[發明專利]一種油井壓裂用線性膠增稠劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201510400861.3
• 申請日: 2015-07-09
• 公開（公告）號: CN105001372B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李莉花;張蕊玲;張凱;陳靜
• 申請（專利權）人: 陜西森瑞石油技術開發有限公司
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F222/02;C09K8/68
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙)11004
• 代理人: 朱麗巖

技術領域

本發明屬于油氣田壓裂技術領域，具體涉及一種油井壓裂用線性膠增稠劑。本發明還涉及這種增稠劑的制備方法。

背景技術

壓裂技術可以改善儲層與井眼之間流體的聯通性，增加地層導流能力，因而是一種重要的油氣井增產措施。壓裂液是為了獲得高產而借用液體傳導力壓力措施所用的液體，是壓裂工藝技術的一個重要組成部分，主要功能是造縫并沿張開的裂縫輸送支撐劑，其性能直接影響了填砂裂縫的導流能力。壓裂液主要分為水基壓裂液、油基壓裂液、醇基壓裂液與泡沫壓裂液等。其中，水基壓裂液因具有成本低與性能好等優點，從20世紀70年代發展至今，在國內外被廣泛應用。

增稠劑是壓裂液中主要的化學成分，增稠劑的性能直接影響壓裂液的性能。水基壓裂液的增稠劑是一些可以通過水化作用和交聯作用成粘彈態的植物膠，目前應用最多的是瓜膠類及其改性體羥丙基瓜膠。以瓜膠類及其改性體羥丙基瓜膠作為稠化劑的水基壓裂液在廣泛應用的同時，也暴露出了一些致命的缺點。

這些缺點主要表現在：首先，這些壓裂液在壓裂破膠后，不能全部返排，壓裂液殘渣滯留在儲層中，造成地層損害，嚴重時使壓裂效果趨于無效。對返排液的分析表明，壓裂后至多有30％～45％瓜膠基線性膠可返排出來，其余留在壓開的裂縫中，對支撐劑的導流能力產生嚴重損害。其次是現場操作技術繁瑣，需對注入水進行水質檢測，注入水中細菌、鐵離子、磷酸鹽、pH值、硬度、懸浮物等會影響植物膠形成基液的粘度。再次，國內對瓜膠的需求主要依賴于進口，瓜膠的價格受國際市場的波動很大，從而使壓裂液成本增加。

為了改善這類植物膠壓裂液的不足，近年來，合成水溶性聚合物壓裂液已成為國內外研究的熱門方向。與天然聚合物相比，這些合成聚合物具有增稠能力強，破膠性能好、殘渣少等特點。合成聚合物稠化劑主要是聚丙烯酰胺類，聚丙烯酰胺通過與有機鈦鋯等金屬交聯劑反應可形成水基凍膠壓裂液，但這類傳統的合成聚合物壓裂液的缺點是溫度和剪切穩定性差。

發明內容

本發明針對已有增稠劑的上述缺陷，提供了一種油井壓裂用線性膠增稠劑。該增稠劑克服了植物膠增稠劑的諸多技術缺陷，易于破膠無殘渣，對地層傷害小；同時，耐溫和剪切穩定性性能好，適用于中低溫和中高溫油井壓裂。

為達到上述目的，本發明采取下述技術方案。

一種油井壓裂用線性膠增稠劑，其可通過下述方法獲得：由聚合單體丙烯酰胺、衣康酸、吡咯烷酮組成，丙烯酰胺、衣康酸、吡咯烷酮的投料質量比為(10～15):(5～8):(4～6)；將丙烯酰胺、衣康酸用水溶解完全后，再加入吡咯烷酮并使其完全溶解，滴加引發劑引發單體聚合，聚合溫度為30～50℃，聚合時間為2～48h，形成膠狀溶液，聚合產物分離，再經切塊、烘干、粉碎、過篩，得到的白色粉末狀物質即為所述的增稠劑。

本發明所述增稠劑包含三種聚合單體，分別為丙烯酰胺、衣康酸和吡咯烷酮，通過添加引發劑引發聚合單體的聚合。需要說明的是，這種增稠劑還經過物理方法制備成白色粉末狀。其中，聚合單體衣康酸富含羧基，提供能與壓裂液交聯劑交聯的-COO^--官能團。聚合單體吡咯烷酮的加入，能夠使壓裂液耐溫耐剪切和耐鹽性能提高，同時可使壓裂液破膠均勻。

根據本發明的具體實施方式，作為優選，所述引發劑為過硫酸鉀和亞硫酸鈉的混合物，混合物中過硫酸鉀和亞硫酸鈉的質量比為1:1.5。引發劑的用量為聚合單體總質量的0.05％～0.2％，在此范圍內添加引發劑，可以充分有效地引發三種聚合單體的聚合，又避免了引發劑的過量使用。

根據本發明的具體實施方式，作為優選，三種聚合單體丙烯酰胺、衣康酸、吡咯烷酮的投料質量比為10:6:5。按此比例投料，可以更好的實現本發明的目的。

進一步地，本發明還優選了聚合溫度和聚合時間，作為一個優選的實施方式，聚合溫度為40℃，聚合時間為10h。

本發明還給出了所述增稠劑的制備方法，包括下述順序的步驟：

(a)將丙烯酰胺和衣康酸加入到四口燒瓶中，然后加入去離子水，攪拌使其充分溶解，待溶解完全之后再加入吡咯烷酮，繼續攪拌溶解；丙烯酰胺、衣康酸、吡咯烷酮的投料質量比為(10～15):(5～8):(4～6)；

(b)將四口燒瓶中的液體混合物料邊攪拌邊加熱至30～50℃，然后滴加引發劑進行聚合反應2～48h；所述引發劑為過硫酸鉀和亞硫酸鈉的混合物，過硫酸鉀和亞硫酸鈉的質量比為1:1.5；

(c)對步驟(b)的聚合產物進行分離處理；

(d)將步驟(c)的產物切塊、烘干、粉碎、過篩，獲得白色粉末狀的增稠劑。