一种水基压裂液增稠剂及其制备方法

摘要

本发明提供了一种水基压裂液增稠剂及其制备方法，所述增稠剂含有丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2甲基-1-丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、络合剂、链转移剂、氢氧化钠溶液、引发剂与水。在制备水基压裂液增稠剂的过程中，本发明首先将2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、丙烯酸、水与氢氧化钠溶液混合，使混合液的pH为3~11，然后加入络合剂，以纯化反应溶液，同时加入的链转移剂能够防止交联的产生，最后加入N-乙烯基吡咯烷酮与引发剂，反应后即得到增稠剂。本发明所制备的增稠剂在水基压裂液中质量分数为0.35%时，其表观粘度为140mPa·s，在170S-1，95℃下，连续剪切30min，粘度保持率在60%以上。

说明书

技术领域

本发明涉及压裂液技术领域，尤其涉及一种水剂及其制备方法。

背景技术

压裂液是气、油、淡水、盐水与热水等流体矿在开采过程中，为 了获得高产而借用液体传导力压力措施所用的液体。压裂液主要分为 水基压裂液、油基压裂液、醇基压裂液与泡沫压裂液等。由于水基压 裂液具有成本低与性能好等优点，在国内外被广泛应用。

增稠剂是压裂液中主要的化学成分，增稠剂的性能直接影响压裂 液的性能。水基压裂液所采用的增稠剂品种很多，主要有天然植物胶 及其衍生物，纤维素衍生物与合成聚合物等。植物胶及其衍生物由于 具有增稠能力强、易交联形成冻胶且性能稳定等优点而成为压裂作业 中使用最多的增稠剂品种，约占各种增稠剂使用量的90%。纤维素衍 生物主要是纤维素醚，纤维素衍生物普遍存在着对盐敏感、热稳定性 差与增稠能力不大等缺点，从而未得到广泛应用。合成聚合物主要有 聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠及其共聚物等，是性能较好的一类产品，成 为了当前研究开发的热门领域。

随着石油开采技术的不断发展和开采难度的增加，例如在高温深 井、矿化度高等环境中，因此人们对压裂液增稠剂提出了更新更高的 要求。目前，开发新的压裂液增稠剂的原则是降低成本及剂量，产品 使用方便，与破胶剂作用后破胶彻底，不产生沉淀，不损害地层渗透 性，将地层损害降低到最低限度，提高胶凝剂的耐温抗盐性。

申请号为91111287.1中国专利公开了一种压裂液增稠剂，该发明 涉及一种压裂液增稠剂，适用于低渗透油气层的压裂改造作业，其采 用草本植物天豆粉，经乙醇、烧碱、环氧丙烷和水对其进行化学改性 而成，其含残渣量明显低于目前压裂液用的植物胶田菁增稠剂，因此 对地层伤害小，可获得增产效果。但该压裂液增稠剂相比于合成聚合 物增稠剂含残渣量高。

申请号为200610040703.2中国专利公开了一种耐高温无伤害压 裂液增稠剂及其制备方法和用途，该本发明采用脂肪酸和低分子量的 聚乙二醇或聚环氧丙烷酯化，或在催化下使环氧乙烷或/和环氧丙烷与 长链脂肪醇、脂肪酸或脂肪胺加成，使长链疏水基和助溶链段连接； 再将助溶链段的末端羟基转化为卤原子，与过量叔胺反应，或将助溶 链段的末端羟基与磺化试剂反应；将1~3重量份该增稠剂和0.05~0.4 重量份高温稳定剂加入由2~3重量份卤盐与100重量份水配成的基液 中，即得可用于油气田增产的耐高温无伤害压裂液，但是该发明公开 的压裂液的制备较复杂。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种制备方法简单的水基压裂 液增稠剂的制备方法。

有鉴于此，本发明提供了一种水基压裂液增稠剂，由包括以下组 分的混合物反应得到：

优选的，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。

优选的，所述链转移剂为异丙醇或苯甲酸钠。

优选的，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

本发明还提供了一种水基压裂液增稠剂的制备方法，包括以下步 骤：

将20~100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、15~50重量 份的水、5~10重量份的丙烯酸与氢氧化钠溶液混合，调节pH至3~11， 得到第一混合液；

将所述第一混合液、10~15重量份的丙烯酰胺、0.1~1重量份的络 合剂与0.01~1重量份的链转移剂混合，得到第二混合液；

将所述第二混合液、2~8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮与0.01~1 重量份的引发剂混合，反应后得到水基压裂液增稠剂。

优选的，所述第二混合液的温度控制为30~60℃，同时通入氮气 30min。

优选的，所述反应的时间为4~12h。

优选的，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。

优选的，所述链转移剂为异丙醇或苯甲酸钠。

优选的，所述引发剂为过硫酸钠或过硫酸铵。

本发明提供了一种水基压裂液增稠剂及其制备方法，所述水基压 裂液增稠剂由包括以下组分的混合物反应得到：丙烯酰胺、2-丙烯酰 胺基-2-甲基-1-丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、络合剂、链转移 剂、氢氧化钠溶液、引发剂与水。在制备增稠剂的过程中，本发明首 先将2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、丙烯酸、水与氢氧化钠溶液混合， 使混合液的pH为3~11，然后加入络合剂，以纯化反应溶液，同时加 入的链转移剂能够防止交联的产生，最后加入N-乙烯基吡咯烷酮与引 发剂，反应后即得到增稠剂。本发明在制备增稠剂的过程中无需进行 提纯处理，通过预先加入络合剂及链转移剂，在引发剂的作用下即可 得到水基压裂液增稠剂，制备工艺简单。另外，本发明由于加入了丙 烯酸，其具有良好的亲水作用与其他组分的协调效应，使得到的共聚 物的粘度有较大提高。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案 进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征 和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种水基压裂液增稠剂，由包括以下组分的 混合物反应得到：

按照本发明，所述丙烯酰胺优选为10~12重量份。所述2-丙烯酰 胺基-2-甲基-1-丙磺酸（AMPS）优选为30~80重量份，更优选为50 重量份。所述N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）优选为5~6重量份。所述络 合剂优选为乙二胺四乙酸二钠（EDTA），所述络合剂优选为0.5~0.8 重量份。所述链转移剂优选为异丙醇或苯甲酸钠。所述链转移剂优选 为0.1~0.5重量份。所述氢氧化钠溶液的质量分数优选为5%~10%。所 述引发剂优选为过硫酸钾或过硫酸铵。所述引发剂优选为0.1~0.5重 量份。所述丙烯酸优选为6~8重量份。本发明的水基压裂液增稠剂中 含有丙烯酸，丙烯酸具有良好的亲水性极易与组分之间协调性好，使 制备的增稠剂共聚物表观粘度有很大的提高。

本发明还提供了一种水基压裂液增稠剂的制备方法，包括以下步 骤：

将20~100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、15~50重量 份的水、5~10重量份的丙烯酸与氢氧化钠溶液混合，调节pH至3~11， 得到第一混合液；

将所述第一混合液、10~15重量份的丙烯酰胺、0.1~1重量份的络 合剂与0.01~1重量份的链转移剂混合，得到第二混合液；

将所述第二混合液、2~8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮、0.01~1重 量份的引发剂混合，反应后得到水基压裂液增稠剂。

在制备水基压裂液增稠剂的过程中，本发明主要采用丙烯酰胺、 2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸共聚形成 增稠剂共聚物。按照水基压裂液增稠剂的配方，将2-丙烯酰胺基-2- 甲基-1-丙磺酸、水、丙烯酸与氢氧化钠溶液混合，得到第一混合液。 作为优选方案，将20~100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸、 15~50重量份的水与5~10重量份的丙烯酸混合，然后加入质量分数为 5%~10%的氢氧化钠溶液中和至pH为3~11，得到第一混合液。在所 述2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸与丙烯酸中加入氢氧化钠溶液并调 节pH，为制备增稠剂共聚物提供反应的环境条件。

本发明在制备完第一混合液后，在所述混合液中加入丙烯酰胺、 络合剂与链转移剂，得到第二混合液。所述络合剂优选为乙二胺四乙 酸二钠。所述链转移剂优选为异丙醇或苯甲酸钠。按照本发明，再加 入引发剂引发反应原料反应之前，需要加入络合剂以纯化反应溶液， 并加入链转移剂，以防止反应原料之间发生交联反应，生成其他共聚 物。所述第二混合液制备完成后，优选控制第二混合液的温度为30~60 ℃，通入氮气30min，然后加入N-乙烯基吡咯烷酮与引发剂，反应后 得到水基压裂液增稠剂。所述反应的时间优选为4~12h。所述引发剂 优选为过硫酸钾或过硫酸铵。

本发明在制备水基压裂液增稠剂的过程中，采用丙烯酰胺、2-丙 烯酰胺基-2-甲基-1丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷共聚与丙烯酸获得一种增 稠剂共聚物。按照本发明，在所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1 丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷与丙烯酸混合液再加入引发剂之前，必须预 先加入络合剂，以纯化反应溶液，并加入链转移剂以防止交联的产生。 本发明所采用的原料均为工业上的原料，反应前不需要进行提纯处理， 制备方法简单。实验结果表明，本发明所制备的水基压裂液增稠剂， 无水不溶物残渣；水基压裂液中质量分数为0.35%的增稠剂，表观粘 度为140mPa·s，在170S^-1，95℃下，连续剪切30min，粘度保持率在 60%以上。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的水基压 裂液增稠剂的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实 施例的限制。

实施例1

在20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸中加入15重量份的 去离子水、5重量份的丙烯酸，然后加入重量分数为5%的氢氧化钠水 溶液调节pH至3，再加入10重量份的丙烯酰胺，0.1重量份的络合剂 EDTA、0.01重量份的链转移剂异丙醇，在温度30℃下搅拌、通氮气 30分钟后加入2重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，0.01重量份的过硫酸 钾，反应12小时，得到水基压裂液增稠剂。

实施例2

在50重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸中加入30重量份的 去离子水、10重量份的丙烯酸，然后加入重量分数为8%的氢氧化钠 水溶液中和pH至7，再加入10重量份的丙烯酰胺，0.5重量份的络合 剂EDTA、0.1重量份的链转移剂异丙醇，在温度45℃下搅拌、通氮 气30分钟后加入5重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，0.1重量份的过硫酸 胺，反应8小时，得到水基压裂液增稠剂。

实施例3

在100重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸中加入50重量份 的去离子水，8重量份的丙烯酸，然后加入重量分数为10%的氢氧化 钠水溶液中和pH至11，再加入10重量份的丙烯酰胺，1重量份的络 合剂EDTA、1重量份的链转移剂苯甲酸钠，在温度60℃下搅拌、通 氮气30分钟后加入8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，1重量份的过硫 酸胺，反应4小时，得到水基压裂液增稠剂。

实施例4

在80重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸中加入45重量份的 去离子水，6重量份的丙烯酸，然后加入重量分数为9%的氢氧化钠水 溶液中和pH至9，再加入10重量份的丙烯酰胺，0.8重量份的络合剂 EDTA、0.5重量份的链转移剂异丙醇，在温度50℃下搅拌、通氮气 30分钟后加入6重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，0.5重量份的过硫酸钾， 反应5小时，得到多元共聚物耐温水基压裂液增稠剂。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思 想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发 明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和 修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现 或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来 说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被 限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新 颖特点相一致的最宽的范围。