǎn)物除具有天然植物膠增稠劑的粘度高、摩阻小、攜砂能力強等一般優(yōu)點外，還具有較好的熱穩(wěn)定性、無殘渣以及對地層傷害小、成本低等優(yōu)點，近些年來在部分油田獲得廣泛應用。

20世紀90年代勝利油田就采用聚丙烯酰胺（PAM）/有機鈦凍膠進行壓裂，可在150℃以下的地層使用，尤其在中高含水地層使用獲得較好的降水增油效果。克拉瑪依采油工藝研究院研制開發(fā)了DP-1聚丙烯酰胺類壓裂液，已現(xiàn)場應用幾百井次，效果良好。長慶油田分公司采油三廠研發(fā)的聚合氯化鋁（PAC）陽離子聚合物/陰離子聚丙烯酰胺（HPAM）壓裂液體系。該體系具有良好的流變性和帶砂能力以及破膠性，低的表面張力，對巖心滲透率損害低。然而，聚丙烯酰胺凍膠體系在實際應用中仍存在一些問題，例如聚丙烯酰胺凍膠的耐溫性和耐剪切性能較差，在油田的實際應用受到一定限制。

綜上所述，如何制備出一種在高溫和高鹽條件下具有優(yōu)良的增稠性能以及交聯(lián)后形成的凍膠具有良好的耐剪切性能的聚合物增稠劑仍是一個亟待解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的上述缺陷提供一種丙烯酰胺系共聚物，該丙烯酰胺系共聚物的制備方法，由該方法制備得到的丙烯酰胺系共聚物以及所述丙烯酰胺系共聚物作為增稠劑的應用。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的丙烯酰胺系共聚物在高溫和高鹽的條件下，具有優(yōu)良的增稠性能，并且交聯(lián)后形成的凍膠耐剪切性能好，原因可能是該丙烯酰胺系共聚物結構中的側(cè)鏈含有C-S和C-N結構，由于C-S和C-N結構熱能較高，抗溫能力較強，高溫下不易斷裂，在高溫和高鹽條件下穩(wěn)定；該丙烯酰胺共聚物結構中還含有親水能力較強的磺酸基團，使得該丙烯酰胺系共聚物在高溫條件下仍具有較高的水化能力，抗鹽性能突出，并且在飽和鹽水中仍具有良好的溶解性；此外，該丙烯酰胺共聚物結構中的羥基基團易與交聯(lián)劑易于交聯(lián)形成交聯(lián)網(wǎng)絡結構；此外，由于羥基距離共聚物主鏈的間隔基團較長，使得該交聯(lián)網(wǎng)絡結構具有很好的柔韌性，從而使該丙烯酰胺系共聚物交聯(lián)后形成的凍膠的耐剪切性能得到提高。

本發(fā)明提供一種丙烯酰胺系共聚物，其中，該丙烯酰胺系共聚物含有結構單元A、結構單元B和結構單元C，其中，所述結構單元A為式（1）所示的結構單元和/或式（2）所示的結構單元，所述結構單元B為式（3）所示的結構單元和/或式（4）所示的結構單元，所述結構單元C為式（5）所示的結構單元和/或式（6）所示的結構單元；且以所述丙烯酰胺系共聚物中結構單元的總摩爾數(shù)為基準，所述結構單元A的含量為50-90摩爾%，所述結構單元B的含量為5-40摩爾%，所述結構單元C的含量為0.01-40摩爾%，所述丙烯酰胺系共聚物的黏均分子量為100萬-1000萬；

式（1），式（2），式（3），

式（4），式（5），式（6），

其中，R₁、R₄、R₁’和R₄’各自獨立地為C1-C8的亞烷基；R₂、R₃、R₂’、和R₃’各自獨立地為C1-C5的烷基；M₁為H、K和Na中的一種。