[發(fā)明專利]一種用于壓裂液的星形抗剪切聚丙烯酰胺及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510001812.2
• 申請(qǐng)日: 2015-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN104497220B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙星;彭歡;郭建春;李一波;袁成東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F283/00
• 分類號(hào): C08F283/00;C08F220/56;C08F220/58;C08F220/34;C08F2/48;C08G83/00;C09K8/68
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙)51218
• 代理人: 袁英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣田開采領(lǐng)域中，作為稠化劑用于壓裂液的星形抗剪切聚丙烯酰胺及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著高分子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別對(duì)高分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系了解的不斷深入，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ω叨戎Щ酆衔镅芯亢烷_發(fā)越來(lái)越重視。在樹枝形大分子外圍接多條線性聚合物支鏈所形成的樹核星形聚合物，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能引起了人們的普遍關(guān)注。樹核星形聚合物的合成可以采用以樹枝形多官能團(tuán)引發(fā)劑為中心核，再引發(fā)乙烯基單體聚合。專利CN1594369將樹枝形大分子聚丙烯亞胺改性后得到樹枝形硫雜蒽酮光引發(fā)劑，但由于樹枝形聚丙烯亞胺分子結(jié)構(gòu)較為收縮，硫雜蒽酮本來(lái)為油溶性引發(fā)劑，導(dǎo)致最終得到的枝形硫雜蒽酮光引發(fā)劑難以直接溶解在水中，反應(yīng)需要在混合溶劑中進(jìn)行。樹枝形聚酰胺-胺是目前國(guó)內(nèi)外研究最多的樹枝形大分子，其分子結(jié)構(gòu)高度支化度，并具有高度的幾何對(duì)稱性，分子內(nèi)部存在空腔，外圍具有大量的氨基，在外圍引入合適的活性官能團(tuán)，再在水溶液中樹枝形多官能團(tuán)為支化核心引發(fā)單體自由基聚合，便可以得到結(jié)構(gòu)新穎的樹核星形聚合物。

壓裂液在配制(攪拌器)、輸送(管線構(gòu)件、泵、閥)、進(jìn)入地層(通過(guò)炮眼)等過(guò)程中，當(dāng)壓裂液發(fā)生形變或流動(dòng)時(shí)，其承受的剪切應(yīng)力增大至足以使稠化劑分子斷裂時(shí)，將降低壓裂液粘度，從而影響攜砂性能，直接決定壓裂施工的成敗。壓裂施工排量大，最高可達(dá)10m³/min以上，對(duì)聚合物剪切穩(wěn)定性要求較高。由此可見，壓裂液中稠化劑的抗剪性能是壓裂液設(shè)計(jì)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

針對(duì)合成聚合物剪切穩(wěn)定性差的問(wèn)題，可通過(guò)對(duì)聚合物分子結(jié)構(gòu)的改變，獲得抗剪切性能更強(qiáng)的聚合物。主要有三種方法：引入剛性單體，一般為帶環(huán)狀或者大側(cè)基的單體；疏水締合聚合物，通過(guò)分子鏈間疏水基團(tuán)的締合作用形成可逆的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可提高聚合物溶液抗剪性能；支化類聚合物，梳形、支化、星形等。目前通過(guò)引入剛性單體、疏水締合聚合物用于提高壓裂液稠化劑的抗剪切性能已有較多研究，支化聚合物用于壓裂液略有報(bào)道，如專利CN103013487報(bào)道了一種多支化高分子壓裂液及其制備方法，利用N，N-甲叉雙丙烯酰胺作為支化功能單體合成了新型多支化高分子聚合物，作為稠化劑用于壓裂液中，避免了常規(guī)聚合物壓裂液不耐剪切等問(wèn)題。但目前尚未見星形聚合物作為稠化劑用于壓裂液的報(bào)道，但相信星形聚合物優(yōu)異的抗剪切性能可滿足壓裂液對(duì)稠化劑的抗剪切的要求，使壓裂液凍膠具有較好的耐溫抗剪及攜砂能力，為壓裂施工的順利進(jìn)行提供有效的保障。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于壓裂液的星形抗剪切聚丙烯酰胺，該星形聚合物作為稠化劑用于壓裂液，其耐溫抗剪切性能優(yōu)異，破膠后無(wú)殘?jiān)瑸閴毫咽┕ぷ鳂I(yè)在油氣田的廣泛應(yīng)用提供有力保障，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

本發(fā)明的另一目的還在于提供上述星形抗剪切聚丙烯酰胺的制備方法，原理可靠，可操作性強(qiáng)，條件溫和，收率較高。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

一種用于壓裂液的星形抗剪切聚丙烯酰胺，是以硫雜蒽酮改性樹枝形聚酰胺-胺水溶性引發(fā)劑為星形聚合物的核，以丙烯酰胺均聚物或丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉、甲基丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化銨的共聚物為星形聚合物的臂。

一種用于壓裂液的星形抗剪切聚丙烯酰胺，其結(jié)構(gòu)如下：

該聚合物的核的結(jié)構(gòu)如下：

該聚合物的臂為丙烯酰胺均聚物、丙烯酰胺二元共聚物或三元共聚物，所述二元共聚物的結(jié)構(gòu)單元為丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉或丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化銨，所述三元共聚物的結(jié)構(gòu)單元為丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉、甲基丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化銨。

所述星形聚合物的臂為三元共聚物的結(jié)構(gòu)式如下：

x、y、z為結(jié)構(gòu)單元數(shù)。

該星形抗剪切聚丙烯酰胺通過(guò)如下方法合成：以樹枝形大分子聚酰胺-胺為核的星形聚丙烯酰胺分兩步制備：一是在氯仿中，用2-環(huán)氧基團(tuán)硫雜蒽酮對(duì)樹枝形大分子聚酰胺-胺進(jìn)行改性，從而得到樹枝形多官能團(tuán)大分子引發(fā)劑；二是在水溶液中，以樹枝形多官能團(tuán)大分子引發(fā)劑作為引發(fā)起始核心，引發(fā)丙烯酰胺等單體聚合，從而制得星形聚丙烯酰胺。所述單體包括丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉、甲基丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化銨。