[發(fā)明專利]一種陰離子聚合物稠化劑、壓裂液及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410380624.0
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104194763A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王中澤;李志臻;楊旭;徐克彬;陳清;周濤;李軍;屈興華;劉玉海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團渤海鉆探工程有限公司
• 主分類號: C09K8/68
• 分類號: C09K8/68;C08F220/56;C08F220/06;C08F220/14;C08F4/40;C08F6/06
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 陳昌娟

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域，特別是涉及一種陰離子聚合物稠化劑、壓裂液及其制備方法。

背景技術(shù)：

油氣層水力壓裂是油氣井增產(chǎn)、注水井增注的一項重要工藝措施，在提高油氣產(chǎn)量和可采儲量方面起著重要作用。壓裂時所用的壓裂液必須具備較高的粘度、抗剪切性、攜沙性以及環(huán)保性等特點。目前，國內(nèi)外使用的壓裂液大多為水基壓裂液。稠化劑作為壓裂液的主劑，作用在于提高壓裂液粘度、降低液體濾失，懸浮和攜帶支撐劑。目前，廣泛使用的稠化劑大致可分為：天然植物膠(胍膠)及其衍生物和合成聚合物。

以胍膠為代表的天然植物膠及其衍生物具有增稠能力強、易交聯(lián)形成凍膠、性能穩(wěn)定等優(yōu)點,是目前國內(nèi)外壓裂作業(yè)中使用較多的稠化劑品種。盡管胍膠壓裂液在耐高溫及粘彈性方面表現(xiàn)出色，卻依然存在諸多缺陷：由于胍膠本身含有較多的水不溶物，破膠后殘渣量較大，壓裂施工后極大地降低了地層滲透率，對地層傷害較大；胍膠壓裂液使用化學交聯(lián)，交聯(lián)速度快且不可逆，使得泵注時摩阻較高，不利于深井壓裂；胍膠壓裂液破膠液中存在諸多殘余斷鏈，造成地層傷害導致返排效果差。此外，由于受原料產(chǎn)地的限制，近年來胍膠價格上漲過快，導致壓裂成本急劇上升。

合成聚合物稠化劑主要是聚丙煉酰胺類，通過化學交聯(lián)增加壓裂液粘度，該類聚合物稠化劑/壓裂液已基本實現(xiàn)了較好的熱穩(wěn)定性，粘度高，攜砂能力強，同時還具備較好的防膨性和較低濾失量。此外，丙烯酰胺類聚合物生產(chǎn)成本低，僅為3～5萬元/噸，但由于丙烯酰胺類聚合物增稠劑體系使用化學交聯(lián)進行增粘，交聯(lián)不可逆導致壓裂液抗剪切性較差，并且增大了泵注摩阻；此外，該類壓裂液破膠不完全，且破膠殘渣在地下難以降解，對地層具有一定的傷害作用。

除了以上兩種稠化劑、壓裂液體系，近年來逐步得到推廣應用的還有粘彈性表面活性劑(Viscoelastic?surfactant，VES)清潔壓裂液和疏水締合型壓裂液。VES壓裂液配制簡單，無需交聯(lián)劑、破膠劑和其它化學添加劑，黏度好、抗剪切能力強、施工摩阻低，破膠后無殘渣，利于排返，對地層的傷害小，但耐溫性較差、濾失量大以及成本較高等缺陷使其在國內(nèi)難以得到廣泛應用。疏水締合型壓裂液體系中引入了帶有疏水基團的水溶性聚合物，通過聚合物大分子鏈間的疏水締合作用形成動態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，很好地解決壓裂液的熱穩(wěn)定性和抗剪切性問題。但其主要缺點在于疏水基團的引進會造成壓裂液中聚合物溶解速率慢甚至部分完全不溶解。

綜上所述，目前油氣田開發(fā)中所使用的稠化劑、壓裂液的缺點主要包括以下幾點：

(1)大多數(shù)使用化學交聯(lián)增粘，交聯(lián)不可逆，導致泵注摩阻高，不利于深井施工；

(2)破膠不完全、殘渣量大，對地層的傷害較大；

(3)多數(shù)粘彈性表面活性劑抗高溫性能較差；

(4)成本較高，導致應用受限。

因此，研制出一種耐高溫、抗剪切、低摩阻、低傷害且壓裂成本較低的壓裂液是當下油氣田開發(fā)的迫切需要。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的一個目的是提供一種耐高溫、抗剪切、低摩阻、低傷害且壓裂成本較低的陰離子聚合物稠化劑、壓裂液。

本發(fā)明的另一目的是提供上述陰離子聚合物稠化劑及壓裂液的制備方法。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

1.陰離子聚合物稠化劑的制備：

所述陰離子聚合物稠化劑是由以下重量百分比的組分制成：25～30％的丙烯酰胺(AM)單體、5～8％的丙烯酸(AA)單體、15～18％的丙烯酸十八酯(ODA)單體、4～5％的抗交聯(lián)劑、4～5％的增溶劑、占所述3種單體總質(zhì)量0.35～0.40％的氧化還原引發(fā)劑、占所述3種單體總質(zhì)量0.04～0.05％的中溫引發(fā)劑2，2’-偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽，余量為水。

具體步驟：

1)將所述3種單體：AM、AA和ODA依次溶解在水中；

2)調(diào)節(jié)PH值至7～7.5，加入所述抗交聯(lián)劑和增溶劑；

3)在35～40℃、氮氣保護條件下，加入所述氧化還原引發(fā)劑和2，2’-偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽，反應20min，當體系溫度升至93～96℃，繼續(xù)反應1～1.5h后得到固體聚合物，即為陰離子聚合物稠化劑。

所述陰離子聚合物稠化劑制成粉末后使用效果更好。為了盡量避免聚合物大分子鏈在高速粉碎過程中發(fā)生斷裂，可以在煤油與Span-80的保護下對固體聚合物進行初步粉碎，之后再根據(jù)具體使用需要進行粉碎處理。例如采用如下具體步驟：

1)將聚合物固體剪碎，在含有2wt％Span-80的煤油中進行攪拌、使其進一步破碎；