[發(fā)明專利]壓裂用抗高溫防膨劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410484064.3
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104277817B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉音;李洪俊;常青
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司
• 主分類號: C09K8/62
• 分類號: C09K8/62;C09K8/74
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司12108
• 代理人: 王顕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于深井、超深井壓裂及酸化液體系壓裂施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓裂用抗高溫防膨劑及其制備方法。?

背景技術(shù)

隨著油田開采程度過度開采，較易開采油層日趨減少。目前向深井、超深井及非常規(guī)油氣藏開采油氣方向發(fā)展。這些油氣藏表現(xiàn)埋藏深、滲透率低、溫度高等特點(diǎn)。需要進(jìn)行壓裂及酸化改造工作仍然是這類油氣藏開采過程中最有效的增產(chǎn)措施技術(shù)。而高溫防膨劑是高溫壓裂及酸化液體系中不可缺少的核心添加劑，其作用是能夠有效抑制粘土膨脹，改善體系性能，增加地層滲透率，提高油氣產(chǎn)量必要手段。因此研究壓裂用抗高溫防膨劑具有廣闊的市場前景和市場需求，而國內(nèi)對壓裂用抗高溫防膨劑的產(chǎn)品研究處于起步階段。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種壓裂用抗高溫防膨劑，其密度達(dá)到1.35g/cm³以上，使用溫度可以達(dá)到高溫180℃，該防膨劑在壓裂液中的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％～2％時(shí)，其防膨脹率可達(dá)90％以上。?

本發(fā)明還提供了一種壓裂用抗高溫防膨劑及其制備方法，使用該制備方法制備的防膨劑可作為深井、超深井(包括非常規(guī)油氣藏)壓裂液用防膨劑使用，可成功應(yīng)用于深井、超深井(包括非常規(guī)油氣藏)的壓裂施工中，有效起到防膨脹和防粘土微粒運(yùn)移的作用，提高油氣產(chǎn)量并保證施工順利安全進(jìn)行。?

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的高溫壓裂及酸化用防膨劑，由以下重量百分比的原料混合制成：?

季銨鹽型有機(jī)陽離子聚合物??10％-40％?

屏蔽劑????????????????????10％-20％?

無機(jī)鹽????????????????????40％-80％?

所述季銨鹽型有機(jī)陽離子聚合物是以有機(jī)胺為單體，經(jīng)環(huán)氧氯丙烷修飾后引發(fā)聚合得到的聚合物，應(yīng)用于深井、超深井(包括非常規(guī)油氣藏)的壓裂施工中。從成本因素考慮，優(yōu)選成本低的相對低分子質(zhì)量有機(jī)胺(相對分子質(zhì)量小于100的有機(jī)胺)，從大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，雖然以相對分子質(zhì)量高的有機(jī)胺為單體得到的有機(jī)陽離子聚合物的防膨效果有所增加，但相對分子質(zhì)量高的有機(jī)胺成本較高，因而在實(shí)際壓裂施工中首選相對分子質(zhì)量低的有機(jī)胺。并且，所述有機(jī)陽離子聚合物只是本發(fā)明公開的防膨劑中的組分之一，其他兩種成分屏蔽劑和無機(jī)鹽均會(huì)起到一定的防膨作用，不僅可以保證防膨率大于90％，且有效降低了成本。?

所述有機(jī)胺單體可以選擇伯胺、仲胺、叔胺中的任意一種，且有機(jī)胺單體結(jié)構(gòu)中包括一個(gè)或多個(gè)氨基基團(tuán)。所述有機(jī)胺單體經(jīng)環(huán)氧氯丙烷修飾后聚合得到的聚合物為季銨鹽型有機(jī)陽離子聚合物。由于選擇單體不同，在聚合過程中，聚合得到的季銨鹽型有機(jī)陽離子聚合物主要包括主鏈型有機(jī)陽離子聚合物和支鏈型有機(jī)陽離子聚合物兩類，其結(jié)構(gòu)式如下所示：?

這兩類有機(jī)陽離子聚合物的形成主要與所選取的有機(jī)胺單體的種類有關(guān)，有機(jī)胺的可以是伯胺，如乙二胺；仲胺，如二甲胺；叔胺，如三甲胺，當(dāng)有機(jī)胺單體選擇伯胺時(shí)，聚合得到的為主鏈型有機(jī)陽離子聚合物；而當(dāng)有機(jī)胺選擇仲胺或叔胺時(shí)，發(fā)生因其結(jié)構(gòu)中氨基基團(tuán)N元素上連有多個(gè)取代基而產(chǎn)生的位阻效應(yīng)，因而得到的聚合物主要為支鏈型有機(jī)陽離子聚合物。?

所述屏蔽劑為長鏈脂肪酸酯、長鏈脂肪醇酯中的一種。所述長鏈脂肪酸酯、長鏈脂肪醇酯結(jié)構(gòu)式為：?

其中，R1、R2為烷基基團(tuán)。?

優(yōu)選地，所述長鏈脂肪酸酯、長鏈脂肪醇酯的碳數(shù)為16-18個(gè)。所述屏蔽劑自身具有一定的防膨作用，因此為該抗高溫防膨劑的組分之一。此外，經(jīng)過發(fā)明人實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在制備該抗高溫防膨劑的過程中，在環(huán)氧氯丙烷修飾及引發(fā)聚合步驟之前加入屏蔽劑，可以有效減少聚合反應(yīng)時(shí)間，提高防膨劑防膨效果，這可能是因?yàn)槠帘蝿┰诰酆锨耙押芎玫姆稚⒃谛》肿佑袡C(jī)胺中，與合成的防膨劑自身發(fā)生協(xié)同作用，因此比先聚合得到有機(jī)陽離子聚合物再與屏蔽劑混合的效果好，聚合時(shí)間也相應(yīng)減少。?

所述無機(jī)鹽為金屬氯化物。所述金屬氯化物為氯化鈉、氯化鉀、氯化銨、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋁中的一種。?

無機(jī)鹽在該防膨劑中的作用主要是降低成本。無機(jī)鹽是最初使用一種防膨劑，其作為粘土穩(wěn)定劑只能暫時(shí)防膨粘土顆粒，不能像聚合物那樣產(chǎn)生多點(diǎn)吸附，因而實(shí)際施工中已很少無機(jī)鹽類防膨劑。但發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)無機(jī)鹽以一定的比例與季銨鹽型有機(jī)陽離子聚合物混合使用時(shí)，不會(huì)降低防膨劑的防膨脹率，其防膨脹率可達(dá)90％以上，同時(shí)，因?yàn)闊o機(jī)鹽的加入，大幅降低了防膨劑的生產(chǎn)成本。?