一种提高采收率用含二丙烯酰胺二甲基丙磺酸的稠化剂

摘要

本发明涉及一种提高采收率用含二丙烯酰胺二甲基丙磺酸的稠化剂。主要解决了现有压裂液稠化剂在工厂化施工时溶胀时间长和产生泡沫多的问题。该稠化剂的组分及配比按重量百分比如下：包括水相单体溶液、引发剂、油相乳化溶液；所述水相单体溶液为单体丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸、氢氧化钾的水溶液，丙烯酰胺：丙烯酸：2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸：氢氧化钾：清水：引发剂的质量比为1：0.9:1.25:0.16:2.2：0.01；所述油相乳化溶液为液体石蜡、复合乳化剂，其中复合乳化剂为斯盘80和土温60，所述液体石蜡：斯盘80：土温60的质量比为73:9:1。该提高采收率用稠化剂，在工厂化施工时溶胀时间短，配制时产生泡沫少，适用于大型工厂化压裂施工。

说明书

技术领域

本发明涉及油田采油领域中一种稠化剂，尤其是一种提高采收率用含二丙烯酰胺二甲基丙磺酸的稠化剂。

背景技术

工厂化压裂施工技术已成为致密油和页岩气经济有效开发的主体技术之一，在施工现场如何实现压裂液体系快速连续混配是工厂化施工的关键技术。

目前普遍使用的工厂化压裂液体系主要为植物胶体系和粉状聚合物体系。植物胶体系包括稠化剂、交联剂及其它添加剂。稠化剂通常为羟丙基改性胍胶干粉，因温度不同，交联剂为有机硼、有机锆或硼砂，在90℃条件下，为保证良好的耐温耐剪切性能，稠化剂的浓度一般在0.5%左右，其性能满足SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》中有关水基压裂液通用技术指标，残渣含量在400mg/L左右。配方如下：

0.5%羟丙基胍胶+0.2%有机硼交联剂+1%粘土稳定剂+0.1%助排剂+ 0.1%破乳剂+ 0.18% pH调节剂+0.036%pH调节助剂+0.05%破胶剂+0.01%破胶助剂

常规聚合物体系包括稠化聚合物、交联剂及其它添加剂。稠化剂主要为枝状聚合物，交联剂为无机铝盐，在90℃条件下，为保证良好的耐温耐剪切性能，稠化剂的浓度一般在0.35-0.40%，配方如下：

0.35-0.40%聚合物稠化剂+0.3%铝交联剂+0.5-1%粘土稳定剂+0.1%助排剂+ 0.1%破乳剂+0.05%破胶剂+0.01%破胶助剂

这两套体系的稠化剂在工厂化施工时主要存在以下问题：一是溶胀时间长。稠化剂均为干粉，配制时完全溶胀需要15-40min，在使用高效的配液设备前提下，最高配制速度仅可满足10m3/min；二是泡沫多。体系在高速配制时会产生大量的泡沫，频繁出现泵车抽空供液不足的情况，难以满足12m3/min以上的高排量施工需求。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的问题，而提供一种高采收率用含二丙烯酰胺二甲基丙磺酸的稠化剂。该提高采收率用含二丙烯酰胺二甲基丙磺酸的稠化剂为液态乳液，在工厂化施工时溶胀时间短，配制时产生泡沫少，能够满足12m3/min以上的高排量施工需求，同时稠化剂自身具有的酰胺基有很强的极性，防止粘土颗粒膨胀运移，具有防膨作用。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种提高采收率用含二丙烯酰胺二甲基丙磺酸的稠化剂，其组分及配比按质量比如下：包括水相单体溶液、引发剂、油相乳化溶液；所述水相单体溶液为单体丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸、氢氧化钾的水溶液，所述丙烯酰胺：丙烯酸：2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸：氢氧化钾：清水：引发剂质量比为1：0.9:1.25:0.16:2.2：0.01；所述油相乳化溶液为液体石蜡、复合乳化剂，所述复合乳化剂为斯盘80、土温60，所述液体石蜡：斯盘80：土温60质量比为73:9:1。

一种提高采收率用含二丙烯酰胺二甲基丙磺酸的稠化剂的制备方法，包括以下步骤：

  （1）、水相单体溶液的配制

分别配制丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸和氢氧化钾的水溶液，溶液的浓度分别为45%、40%、56%和20%；配制10%的过硫酸钾溶液作为引发剂；

将丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸的水溶液混合，滴加氢氧化钾的水溶液，将其中和至PH值为9后，再与丙烯酰胺的水溶液混合，滴加配制好的引发剂溶液。

上述水相溶液中，丙烯酰胺：丙烯酸：2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸：氢氧化钾：清水：引发剂质量比为1：0.9:1.25:0.16:2.2：0.01。

（2）、油相乳化溶液的配制

按比例配制液体石蜡、斯盘80和土温60混合液，液体石蜡：斯盘80：土温60质量比为73:9:1。

（3）、聚合反应

在1000r/min转速下，搅拌油相20min，在20℃低温下添加单体的水相溶液，边添加边通高纯氮气，添加完毕后，反应釜恒温80℃，反应18-20h后即得乳白色乳液状产品。

所述聚合反应中，水相溶液的质量分数为85%，油相乳化溶液的质量分数为15%；所述水相单体溶液在10min之内添加完，反应全程需通入氮气纯度为99.99%。

本发明提供的一种乳液状的快速溶解型聚合物稠化剂，其为水溶性的疏水缔合物，属于部分水解聚丙烯酰胺及其衍生物，以水溶性较大的单体丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸的水溶液为分散相，以液体石蜡为连续相，采用斯盘和土温做为复合乳化剂，过硫酸盐为引发剂，实现了三元单体的超浓反相乳液聚合，由于超浓反相乳液的凝胶效应，使聚合过程中链转移的机会减小，反应过程易控制，聚合速度高，聚合物分子量大。乳液状的产品逆相后具有独特的速溶性质；产品中的酰胺基是强吸附基，有很强的极性，可以同时吸附多个粘土颗粒，粘土颗粒又可以同时吸附多个高分子链，交错相互吸附的结果，形成了聚合物-粘土颗粒的结构网，酰胺基可吸附大量的水，具有极强的防止粘土颗粒膨胀运移作用；同时利用产品中的酰胺基的吸附极性，可以使该稠化剂在不交联的情况下具有携砂特性，用于压裂施工。

合成的稠化剂的溶解速度随着引发剂用量的增大而增快，由于引发剂浓度变大，引发单体聚合的活性自由基数目增加，进入胶束的自由基增加，聚合物分子量变小，引起溶解速度加快。

合成的稠化剂的携砂性能和防膨性能随着单体中的水化基团和吸附基团的比例变化会有较大的变化。当水化基团较少时，侧链上的离子型羧酸基团和磺酸基团密度不大，聚合物链间的电荷斥力较小，分子间的缠绕力不强，粘粒之间容易聚结，致使防膨性能和携砂性能变差；相反，吸附基团较少时，酰胺基团和粘粒间的吸附点不多，形成的吸附网不够致密，同样防膨性能及携砂性能均变差。

合成的稠化剂的溶解速度、防膨和携砂性能与乳化剂用量相关，乳化剂的加量对形成液胞界面膜的强度和厚度有直接影响，当乳化剂的用量小时，界面上吸附的乳化剂分子数少，形成的界面膜不致密，强度小，易破裂，使乳胶颗粒不能稳定在油相中，形成的乳液不稳定，聚合无法正常进行，溶解性、防膨性能和携砂性能变差；当乳化剂用量过大时，油水界面层增厚，阻碍了活性自由基的移动，导致合成的聚合物稠化剂分子量低，虽溶解速度增快 ，但防膨和携砂性能变差。

合成的稠化剂的防膨和携砂性能与水相体积分数相关。随着水相体积分数的增加，凝胶效应增加，液胞内的流动性降低，单体的迁移性小，延缓双基间的链中止反应，生成的聚合物稠化剂的分子量变大，携砂和防膨效果增强；但水相的体积分数过大时，由于相对乳化剂的变少，不足以形成胶束，携砂和防膨效果变差。

合成的聚合物的防膨和携砂性能与水相的PH值相关。随水相PH值得增大，稠化剂的防膨和携砂性能增强，这是由于单体水溶液呈酸性时，存在大量的羧酸根和磺酸根，聚合物分子链上也存在负离子，根据同性电荷互相排斥的原理，妨碍单体与链引发自由基的接近，合成的聚合物分子量低。

合成的聚合物的防膨和携砂性能与单体浓度相关。随着单体浓度的增加，乳胶颗粒内粘度变大，使双基双击终止变得困难，生成的聚合物分子量变大，携砂和防膨效果增强，继续增大单体浓度时，扩大了水相和油相的密度差异，乳胶粒的运动能力增强，聚合过程不稳定，携砂和防膨性能变差。

为了保证稠化剂的抗温和抗盐特性，优选在分子结构中引入了2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸，所述2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸单体有利于提高合成的乳液聚合物的抗温抗盐性，特别适合配制用水高矿化度的压裂液。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该提高采收率用含二丙烯酰胺二甲基丙磺酸的稠化剂，稠化剂为液态乳液，溶胀时间短，完全溶胀时间2min以内，配制时产生泡沫少；稠化剂本身具有防膨、破乳、耐温及耐盐特性。

具体实施方式：

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

液态聚合物稠化剂的合成过程：

  （1）、 水相单体溶液的配制

分别配制丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸和氢氧化钾的水溶液，溶液的浓度分别为45%、40%、56%和20%；配制10%的过硫酸钾溶液作为引发剂。

将225g丙烯酸溶液与223g 2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸的水溶液混合，滴加80g氢氧化钾的水溶液，将其中和至PH值为9后，再与226g丙烯酰胺的水溶液混合，滴加配制好的10g过硫酸钾引发剂溶液。

上述水相溶液中，丙烯酰胺：丙烯酸：2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸：氢氧化钾：清水：引发剂质量比为1：0.9:1.25:0.16:2.2：0.01。

（2）、油相乳化溶液的配制

称取73g液体石蜡、9g斯盘80、1g土温60配制混合液。

（3）、聚合反应

在1000r/min转速下，搅拌15g油相溶液20min，在20℃低温下以10min之内添加单体的水相溶液85g，边添加边通纯度为99.99%高纯氮气，添加完毕后，反应釜恒温80℃，反应20h后即得乳白色乳液状产品。

制得产品配制0.1-1.5%的水溶液，以400转/分的速率搅拌2min，即可完全溶胀，在400转/分的速率搅拌条件下起泡率低于10%。