[發明專利]一種丙烯酰胺系共聚物及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310269323.6
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN104250347A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: 杜凱;林蔚然
• 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;C08F230/02;C08F220/54;C08F220/18;C08F2/10;C08F2/30;C09K8/68
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;王鳳桐

技術領域

本發明涉及一種丙烯酰胺系共聚物、丙烯酰胺系共聚物的兩種制備方法以及所述丙烯酰胺系共聚物作為減阻劑的應用。

背景技術

作為非常規油氣資源利用的典型代表——頁巖氣（油）資源的開采已經成為全球非常規油氣資源領域的一場革命，目前頁巖氣的開發與利用已成為世界各國著重關注與發展的重點技術。由于頁巖氣藏等極致密油氣藏具有滲透率極低（一般小于0.5mD）、壓裂壓力高、易造成地層傷害的特點。必須采用“減阻水（滑溜水）壓裂”工藝開采。

“減阻水（滑溜水）壓裂”是水力壓裂的一種。與目前常規壓裂體系（改性瓜膠交聯體系）相比，減阻水（滑溜水）壓裂不是依靠高粘性膠體攜砂，而是以高的泵注排量攜砂，實現將儲層壓裂成網狀裂縫的最終目的。與常規壓裂體系相比，減阻水（滑溜水）壓裂在成本上有較大優勢的同時對地層的傷害較小。

減阻水壓裂液核心助劑為水基減阻劑，在實際施工中，水基減阻劑的加入克服工作液在管線中的摩擦阻力，保證了泵注排量的提高，使壓力最大限度地作用于壓開地層和延伸地層裂縫，目前可用作水基減阻劑的主要有胍膠及其衍生物、纖維素衍生物、丙烯酰胺類聚合物。

目前，采用胍膠、纖維素及其衍生物作為減阻水壓裂中的減阻劑一定程度上提高了泵注排量、降低了管線中的摩擦阻力（US5697444，US5271466），但仍無法滿足減阻水壓裂的要求，主要由于上述生物高分子存在以下缺點：（1）降阻性能有限；（2）由于胍膠、纖維素及其衍生物具有少量不溶物極易對地層造成傷害；（3）溶解時間較長。

在減阻水壓裂施工中，多采用丙烯酰胺類聚合物（部分水解丙烯酰胺或陰離子型丙烯酰胺共聚物）作為減阻水壓裂中的降阻劑，很大程度上提高了泵注排量、降低了管線中的摩擦阻力，但作為頁巖氣藏減阻水壓裂的減阻劑使用，存在以下重要缺陷：（1）為了減少壓裂過程中的“水敏效應”，抑制頁巖中粘土組分的水化膨脹，必須在壓裂液中加入小分子陽離子粘土穩定劑（如氯化鉀、四甲基氯化銨等）。部分水解丙烯酰胺或陰離子型丙烯酰胺共聚物及其乳液產品與上述粘土穩定劑的配伍性較差，極易產生沉淀；（2）部分水解丙烯酰胺或陰離子型丙烯酰胺共聚物作為頁巖氣藏減阻水壓裂的減阻劑使用抗濾失性能較差，此種減阻水壓裂液極易濾失到地層當中；（3）耐溫抗鹽性較差，尤其在高礦化度高二價離子含量條件下，分子結構不穩定，降阻效果下降較快。

專利US20090298721A1公開了一種減阻水壓裂液的配方：向1000加侖去離子水中加入0.5加侖丙烯酰胺-co-丙烯酸共聚物(FR-56^TM)等陰離子型丙烯酰胺共聚物乳液作為減阻劑，再加入0.15wt%碳酸鈉或EDTA-2Na等絡合劑，該減阻水壓裂液具有優良的降阻性能，室內平均降阻率達到65.0%，對耐鹽性（尤其對二價鈣離子的耐受性）有了一定程度的改善，但該種減阻水壓裂體系作為頁巖氣減阻水壓裂液使用，存在如下問題：（1）與粘土穩定劑和醇的配伍性較差，極易產生沉淀；（2）抗濾失性能較差，此種減阻水壓裂液極易濾失到地層當中；（3）在實際施工中“水敏效應”顯著；（4）極易產生“水堵”；（5）耐高速剪切性能差，在高速剪切作用下不穩定，降阻率下降很快；（6）耐溫耐鹽性較差，尤其在高礦化度高二價離子含量條件下，分子結構不穩定，降阻效果下降較快；（7）不易降解，容易對極度致密的頁巖地層造成永久型傷害，污染地層，繼而影響油氣產量。

與上述部分水解丙烯酰胺或陰離子型丙烯酰胺共聚物相比，陽離子型高分子量的丙烯酰胺共聚物作為減阻劑（US356226，US3868328）也有報道，此種結構共聚物與醇的配伍性較好，與小分子粘土穩定劑（如KCl、四甲基氯化銨等）相容性較好，“水敏效應”不顯著，不易“水堵”，聚合物本身具有一定的抑制粘土水化膨脹的作用。但此類降阻劑分子量較高，不易降解，容易對致密的頁巖造成永久性傷害。

因此，如何進一步提高減阻劑的耐高速剪切性能，提高壓裂液對粘土的抑制性及抗濾失性，提高在高溫高鹽高剪切條件下的減阻率的穩定性同時減少聚合物對地層的傷害仍是一個尚未解決的問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種粘均分子量低、減阻率高、耐熱和耐鹽性高、抗高剪切性能好、水溶性好、與粘土穩定劑具有良好配伍性且對地層傷害小的丙烯酰胺系共聚物及其制備方法和應用。