一种适用于浅层、薄层压裂的压裂液稠化剂

技术领域

本发明涉及油气增产改造技术领域，尤其是一种适用于浅层、薄层油气田开发压裂的压裂液稠化剂。

背景技术

聚合物稠化剂由于施工过程中操作较胍胶压裂液简单，成本较低，在油田的压裂改造中应用越来越广泛。但是聚合物压裂液由于黏度较低，携砂性能较差，从而要求聚合物压裂液施工中排量较高，以弥补其携砂能力，所以聚合物压裂液广泛应用在大排量施工的页岩和致密储层中。有些油田由于储层较薄或固井质量较差，不能适用大排量施工，聚合物压裂液的应用受到限制，导致这些油田的应用成本较高。为使聚合物压裂液应用在低排量的施工环境中，需要对现有的聚合物分子结构进行优化。目前压裂中使用的聚合物稠化剂由减阻剂转化而来，为满足减阻的要求，分子设计中关注分子的线性和高分子量，尽量避免分子间相互作用。但是在低排量下，要保证聚合物压裂液的携砂能力，聚合物分子间在输送过程必须相互作用，形成网络结构。由此需要对聚合物分子进行重新设计，使其在流动过程中能形成网络结构，但是该结构又不能影响液体流动过程的摩阻。

现有文献蒋其辉等在《超分子压裂液体系的研制及评价》中依据氢键、离子键及疏水缔合的协同作用原理，以长碳链烷基二甲基烯丙基氯化铵、丙烯酰胺、丙烯酸类单体等药品研制出具有稳定可逆的空间网状结构、一定的“有效粘度”、非交联且无残渣的超分子聚合物稠化剂超分子聚合物稠化剂。该聚合物稠化剂配成的压裂液在130℃、170s

疏水缔合是水溶性聚合物研究的重点，但是现有的疏水缔合物，分子链上的疏水缔合基团缔合能力较弱，在剪切作用下，缔合能力几乎丧失，导致目前的低成本的聚合物不能在低排量的条件下满足携砂要求。常规聚合物的携砂能力差，在施工中需要大排量保证施工的成功，但是针对一些浅井和薄层井，大排量施工的方式不合适。

发明内容

针对现有的聚合物稠化剂不适用于浅层、薄层所需的低排量压裂施工的问题，本发明提供一种适用于浅层、薄层压裂的压裂液稠化剂。

本发明提供的适用于浅层、薄层压裂的压裂液稠化剂，由丙烯酰氧-N烷基三甲基溴化铵、丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸四种单体共聚得到。

其中，所述丙烯酰氧-N烷基三甲基溴化铵的分子结构式如下：

所述稠化剂的制备方法具体如下：

(1)将0℃的水通氮气除氧，然后向水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，丙烯酰氧-N烷基三甲基溴化铵，丙烯酸和丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵，待搅拌完全溶解后，用氢氧化钠将pH调整为中性；该步骤控制溶液温度不超过20℃。

(2)搅拌下向步骤(1)的溶液中加入分子量调节剂和螯合剂，待完全溶解后，通氮气1h；该步骤控制溶液温度不超过20℃。

(3)向步骤(2)的溶液中加入引发剂，快速搅拌，待黏度开始增加时，停止搅拌，将反应容器封闭，保温10-20℃，放置16-24小时；待完全聚合后，取出，烘干，磨成粉末，得到稠化剂。

优选的是，步骤(1)得到的溶液中，四种单体的质量百分含量如下：

丙烯酰氧-N烷基三甲基溴化铵8-14％、丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵0.2-1.2％、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体5-8％、丙烯酸1-3％。

所述分子量调节剂是硫代硫酸钠。

所述螯合剂是异抗坏血酸钠。

所述引发剂为偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠的混合物。引发剂用量占四种单体总质量的0.001-0.05％。

本发明使用的聚合单体中含有长的疏水链，聚合后分子链上的疏水基团在水溶中形成稳定的缔合微区结构，增加液体体系的粘弹性，携带支撑剂，但液体整体表现出方向性，不影响液体的减阻性能。含有疏水链的聚合物水溶性较差，通过采用含有阴离子和阳离子基团的聚合物单体，增加溶解性，且优化配比，使阴阳离子电荷平衡，促进聚合反应进行。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明采用含有丙烯酰氧-N烷基三甲基氯化铵和丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵等长链疏水基团的单体进行聚合，利用多种疏水链的缔合，形成稳定的疏水缔合区间，疏水缔合区间，形成稳定的携砂能力。

(2)本发明的聚合物稠化剂可以在低排量(<3m

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、实施例1的流变曲线图。

图2、20-40目砂粒在实施例1-5的溶液中的状态(2h)图。

图3、20-40目砂粒在实施例1-5的溶液中的状态(6h)图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

下述实施例中，四种单体的质量百分数是单体质量与水的质量百分比。分子量调剂和螯合剂的质量百分数是其质量与水质量之比。引发剂的质量百分数是引发剂用量占四种单体总质量的百分数。

实施例1

在0℃超纯水中通入氮气30min，在冰水浴下，加入质量分数为8％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，质量分数为14％的丙烯酰氧十二烷基三甲基溴化铵(即对应丙烯酰氧-N烷基三甲基溴化铵的分子结构式中的n＝11)，质量分数为2.7％的丙烯酸单体，质量分数为1％的丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵，搅拌使其完全溶解。然后加入NaOH溶液(质量浓度56％)调pH至7.5，且一直冰浴温度不能超过20℃。继续搅拌下加入质量分数为0.05％硫代硫酸钠和质量分数为0.45％螯合剂异抗坏血酸钠，待完全溶解后，通1h氮气。在温度16℃条件下，加入质量分数为0.027％偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠的混合物，快速搅拌10min，待黏度开始增加时，停止搅拌，将反应瓶封闭，保温10℃，放置16小时。待完全聚合后，取出，切成碎块后用丙酮和无水乙醇提纯数次，在50℃环境中烘干48小时后并打碎成粉末，即得聚合物稠化剂产品。

实施例2

在0℃超纯水中通入氮气30min，在冰水浴下，加入质量分数为5％2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，质量分数为13％丙烯酰氧十六烷基三甲基溴化铵(对应分子结构式中的n＝15)，质量分数为3％丙烯酸单体，质量分数为1.2％丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵，待完全溶解。然后加入NaOH溶液(质量浓度56％)调pH至7.5，且一直冰浴温度不能超过20℃。继续搅拌下加入质量分数为0.05％硫代硫酸钠和质量分数为0.40％异抗坏血酸钠，待完全溶解后，通1h氮气。温度为13.5℃，加入质量分数为0.02％偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠的混合物，快速搅拌10min，待黏度开始增加时，停止搅拌，将反应瓶封闭，保温20℃，放置16-24小时。待完全聚合后，取出，切成碎块后用丙酮和无水乙醇提纯数次，在50℃环境中烘干48小时后并打碎成粉末，即得聚合物稠化剂产品。

实施例3

在0℃超纯水中通入氮气30min，在冰水浴下，加入质量分数为7％2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，质量分数为8％丙烯酰氧十八烷基三甲基溴化铵(对应分子结构式中的n＝17)，质量分数为1％丙烯酸单体，质量分数为1％丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵，待完全溶解。然后加入NaOH溶液(质量浓度56％)调pH至7.3，且一直冰浴温度不能超过20℃。继续搅拌下加入质量分数为0.05％硫代硫酸钠和质量分数为0.45％异抗坏血酸钠，待完全溶解后，通1h氮气。温度为14℃，加入质量分数为0.03％偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠的混合物，快速搅拌10min，待黏度开始增加时，停止搅拌，将反应瓶封闭，保温15℃，放置20小时。待完全聚合后，取出，切成碎块后用丙酮和无水乙醇提纯数次，在50℃环境中烘干48小时后并打碎成粉末，即得聚合物稠化剂产品。

实施例4

在0℃超纯水中通入氮气30min，在冰水浴下，加入质量分数为6％2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，质量分数为10％丙烯酰氧十六烷基三甲基溴化铵(即对应分子结构式中的n＝15)，质量分数为2％丙烯酸单体，质量分数为0.8％丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵，待完全溶解。然后加入NaOH溶液(质量浓度56％)调pH至7.6，且一直冰浴温度不能超过20℃。继续搅拌下加入质量分数为0.05％硫代硫酸钠和质量分数为0.45％异抗坏血酸钠，待完全溶解后，通1h氮气。温度为11℃，加入质量分数为0.028％偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠的混合物，快速搅拌10min，待黏度开始增加时，停止搅拌，将反应瓶封闭，保温16℃，放置22小时。待完全聚合后，取出，切成碎块后用丙酮和无水乙醇提纯数次，在50℃环境中烘干48小时后并打碎成粉末，即得聚合物稠化剂产品。

实施例5

在0℃超纯水中通入氮气30min，在冰水浴下，加入质量分数为8％2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，质量分数为12％丙烯酰氧十四烷基三甲基溴化铵(即对应分子结构式中的n＝13)，质量分数为1.5％丙烯酸单体，质量分数为0.6％丙烯酰丙基二甲基二十二烷基溴化铵，待完全溶解。然后加入NaOH溶液(质量浓度56％)调pH至7.6。继续搅拌下加入质量分数为0.05％硫代硫酸钠和质量分数为0.45％异抗坏血酸钠，待完全溶解后，通1h氮气。温度为15℃，加入质量分数为0.026％偶氮二异丁基氰和亚硫酸氢钠的混合物，快速搅拌10min，待黏度开始增加时，停止搅拌，将反应瓶封闭，保温20℃，放置24小时。待完全聚合后，取出，切成碎块后用丙酮和无水乙醇提纯数次，在50℃环境中烘干48小时后并打碎成粉末，即得聚合物稠化剂产品。

取实施例1～5得到的聚合物稠化剂，用水配成0.3％的水基压裂液，待完全溶胀后溶液粘度均达到72mPa·s左右，并且在80℃、170s

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。